CN106375443B - 工程状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工程状态监测系统。其中，该系统包括：多个传感器，按照预设间隔设于工程的待检测位置，用于对工程的状态进行实时检测，生成检测数据；一个或多个采集器，与预设数量的传感器连接，用于读取检测数据；一个或多个主控制器，通过总线结构与预设数量的采集器连接，用于收集采集器读取到的检测数据，并将检测数据通过预定的通信方式上传，其中检测数据用于对工程的状态进行分析。本发明解决了难于对大型工程进行力学监测以预防发生工程事故的技术问题。

Description

工程状态监测系统

技术领域

本发明涉及工程监测领域，具体而言，涉及一种工程状态监测系统。

背景技术

我国长输油气管道、桥梁、煤矿、大坝、隧道等许多大型分布式工程项目沿线地质地貌错综复杂,自然条件恶劣,管道经常遭受山体滑坡、水灾、穿越、占压等高风险环境的影响,极易造成整体移位、局部变形或应力集中,从而导致较大的位移应力、屈曲或蠕变,严重时甚至导致管道断裂破坏，桥梁大坝坍塌。地质灾害是威胁大型工程的安全运行的重大风险之一。由于在地质灾害多发区，地质灾害引发土壤运动和地表变形，从而导致埋地管道产生弯曲、压缩、扭曲、拉裂、局部屈曲等破坏行为，严重的会引发失效事故。

这些工程事故的发生，固然有施工不合理、质量不过关、突然事件等各方面的原因。但是在施工过程中或建成后,如果对这些工程建立健全、有效的实时监测对故障及时预警许多事故都是能够避免的。工程事故发生之前，其结构内部都会出现各种量的变化，如应力改变、振动、变形等。如果能对这些工程结构内部采取长期合理的监测，通过对采集到的各种状态量数据的分析，将能可靠地评估工程的健康状况，诊断各个部分是否安全，便于及时发现问题，防患于未然。

预警技术的基本思想是实时监测设备的运行状态，计算并预测设备或系统的健康状态和剩余有用时间，在设备发生故障之前发出预警信息，采取相应的措施。故障预警技术使传统的被动反应维修方式转变到主动预防，事先状态预测，提前规划管理，在一定程度上代表了设备故障诊断方法和维修体系的一个新的发展方向。所以，在现代工业工程故障诊断方法和维修体系中，故障预警技术是一个新发展方向，也是一种维修方式和维修思想的转变。

尽管地质灾害的类型各异，但地质灾害对管道的影响，归根结底都表现在了管道在地质灾害作用下的力学状态和承载能力。如果管道在外界载荷作用下，承载超过了极限值，管道本身可能失效而导致事故。如：如隧道和煤矿顶部的压力过大,很可能就直接导致坍塌；桥梁所受压力超过桥墩的承受能力,桥梁将不可避免地垮塌。

对工业现有的状态监测与故障应急预警系统，特别是针对分布式工程，没有对大型工程进行力学监测的方案以预防发生工程事故，无法进行良好的故障定位。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种工程状态监测系统，以至少解决难于对大型工程进行力学监测以预防发生工程事故的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种工程状态监测系统，包括：多个传感器，按照预设间隔设于工程的待检测位置，用于对工程的状态进行实时检测，生成检测数据；一个或多个采集器，与预设数量的传感器连接，用于读取检测数据；一个或多个主控制器，通过总线结构与预设数量的采集器连接，用于收集采集器读取到的检测数据，并将检测数据通过预定的通信方式上传，其中检测数据用于对工程的状态进行分析。

进一步地，当到达预定的收集时刻时，主控制器为采集器提供工作电源，并向采集器发出数据收集信号，其中数据收集信号用于指示采集器读取传感器生成的检测数据。

进一步地，主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少一种。

进一步地，当主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少两种时，主控制器还包括电源切换模块；其中，在主控制器还包括太阳能组件和温差供电组件时，使用太阳能组件提供电源，并在主控制器检测到太阳能组件的温度高于预设阈值时，通过电源切换模块启动温差供电组件；其中，在主控制器还包括蓄电池组件，和，太阳能组件和/或温差供电组件时，使用太阳能组件和/或温差供电组件提供电源，并在太阳能组件和/或温差供电组件的供电效率低于预设阈值时，通过电源切换模块启动蓄电池组件。

