CN107167179A - 一种基于可视化的桥梁健康监测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于可视化的桥梁健康监测系统与方法，涉及桥梁监测领域，包括数据采集模块，用于采集桥梁的相关信息；现场数据处理模块，用于接收、过滤并存储所有数据采集器采集器所采集的数据信息；若干现场数据库，用于存储现场数据采集模块过滤、校验后的数据信息；一现场采集器分析管理模块，其用于检测采集器的工作状态；一中心数据库模块，用于接收所有的现场数据信息和采集器状态信息；一后台分析模块，用于实时判断数据采集模块与后天分析模块是否连接，根据数据信息判断桥梁是否正常运行，将分析结果写入到中心数据库模块。本发明能够避免数据库冗余，提高检测和维修检测设备的速率。

Description

一种基于可视化的桥梁健康监测系统与方法

技术领域

本发明涉及桥梁管理领域，具体涉及一种基于可视化的桥梁健康监测系统与方法。

背景技术

桥梁在使用过程中，由于长期经受外部压力和拉力的作用，会发生老化和损坏，通常需要对桥梁进行监测，以避免桥梁受损导致的突发性事故。

目前桥梁的安全检测主要通过在桥梁上安装力学传感器、温度传感器、湿度传感器等检测设备，构成实时检测机构，实时检测机构将采集到的数据上传到数据分析中心进行分析，判断相对应的桥梁是否存在损坏，并在存在损坏时通知相应的维护人员进行维护；同时，为了保证实时检测机构采集数据的准确性，需要对检测设备是否正常运行进行检测，并在检测设备出现故障时及时进行检修。

由于现有数据和设备管理主要依靠人工管理，数据分析中心所接受的数据项目繁多，且随着时间的增长持续增加，使得相关维护人员的工作量不断增大，同时，也会导致出现故障时，需要进行逐级诊断才能确定故障的根源，工作效率较低；且当检测设备出现故障或变动时，相关的信息更新较慢，大多需要逐层上报到相应领域维护人员后，才能采取相应的维护措施，信息会出现延迟。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于可视化的桥梁健康监测系统与方法，能够避免数据库冗余，提高检测和维修检测设备的速率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于可视化的桥梁健康监测系统，包括：

一数据采集模块，包括若干数据采集器，用于采集桥梁的相关信息；

一现场数据处理模块，包括若干数据处理器，每一数据处理器均与一桥梁上的所有数据采集器相对应，用于接收、过滤并存储所有数据采集器采集器所采集的数据信息；

若干现场数据库，每个现场数据库均与一数据处理器相对应，用于存储所述现场数据采集模块过滤、校验后的数据信息，作为现场数据信息；

一现场采集器分析管理模块，其用于检测所述采集器的工作状态；

一中心数据库模块，其与所有现场数据库、现场采集分析模块相连接，并用于接收所有的现场数据信息和采集器状态信息；

一后台分析模块，其用于接收数据采集模块所采集的数据信息和现场采集器分析模块的设备状态信息，并实时判断数据采集模块与后天分析模块是否连接，同时，根据数据信息判断桥梁是否正常运行，将分析结果写入到中心数据库模块；

一数据管理展示模块，其用于展示后台分析模块的分析结果，各个现场数据库模块与中心数据库模块的连接状态以及采集器的工作状态；

一设备管理展示模块，其用于在线编辑及展示所有数据采集器的拓扑情况。

在上述技术方案的基础上，所述数据处理器包括数据过滤单元、数据存储单元和数据校验单元；

所述数据过滤单元设置有范围阈值，当采集器所采集的当前数据高于或低于范围阈值时，将当前数据存储至数据存储单元，否则，不存储；

所述数据存储单元设置有有效时间段，数据过滤单元仅在有效时间段内上传的数据能够被数据存储单元接收并存储；

所述数据校验单元，其用于校验所述数据存储单元中的数据，并过滤异常数据。

在上述技术方案的基础上，所述现场采集器分析管理模块包括状态同步单元、采集器管理单元和采集器分析单元；

状态同步单元用于同步所有数据采集器的工作状态进行，其中，同步主要通过读取采集器的同步配置：数据源和目的数据库信息，主要包括数据库地址、名称、所含数据表表名、用户名、密码、同步索引列、一次同步数据量，一个周期最大同步数据量；

