CN106908101A - 一种土木工程健康监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了工程监测技术领域的一种土木工程健康监测系统，包括依次连接的传感器系统、数据采集与处理系统、信号通讯与传输系统和信号分析与监控系统，所述传感器系统包含环境信息、局部和整体状态参数和传感器设备与接口，一种土木工程健康监测方法，该土木工程健康监测方法的具体步骤如下：S1：信号测量；S2：提取特征信号；S3：建立典型特征数据库；S4：检测损伤位置，本发明通过传感器系统可实时的采集土木工程的结构状态参数，利用整体检测法具体全面的检测土木工程结构的健康状态，并作出评价与预判，通过远程传输将损伤数据发送到客户端，便于维修人员的实时查看。

Description

一种土木工程健康监测系统及方法
技术领域
本发明涉及工程监测技术领域，具体为一种土木工程健康监测系统及方法。
背景技术
目前我国土木工程事故频繁发生，如桥梁的突然折断、房屋骤然倒塌等，造成了重大的人员伤亡和财产损失，已引起人们对重大工程安全性的关心和重视。另外我国有一大批桥梁和基础设施都在20世纪五六十年代建造的，经过这么多年的使用，其安全性更是不容忽视。近些年，地震、洪水、暴风等自然灾害也对这些建筑造成了不同程度的损害，还有一些人为的爆炸等破坏性行为，这些越来越引起人们的密切关注。
对重大土木工程的结构健康进行实时的监测和诊断，及时发现结构的损伤，并评估其安全性，预测健康性能的变化和剩余寿命并作出维护决定，对提高工程健康稳定运营的效率，保障人民生命财产安全有极其重大的安全意义，已成为现代工程越来越迫切的要求。土木工程的健康状态主要通过土木工程结构的物理量来反应，例如通过监测加速度、监测应变和监测温度反应出土木工程的结构健康状态。但是目前监测土木工程结构的加速度、应变和温度都是利用有线设备完成的，需要在土木工程中布置大量的传输线路，导致其监测成本较高，为此，我们提出了一种土木工程健康监测系统及方法投入使用，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种土木工程健康监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的目前监测土木工程结构的加速度、应变和温度都是利用有线设备完成的，需要在土木工程中布置大量的传输线路，导致其监测成本较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种土木工程健康监测系统，包括依次连接的传感器系统、数据采集与处理系统、信号通讯与传输系统和信号分析与监控系统，所述传感器系统包含环境信息、局部和整体状态参数和传感器设备与接口，所述环境信息用于监测土木工程的的外部环境，包括其外部温度、风力、空气潮湿度的参数，所述局部和整体状态参数包括土木工程的承重节点参数和土木工程的整体结构参数，所述传感器设备与接口用于实时监控土木工程结构参数并提供参数数据上传的接口，所述数据采集与处理系统包含信号采集和数据存储，所述信号采集对所述传感器系统中上传的参数数据信息实时采集，并将采集信息存储到所述数据存储中，所述信号通讯与传输系统通过无线信号与所述信号分析与监控系统连接，并将土木工程参数信息反馈到所述信号分析与监控系统中进行处理，所述信号通讯与传输系统包含系统平台、局域网和因特网，所述信号分析与监控系统包括模型数据库和监测数据库，所述模型数据库和监测数据库均连接有限元模型修正与诊断，所述有限元模型修正与诊断和所述结构状态显示与报警连接，所述结构状态显示与报警用于实时的显示土木工程结构参数的具体状态信息，并针对非正常状态信息进行报警，所述结构状态显示与报警分别与所述状态信息远程传输和所述状态动态数据库连接，所述状态信息远程传输用于将土工工程健康状态参数信息输出到客户端中，便于维修人员实时查看，所述状态动态数据库用于实时存储监测的土木工程健康状态参数。
优选的，所述传感器系统分布在待监测土木工程结构的关键节点上。
优选的，所述数据存储采用分布式存储系统，提高数据存储容量。
优选的，一种土木工程健康监测方法，该土木工程健康监测方法的具体步骤如下：
S1：利用传感器系统实时采集待监测的土工工程结构的具体参数，将采集到的数据进行预处理；
S2：经过处理后的数据信息通过信号通讯与传输系统上传至信号分析与监控系统中；
S3：构建有限元模型，并建立典型损伤数据库，对土木工程结构健康状态进行诊断；
S4：将诊断结果通过结构状态显示与报警进行显示，并针对参数异常的数据进行报警，利用状态信息远程传输将诊断信息反馈至远程客户端。
优选的，所述步骤S2中，所述信号通讯与传输系统为基于网络的远程传输，采用紧密一致性的模式对传输数据进行同步。
优选的，所述紧密一致性的模式在任何时间都会保证数据的完全同步，在监测数据开始采集的同时，数据立即进行传输。
优选的，所述步骤S3中，通过有限元软件建立土木工程的空间结构有限元模型，将土木工工程的各个参数作为单元模拟基量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过传感器系统可实时的采集土木工程的结构状态参数，利用整体检测法具体全面的检测土木工程结构的健康状态，并作出评价与预判，当结构出现不同程度的损伤时可通过远程传输将损伤数据发送到客户端，便于维修人员的实时查看，本发明采用基于网络的远程传输系统，无需在土木工程结构上布设大量的数据线，减小了土木工程健康监测系统的运营费用。
附图说明