进一步地，太阳能组件包括太阳能光板、以及与太阳能光板连接的控制电路；温差供电组件包括温差发电片、以及与温差发电片连接的升压电路和稳压电路。

进一步地，主控制器还包括移动网络通信模块和/或卫星通信模块，此时预定的通信方式包括移动网络通信方式和/或卫星通信方式。

进一步地，在主控制器还包括移动网络通信模块和卫星通信模块时，主控制器启用移动网络通信模块上传检测数据，当移动网络的连接失败次数超出预设阈值时，主控制器切换启用卫星通信模块上传检测数据。

进一步地，移动网络通信模块和/或卫星通信模块还用于采集时间数据和位置数据，并将检测数据、时间数据和位置数据打包上传，以用于工程的异常状态进行分析和定位。

进一步地，系统还包括监控服务器，监控服务器上运行有数据协议转换脚本，用于将主控制器上传的检测数据的协议格式转换为Modbus协议格式；监控服务器再将转换后的数据通过人机交互界面软件进行显示，和/或根据转换后的数据对工程的状态进行分析。

进一步地，当移动网络通信模块为GPRS通信模块时，主控制器通过GPRS网络将检测数据上传至监控服务器；当卫星通信模块为北斗通信模块时，主控制器通过北斗卫星将检测数据上传至监控服务器。

进一步地，传感器为振弦式传感器。

进一步地，总线结构为冗余总线结构，控制器还用于在其中一条总线发生故障时，切换使用另一条总线收集采集器读取到的检测数据。

在本发明实施例中，采用多个传感器，按照预设间隔设于工程的待检测位置，用于对工程的状态进行实时检测，生成检测数据的方式，通过一个或多个采集器，与预设数量的传感器连接，用于读取检测数据，达到了一个或多个主控制器，通过总线结构与预设数量的采集器连接，用于收集采集器读取到的检测数据，并将检测数据通过预定的通信方式上传，其中检测数据用于对工程的状态进行分析的目的，从而实现了对大型分布式工程项目进行力学或应力监测的技术效果，进而解决了难于对大型工程进行力学监测以预防发生工程事故的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的一种工程状态监测系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的工程状态监测系统的具体结构图；

图3是根据本发明实施例的一种可选的温差供电组件的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的一种可选的电源切换电路的具体结构图；以及

图5是是根据本发明实施例的一种可选的蓄电池切换电路的具体结构图；

图6是根据本发明实施例的一种可选的4G模式和北斗模式的切换示意电路。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

根据本发明实施例，提供了一种工程状态监测系统的系统实施例，图1是根据本发明实施例的工程状态监测系统，如图1所示，该系统包括：

多个传感器10，按照预设间隔设于工程的待检测位置，用于对工程的状态进行实时检测，生成检测数据；

一个或多个采集器20，与预设数量的传感器连接，用于读取检测数据；

一个或多个主控制器30，通过总线结构与预设数量的采集器连接，用于收集采集器读取到的检测数据，并将检测数据通过预定的通信方式上传，其中检测数据用于对工程的状态进行分析。

具体的，传感器可以是压力传感器，用于检测放置处的压力状态。可选地，传感器还可以为振弦式传感器，通过振弦式传感器采集到的共振频率值，可以分析确定放置处的应变和应力等状态。由于振弦式传感器属于无源传感器，具有结构简单、坚固耐用、抗干扰能力强、测值可靠、精度与分辨力高和稳定性特点，适用与环境恶劣及工程范围较大的工程。

具体的，振弦式传感器的检测原理是：钢弦放置在磁场中，用一定方式对钢弦加以激振后，钢弦将会发生共振，共振的弦线在磁场中作切割磁力线运动，因此，可以在拾振线圈中感应出电势u,感应电势u的频率就是振弦的共振频率。根据共振频率的变化，计算出被测工程内部的应变、应力和位移的变化。应变与频率的工程计算公式：

ε＝K(fi2-f02)+KT(Ti-T0)，其中ε为应变值，fi为实测频率，f0初始频率，K为标定系数，KT温度系数，Ti为实测温度，T0初始温度。

具体的，传感器是整个系统最低层的配置，其放置位置可以根据实际需要进行设置。一种可选结构是传感器的分布式排列结构，传感器实际铺设在工程待检测位置，用于实时数据监测。

具体的，采集器直接与无源振弦式传感器连接，读取传感器实时信息。通常情况下采集器可以连接多个传感器，用于对传感器的检测数据进行一次汇总。采集器的位置一般按照间隔分布在长输管道、桥梁、大坝附近，本领域技术人员应当知晓，该具体分布间隔根据实际工程需要设定，本发明的硬件架构不受约束。