采集器管理单元用于接收数据状态同步单元所传输的数据并根据数据判断采集器是否正常工作；

现场采集器分析单元用于接收现场数据采集模块和状态同步单元的数据信息，并根据上述信息分析采集器的运行状态，得到采集器的状态信息。

在上述技术方案的基础上，所述设备管理展示模块还用于记录所有数据采集器的配置、使用和工作状况。

一种基于可视化的桥梁健康监测方法，包括以下步骤：

S1、采集桥梁数据信息，对桥梁数据信息并进行过滤、存储和校验，得到过滤信息；

S2、实时监测数据采集器的连接状态，并在连接时将过滤信息和连接状态写入相应的现场数据库；

S3、判断现场数据库与中心数据库的连接状态，并在连接时中心数据库遍历并存储所有现场数据库中的过滤信息和连接状态信息；

S4、然后判断过滤信息是否有效；

S5、定时刷新并显示根据步骤S4的结果。

在上述技术方案的基础上，所述过滤、存储和校验的具体步骤为：设置范围阈值，当所接受的桥梁数据信息与范围阈值进行比对，当桥梁数据信息不超过范围阈值时，分析桥梁数据信息且不保存，当桥梁数据信息超过阈值范围时，将当前桥梁数据信息保存到FLASH，由于保存到FLASH里的数据是按页保存的，每页数据最多为2048个字节，因此一般要经过多次读取数据，当凑齐2048个字节才写入 FLASH；

同时，设置采集时间间隔、采集时长等，采集时到达采集时长就终止采集，当到达采集间隔时间，启动新一轮采集，采集时间间隔和采集时长以秒为单位，取值范围为0-65535秒；

数据校验采用crc16算法，将数据段和最后两字节的校验数据进行校验，如不一致，则不存储。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S2和S3之间包括以下步骤：现场数据库通过现场监控和数据同步程序定期连接监测中心，通过 PING数据采集器IP的方式检测数据采集器的连接状态，并将连接状态写入现场数据库；同时，如果连接成功，则将数据采集器的工作状态和过滤后的数据信息写入现场数据库。

在上述技术方案的基础上，所述步骤S4的具体步骤为：中心数据库中的监测中心，其后台分析程序通过连接中心数据库和现场数据库端口的方式定期检测监控中心与各现场数据库之间的网络连接状态，并将检测结果发送至中心数据库；如果相关连接正常，则轮询该项目中心数据库所在库表，将各监测项目的最新监测数据的记录时间与操作系统时间进行比较，相差规定时间内，认为现场数据实时，将比较结果和相关监测数据发送至中心数据库；如果超出规定时间，则认为现场无实时数据。

在上述技术方案的基础上，该方法还包括构建所有数据采集器的监控结构：

为每个桥梁设置一显示页面，该显示页面为该桥梁的所有数据采集器的拓扑图，拓扑图以每个数据采集器的以内网IP和用途属性命名，可以查询相对应的数据采集器的远程ID、密码、部署软件等附属信息；

同时，还可以对相对应的数据采集器的设备信息进行修改：如删除/添加设备信息。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的一种基于可视化的桥梁健康监测系统，能够对采集器采集到的信息进行初步过滤，并只存储有价值的信息，能够避免存储过多的信息导致数据库冗余。同时，本发明能够实时将相关数据采集器的信息写入/删除，能够及时更新数据采集器的信息，避免删除后的采集器占用系统空间，造成系统冗余，同时，能够实时监控所有处于工作状态的数据采集器的信息，不仅能提高桥梁监测的准确度，还能够在数据采集器发生故障时及时查找到相对应的数据采集器，提高维修速率。

(2)本发明的一种基于可视化的桥梁健康监测系统，能够直观地测试设备的拓扑情况及相关附属信息，包括IP、远程ID、密码、部署软件、设备是否实时在线等，而且可以在线编辑这些信息，提升了设备信息维护的时效和共享性。

附图说明

图1为本发明实施例中基于可视化的桥梁健康监测系统的结构框图；

图2为基于可视化的桥梁健康监测方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种基于可视化的桥梁健康监测系统，包括：

一数据采集模块，包括若干数据采集器，用于采集桥梁的相关信息。

一现场数据处理模块，包括若干数据处理器，每一数据处理器均与一桥梁上的所有数据采集器相对应，用于接收并存储所有数据采集器采集器所采集的数据信息，且数据处理器包括数据过滤单元、数据存储单元和数据校验单元。

数据过滤单元设置有范围阈值，仅当采集器所采集的当前数据高于或低于范围阈值时，将当前数据存储至数据存储单元，否则，不存储。

数据存储单元设置有有效时间段，数据过滤单元仅在有效时间段内上传的数据能够被数据存储单元接收并存储。

数据校验单元，用于校验所述数据存储单元中的数据，并过滤异常数据，异常数据校验即通过crc16算法，将数据段和最后两字节的校验数据进行校验，如不一致，则不存储。

若干现场数据库，每个现场数据库均与一数据处理器相对应，用于存储所述现场数据采集模块过滤、校验后的数据信息，作为现场数据信息。

一现场采集器分析管理模块，其包括状态同步单元、采集器管理单元和采集器分析单元。

状态同步单元用于同步所有数据采集器的工作状态数据和其采集的监测数据，其中，工作状态数据主要通过读取采集器信息配置：采集器IP、对应工作状态；监测数据同步主要通过读取监测数据库的同步配置：数据源和目的数据库信息，主要包括数据库地址、名称、所含数据表表名、用户名、密码、同步索引列、一次同步数据量，一个周期最大同步数据量。