图1为本发明功能模块图。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种土木工程健康监测系统，包括依次连接的传感器系统、数据采集与处理系统、信号通讯与传输系统和信号分析与监控系统，所述传感器系统包含环境信息、局部和整体状态参数和传感器设备与接口，所述环境信息用于监测土木工程的的外部环境，包括其外部温度、风力、空气潮湿度的参数，所述局部和整体状态参数包括土木工程的承重节点参数和土木工程的整体结构参数，所述传感器设备与接口用于实时监控土木工程结构参数并提供参数数据上传的接口，所述数据采集与处理系统包含信号采集和数据存储，所述信号采集对所述传感器系统中上传的参数数据信息实时采集，并将采集信息存储到所述数据存储中，所述信号通讯与传输系统通过无线信号与所述信号分析与监控系统连接，并将土木工程参数信息反馈到所述信号分析与监控系统中进行处理，所述信号通讯与传输系统包含系统平台、局域网和因特网，所述信号分析与监控系统包括模型数据库和监测数据库，所述模型数据库和监测数据库均连接有限元模型修正与诊断，所述有限元模型修正与诊断和所述结构状态显示与报警连接，所述结构状态显示与报警用于实时的显示土木工程结构参数的具体状态信息，并针对非正常状态信息进行报警，所述结构状态显示与报警分别与所述状态信息远程传输和所述状态动态数据库连接，所述状态信息远程传输用于将土工工程健康状态参数信息输出到客户端中，便于维修人员实时查看，所述状态动态数据库用于实时存储监测的土木工程健康状态参数。
其中，所述传感器系统分布在待监测土木工程结构的关键节点上，所述数据存储采用分布式存储系统，提高数据存储容量。
本发明还提供了一种土木工程健康监测方法，该土木工程健康监测方法的具体步骤如下：
S1：利用传感器系统实时采集待监测的土工工程结构的具体参数，将采集到的数据进行预处理；
S2：经过处理后的数据信息通过信号通讯与传输系统上传至信号分析与监控系统中，所述信号通讯与传输系统为基于网络的远程传输，采用紧密一致性的模式对传输数据进行同步，所述紧密一致性的模式在任何时间都会保证数据的完全同步，在监测数据开始采集的同时，数据立即进行传输；
S3：构建有限元模型，并建立典型损伤数据库，对土木工程结构健康状态进行诊断，通过有限元软件建立土木工程的空间结构有限元模型，将土木工工程的各个参数作为单元模拟基量；
S4：将诊断结果通过结构状态显示与报警进行显示，并针对参数异常的数据进行报警，利用状态信息远程传输将诊断信息反馈至远程客户端。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种土木工程健康监测系统，其特征在于，包括依次连接的传感器系统、数据采集与处理系统、信号通讯与传输系统和信号分析与监控系统，所述传感器系统包含环境信息、局部和整体状态参数和传感器设备与接口，所述环境信息用于监测土木工程的的外部环境，包括其外部温度、风力、空气潮湿度的参数，所述局部和整体状态参数包括土木工程的承重节点参数和土木工程的整体结构参数，所述传感器设备与接口用于实时监控土木工程结构参数并提供参数数据上传的接口，所述数据采集与处理系统包含信号采集和数据存储，所述信号采集对所述传感器系统中上传的参数数据信息实时采集，并将采集信息存储到所述数据存储中，所述信号通讯与传输系统通过无线信号与所述信号分析与监控系统连接，并将土木工程参数信息反馈到所述信号分析与监控系统中进行处理，所述信号通讯与传输系统包含系统平台、局域网和因特网，所述信号分析与监控系统包括模型数据库和监测数据库，所述模型数据库和监测数据库均连接有限元模型修正与诊断，所述有限元模型修正与诊断和所述结构状态显示与报警连接，所述结构状态显示与报警用于实时的显示土木工程结构参数的具体状态信息，并针对非正常状态信息进行报警，所述结构状态显示与报警分别与所述状态信息远程传输和所述状态动态数据库连接，所述状态信息远程传输用于将土工工程健康状态参数信息输出到客户端中，便于维修人员实时查看，所述状态动态数据库用于实时存储监测的土木工程健康状态参数。
2.根据权利要求1所述的一种土木工程健康监测系统，其特征在于：所述传感器系统分布在待监测土木工程结构的关键节点上。
3.根据权利要求1所述的一种土木工程健康监测系统，其特征在于：所述数据存储采用分布式存储系统，提高数据存储容量。
4.一种土木工程健康监测方法，其特征在于：该土木工程健康监测方法的具体步骤如下：
S1：利用传感器系统实时采集待监测的土工工程结构的具体参数，将采集到的数据进行预处理；
S2：经过处理后的数据信息通过信号通讯与传输系统上传至信号分析与监控系统中；
S3：构建有限元模型，并建立典型损伤数据库，对土木工程结构健康状态进行诊断；
S4：将诊断结果通过结构状态显示与报警进行显示，并针对参数异常的数据进行报警，利用状态信息远程传输将诊断信息反馈至远程客户端。
5.根据权利要求4所述的一种土木工程健康监测方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述信号通讯与传输系统为基于网络的远程传输，采用紧密一致性的模式对传输数据进行同步。
6.根据权利要求5所述的一种土木工程健康监测方法，其特征在于：所述紧密一致性的模式在任何时间都会保证数据的完全同步，在监测数据开始采集的同时，数据立即进行传输。
7.根据权利要求4所述的一种土木工程健康监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过有限元软件建立土木工程的空间结构有限元模型，将土木工工程的各个参数作为单元模拟基量。
8.根据权利要求4所述的一种土木工程健康监测方法，其特征在于：所述步骤S3中，在对土木工程健康状态进行检测时，采用整体检测法，利用土木结构现场测试信息，评价整体结构的状态，以间断或连续地评价结构的健康，确定损伤存在的可疑区域。
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