具体的，主控制器是整个系统最上层的配置，每个主控制器下可挂接多个采集器，用于对采集器的数据进行二次汇总，并负责数据上传传输工作。实际中可以根据总线距离设定主控制器的位置，优选地主控制器与采集器之间的距离应小于1公里。主控制器主要进行集中控制，集中收集采集器的信息并进行集中上传。上述方案在数据采集传输时，即便在环境恶劣的工作地方，也能保证数据传输的可靠性及完整性。

图2所示是根据本发明实施例的一种可选的工程状态监测系统的具体结构图，采集器用于读取传感器实时信息，其中一个采集器可连接多个传感器；一个主控制器下挂载多个采集器，其中主控制器可分别通过GPRS、北斗通信的方式，将数据上传，例如上传给监控中心的控制器。

具体的，主控制器将数据采集到之后，可以直接由主控制器的处理单元对数据进行分析处理，例如当判断出数据异常时，直接发出警示信号或将警示信号与数据进行一并上传；也可以在数据超出正常范围、但又不直接意味着数据异常时，将数据与提示注意的信号一并上传。当然，主控制器也可以不对数据进行处理，而直接将数据打包后上传至监控中心，由统一的监控中心进行处理。需要说明的是，主控制器上传的数据可以不只包含传感器的检测数据，还可以包含传感器的标识数据、采集器的标识数据、主控制器的标识数据或者相关的位置数据、时间数据等等，以便于监控中心对异常进行及时的定位。

通过上述系统，传感器铺设在每个待监测点周围，当传感器采用无源振弦式传感器时，可先由该系统最底层的传感器采集频率值，并通过采集器、主控制器的逐层采集，将数据上传以供对数据进行分析，以确定该大型工程的状态，例如通过力学计算公式转换成应变值，最后算出最大的应力值，如果超过正常范围，则判定是有故障。通过分布式控制和集中上传，本发明适用于长输管线，大坝、桥梁等工程分散较广，环境恶劣的状态监测及预警系统。

可选地，当到达预定的收集时刻时，主控制器为采集器提供工作电源，并向采集器发出数据收集信号，其中数据收集信号用于指示采集器读取传感器生成的检测数据。

具体的，为了减少工程状态监测系统的能耗和功耗，确保运行过程的低电量、低功耗，可以设置只有在预定的上传时间到达时，系统处于工作状态，其余时间主控制器处于休眠模式，采集器处于停机模式。收集时刻例如可以设置为每个整点；另一方面，收集时刻可以根据工程的状态进行设定，例如根据历史数据知道工程状态尚好时，可降低每天收集时刻的出现频率，当根据历史数据知道工程需要引起注意时，可提高每天收集时刻的出现频率。

具体的，采集器自身不连接外部电源，而通过主控制器为其供电。既简化了采集器的结构，确保采集器的使用寿命，也能实现对采集器的低功耗控制。在一种可选方案中，主控制器还可以实现对采集器的分时处理，即在第一预定时间主控制器给第一采集器供电，由第一采集器对与其相连的传感器进行数据收集，主控制器则收集第一采集器的数据；而在主控制器完成对第一采集器的数据收集之后的第二预定时间，主控制器则可给第二采集器供电，以此类推。

具体的，基于应力或力学工程状态监测与应急预警系统,是利用材料的应力应变关系判别管道、桥梁等工程的力学状态发现潜在问题，并及时消灭在萌芽中。考虑到故障发生特点：故障的发生并不遵循一定的时间表；设备故障经常以一系列的小事件和轻微损坏开始；通常不触发报警，同时因为像管道、桥梁、煤矿、大坝、隧道通过地质灾害区域的部分工程通常要承受增长的纵向应变，因此获取工程本体的纵向应变的变化是管道力学监控的主要内容。取得了其应变变化数据，就可判别工程的潜在状态变化。

通过上述方式，主控制器在设定的时间时刻通过无线上传数据。整点时，主控制器开始分别为每个采集终端提供工作电源，并发出读取数据信号。每个数据采集终端开始对传感器逐个巡检，将采集的信号进行处理，通过总线上传至主控制器。从设计上节约用电，整个工程各段的数据采用分时上传方式，各段主控制器保持带电持续运行状态，并处于低功耗休眠模式，且采集器不带电。到数据上传的时间后，主控制器被唤醒，并将电送至采集器，进行数据采集及处理及传输。传输完成后，主控制器断开采集器用电，主控制器处于休眠模式。

可选地，主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少一种。

具体的，可以采用上述供电方式中的任一种对主控制器进行供电，并由主控制器将电能传送给采集器。

可选地，当主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少两种时，主控制器还包括电源切换模块。

具体的，发明人在设计过程中发现，对于工业信息采集与监测系统光伏供电多数采用太阳供电方式：根据太阳能工作原理，电池吸收太阳辐射的4-17％的能量转化为电能，以此同时，其中波长0.5-1.2μm的部分辐射转化为热能，而波长大于1.2μm的辐射全部转化为热能，而转化的多少依据太阳能电池的结构以及工作条件，大约有超过80％的入射太阳能被转化成了热能。这些转化的热能使电池板的温度升高，影响光伏电池的转化效率和寿命。因此PV板面温度会比环境温度高出10℃～30℃，一般来说PV板面温度会在60℃以下。但是在通风不良的情况下，板温甚至可能达到80℃。这种情况下除温度上升带来输出能量和效率的下降外，电池组件的失配也将造成整个系统的电压和电流的降低，甚至由于恶性循环导致热斑造成太阳电池的损坏。因此，设计出当采用太阳能组件进行供电时，利用太阳能电池板的温度进行温差发电。

具体的，设计时用绝缘高导热硅将温差发电片黏贴在热端(单晶硅光伏组件)的背面，与列之间的热电模块进行串联，而行与行之间并联连接。采用光伏-温差混合能源与太阳能互补方式，提高了供电效率和供电可靠性。

表1是某温差发电片对应的温差对应值，参见表1。

表1

一般情况，太阳能光板面温度在60℃以下,若温差为20℃时，采用多个温差发电片串联(如若为24V系统，使用时将两组开路电压21.6V，开路电压17.1V太阳能板串联使用，每个光板由4*9的36个光伏组件构成)，则会产生12V电压。

图3是温差供电组件的结构示意图，如图3所示，将上述温差发电片产生的电压通过升压电路将电压升至24V，并通过稳压电路稳定之后即可供控制器使用。

可选地，在主控制器还包括太阳能组件和温差供电组件时，使用太阳能组件提供电源，并在主控制器检测到太阳能组件的温度高于预设阈值时，通过电源切换模块启动温差供电组件。

具体的，对于大型工程监及预警系统都是基于传感器技术发展起来的，采用分布式结构，分散采集，集中上传模式。多采用有源传感器进行有效数据的收集，由于传感器的铺设的不连续，信息收集控制器之间距离较远。使得整个工业信息监测系统供电部分也是非常棘手的问题，需要的一种能够持续产生足够功率的电源才能保障系统可靠运行——它随时可用并可自我保持。由于工程项目分布工程环境比较复杂，最常见和易于使用的能量源之一就是太阳能供电，但对于偏远山区，阴雨连天是大自然很正常的天气现象，所以太阳能光照强度不充分时，无法保证系统的稳定运行。因此可以结合多种供电方式，以确保整个系统的供电可靠，保证数据传输的可靠性及完整性。

图4是电源切换电路的具体结构图，用于太阳能组件和温差发电组件的切换。其中太阳能供电组件包括用于接收太阳光能量的太阳光板；温差发电组件包括用绝缘高导热硅将温差发电片黏贴在热端(单晶硅光伏组件)的背面的温差发电器和冷却系统。其中，该切换电路还包括温度检测模块和电源切换模块。为了保证系统的持续续航，由控制器对太阳能光伏组件进行温度检测，若大于20℃，则通过电源切换模块开启温差发电电路，通过温差发电电路为整个系统供电，同时，太阳能光板继续为电池充电。

可选地，在主控制器还包括蓄电池组件，和，太阳能组件和/或温差供电组件时，使用太阳能组件和/或温差供电组件提供电源，并在太阳能组件和/或温差供电组件的供电效率低于预设阈值时，通过电源切换模块启动蓄电池组件。

具体的，当太阳能光伏组件或温差供电组件的电压、功率、稳定性等指标过低时，则利用电池为控制器供电。图5是蓄电池切换电路的具体结构图，以主控制器还包括蓄电池组件和太阳能组件为例，当太阳能组件过低时，则通过充放电控制器启动蓄电池进行供电。

可选地，太阳能组件包括太阳能光板、以及与太阳能光板连接的控制电路；温差供电组件包括温差发电片、以及与温差发电片连接的升压电路和稳压电路。

可选地，主控制器还包括移动网络通信模块和/或卫星通信模块，此时预定的通信方式包括移动网络通信方式和/或卫星通信方式。

具体的，当移动网络通信模块为GPRS通信模块时，主控制器通过GPRS网络将检测数据上传至监控服务器；当卫星通信模块为北斗通信模块时，主控制器通过北斗卫星将检测数据上传至监控服务器。考虑到传统的工业传输方式包括有线传输(串行总线，以太网)，无线传输(Zigbee，无线HART)均只适合短距离传输，所以本发明提出利用移动4G/北斗技术进行无线数据传输，适合远距离且可靠。

具体的，当现场有中国移动/联通GPRS信号覆盖，且信号稳定时。主控制器配备GPRS无线通信模块，通过GPRS将数据无线传输至监控中心。

具体的，当现场没有中国移动/联通GPRS信号覆盖，或者信号较弱时，使用配备北斗无线通信模块的主控制器。主控制器使用北斗无线通信方式将所有数据打包上传至监控中心。

在一种可选实施方式中，继续参照图2，监控中心的控制器可相应配置有北斗卫星通讯模块，并将通过北斗卫星通讯模块接受到的数据转换为HMI软件能够识别的协议后，将该数据通过例如RS232链路的方式显示于监控中心的界面，并进一步由监控中心进行处理。同时，监控中心还可配置有GPRS通讯模块，用于将通过GPRS方式接受到的数据显示于监控中心的界面，并进一步由监控中心进行处理。

可选地，在主控制器还包括移动网络通信模块和卫星通信模块时，主控制器启用移动网络通信模块上传检测数据，当移动网络的连接失败次数超出预设阈值时，主控制器切换启用卫星通信模块上传检测数据。

具体的，图6是4G模式和北斗模式的切换示意电路。在分布式工程状态监测及预警应急系统硬件和驱动程序开发上设计时兼顾了两种无线通讯设计，通过继电器设计进行通讯模式选择。对于处理器CPU而言，则可通过其输入输出接口如GPIO口进行通信模式的选择。通讯时首先采用4G模式进行通讯，尝试建立通讯连接3次，若在3次之内连接成功，则用4G模式进行数据传输，若失败，则有硬件电路切换至北斗模式进行数据传输。

可选地，移动网络通信模块和/或卫星通信模块还用于采集时间数据和位置数据，并将检测数据、时间数据和位置数据打包上传，以用于工程的异常状态进行分析和定位。

具体的，移动4G/北斗不仅可以可靠的进行数据传输，而且均具有授时、定位功能。可实时获取工程各段的位置信息和时间信息以及数据信息，准确定位管线泄漏的位置和时间，为应急救援提供快速、科学指挥决策依据。

可选地，系统还包括监控服务器，监控服务器上运行有数据协议转换脚本，用于将主控制器上传的检测数据的协议格式转换为Modbus协议格式；监控服务器再将转换后的数据通过人机交互界面软件进行显示，和/或根据转换后的数据对工程的状态进行分析。

具体的，由于北斗数据传输时必须采用国家标准数据格式，所以数据传输协议采用北斗标准协议，PDU部分采用自定义通讯协议。而目前大部分HMI软件都支持Modbus通讯，北斗标准协议是不能与Modbus直接进行通讯。针对这一问题，本发明实施例提出了将其他任意一种通讯协议转化为Modbus TCP通讯协议。HMI作为Modbus Master端，与第三方设备通讯，第三方设备作为Modbus Slave端。用户只需在HMI服务器运行Convert2Modbus脚本，即可进行正常的数据显示。即便当第三方设备使用非Modbus协议时，也不需要为这些软件重新开发驱动。同时，还可以进行数据传输校验，以筛除掉校验不通过的数据帧。

具体的，支持主动上传和被动上传两种模式，与传动的采用Modbus协议不同，传动Modbus协议是主从模式，只支持被动上传。数据传输时，根据用户配合，采用整点数据主动上传模式，也可以通过移动电话呼叫或数据请求模式被动上传。

可选地，总线结构为冗余总线结构，控制器还用于在其中一条总线发生故障时，切换使用另一条总线收集采集器读取到的检测数据。

具体的，通过设置冗余通讯总线，主控制器与采集器之间采用冗余总线结构，一条总线故障时，自动切换至另一条总线，减少故障发生率。

具体的，本发明实施例提出了一种工程状态监测系统，通过实时读取传感器的值判断故障点(原理，传感器读取到的频率值，)。主控制器数据上传后，判定是否故障，如果数据超出范围，通过主控制器GPRS/北斗来定位故障具体位置。基于应力或力学工程状态监测与应急预警系统的整体解决方案，此系统主要从力学角度对管道、桥梁、煤矿、大坝、隧道等受地质灾害影响较大的工程实施在线状态监测及应急预警。针对以上分布式工程问题，本发明上述实施例主要解决整体结构方案以及供电问题和故障定位及数据传输问题，通过采用无源振弦式传感器和光伏-温差混合能源与太阳能互补的供电方式解决电源问题，数据传输采用4G-北斗互补方式进行，良好的解决了分布是工程状态监测与应急预警这一问题。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种工程状态监测系统，其特征在于，包括：

多个传感器，按照预设间隔设于工程的待检测位置，用于对所述工程的状态进行实时检测，生成检测数据；

一个或多个采集器，与预设数量的所述传感器连接，用于读取所述检测数据；

一个或多个主控制器，通过总线结构与预设数量的所述采集器连接，用于收集所述采集器读取到的所述检测数据，并将所述检测数据通过预定的通信方式上传，其中所述检测数据用于对所述工程的状态进行分析；

其中，当到达预定的收集时刻时，所述主控制器为所述采集器提供工作电源，并向所述采集器发出数据收集信号，其中所述数据收集信号用于指示所述采集器读取所述传感器生成的所述检测数据；

其中，所述主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少一种；

其中，当所述主控制器还包括：太阳能组件、温差供电组件和蓄电池组件中的至少两种时，所述主控制器还包括电源切换模块；其中，在所述主控制器还包括太阳能组件和温差供电组件时，使用所述太阳能组件提供电源，并在所述主控制器检测到所述太阳能组件的温度高于预设阈值时，通过所述电源切换模块启动所述温差供电组件；其中，在所述主控制器还包括蓄电池组件，和，太阳能组件和/或温差供电组件时，使用所述太阳能组件和/或温差供电组件提供电源，并在所述太阳能组件和/或温差供电组件的供电效率低于预设阈值时，通过所述电源切换模块启动所述蓄电池组件；

其中，所述主控制器用于对采集器的分时处理，即在第一预定时间主控制器给第一采集器供电，由第一采集器对与其相连的传感器进行数据收集，主控制器则收集第一采集器的数据；而在主控制器完成对第一采集器的数据收集之后的第二预定时间，主控制器则可给第二采集器供电，以此类推；

其中，所述主控制器不对数据进行处理，而直接将数据打包后上传至监控中心，由统一的监控中心进行处理；

其中，所述总线结构为冗余总线结构，以及，主控制器上传的数据包含传感器的检测数据、传感器的标识数据、采集器的标识数据、主控制器的标识数据或者相关的位置数据、时间数据，以便于监控中心对异常进行及时的定位。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述太阳能组件包括太阳能光板、以及与所述太阳能光板连接的控制电路；所述温差供电组件包括温差发电片、以及与所述温差发电片连接的升压电路和稳压电路。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控制器还包括移动网络通信模块和/或卫星通信模块，此时所述预定的通信方式包括移动网络通信方式和/或卫星通信方式。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，在所述主控制器还包括移动网络通信模块和卫星通信模块时，所述主控制器启用所述移动网络通信模块上传所述检测数据，当所述移动网络的连接失败次数超出预设阈值时，所述主控制器切换启用所述卫星通信模块上传所述检测数据。

5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述移动网络通信模块和/或卫星通信模块还用于采集时间数据和位置数据，并将所述检测数据、所述时间数据和所述位置数据打包上传，以用于所述工程的异常状态进行分析和定位。

6.根据权利要求3至5中任意一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括监控服务器，所述监控服务器上运行有数据协议转换脚本，用于将主控制器上传的所述检测数据的协议格式转换为Modbus协议格式；所述监控服务器再将转换后的数据通过人机交互界面软件进行显示，和/或根据转换后的数据对所述工程的状态进行分析。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述移动网络通信模块为GPRS通信模块时，所述主控制器通过GPRS网络将所述检测数据上传至所述监控服务器；当所述卫星通信模块为北斗通信模块时，所述主控制器通过北斗卫星将所述检测数据上传至所述监控服务器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器为振弦式传感器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述总线结构为冗余总线结构，所述控制器还用于在其中一条总线发生故障时，切换使用另一条总线收集所述采集器读取到的所述检测数据。