采集器管理单元用于接收数据状态同步单元所传输的数据并根据数据判断采集器是否正常工作。

现场采集器分析单元用于接收现场数据采集模块和状态同步单元的数据信息，并根据上述信息分析采集器的运行状态，得到采集器的状态信息。

一中心数据库模块，其与所有现场数据库、现场采集分析模块相连接，并用于接收所有的现场数据信息和采集器状态信息。

一后台分析模块，其用于接收数据采集模块所采集的数据信息和现场采集器分析模块的设备状态信息，并实时判断数据采集模块与后台分析模块是否连接，同时，根据数据信息判断桥梁是否正常运行，将分析结果写入到中心数据库模块。

一数据管理展示模块，其用于展示后台分析模块的分析结果，各个现场数据库模块与中心数据库模块的连接状态以及采集器的工作状态。

采用3幅树状菜单的形式，分级展示所有同步数据库表信息，能够区分各库表的状态；能够定期刷新相关信息。

一设备管理展示模块，其用于在线编辑及展示所有数据采集器的拓扑情况，同时，用于记录所有数据采集器的配置、使用和工作状况 (即连接状况和是否正常工作)。

其中，在线编辑及展示主要针对需要更换、新增或去除一些数据采集器时，能够实时将相关数据采集器的信息写入/删除，能够及时更新数据采集器的信息，避免删除后的采集器占用系统空间，造成系统冗余，同时，能够实时监控所有处于工作状态的数据采集器的信息，不仅能提高桥梁监测的准确度，还能够在数据采集器发生故障时及时查找到相对应的数据采集器，提高维修速率。

参见图2所示，本发明还提供一种基于上述系统的可视化桥梁健康监测方法，包括以下步骤：

S1、采集桥梁数据信息，对桥梁数据信息并进行过滤、存储和校验，得到过滤信息。

过滤、存储和校验的具体步骤为：设置范围阈值，当所接受的桥梁数据信息与范围阈值进行比对，当桥梁数据信息不超过范围阈值时，分析桥梁数据信息且不保存，当桥梁数据信息超过阈值范围时，将当前桥梁数据信息保存到FLASH，由于保存到FLASH里的数据是按页保存的，每页数据最多为2048个字节，因此一般要经过多次读取数据，当凑齐2048个字节才写入FLASH。

同时，设置采集时间间隔、采集时长等，采集时到达采集时长就终止采集，当到达采集间隔时间，启动新一轮采集，采集时间间隔和采集时长以秒为单位，取值范围为0-65535秒。

数据校验采用crc16算法，将数据段和最后两字节的校验数据进行校验，如不一致，则不存储。

S2、实时监测数据采集器的连接状态。

S3、并在连接时将过滤信息和连接状态写入相应的现场数据库。

现场数据库通过现场监控和数据同步程序定期连接监测中心，通过PING数据采集器IP的方式检测数据采集器的连接状态，并将连接状态写入现场数据库；同时，如果连接成功，则将数据采集器的工作状态和过滤后的数据信息写入现场数据库。

S4、判断现场数据库与中心数据库的连接状态。

S5、并在连接时中心数据库遍历并存储所有现场数据库中的过滤信息和连接状态信息。

S6、然后判断过滤信息是否有效。

具体步骤为：中心数据库中的监测中心，其后台分析程序通过连接中心数据库和现场数据库端口的方式定期检测监控中心与各现场数据库之间的网络连接状态，并将检测结果发送至中心数据库；如果相关连接正常(将该结果记录为a)，则轮询该项目中心数据库所在库表，将各监测项目的最新监测数据的记录时间与操作系统时间进行比较，相差规定时间内(根据传感器的采样频率以及相关项目网络状况灵活设置)，认为现场数据实时，将比较结果和相关监测数据发送至中心数据库(将该结果记录为b)；如果超出规定时间，则认为现场无实时数据(将该结果记录为c)。

S7、定时刷新并显示根据步骤S6的结果，并以不同颜色信号灯显示不同结果(a、b、c)；定时刷新并显示数据采集器的状态(连接状态和运行状态)，根据不同状态值，使用不同颜色的线条加以区分，如蓝色代表正常，红色代表连接异常。

其中，构建所有数据采集器的监控结构为：

为每个桥梁设置一显示页面，该显示页面为该桥梁的所有数据采集器的拓扑图，拓扑图以每个数据采集器的以内网IP和用途属性命名，可以查询相对应的数据采集器的远程ID、密码、部署软件等附属信息。

同时，还可以对相对应的数据采集器的设备信息进行修改：如删除/添加设备信息。

本发明不局限于上述实施方式，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种基于可视化的桥梁健康监测系统，其特征在于，包括：

一数据采集模块，包括若干数据采集器，用于采集桥梁的相关信息；

一现场数据处理模块，包括若干数据处理器，每一数据处理器均与一桥梁上的所有数据采集器相对应，用于接收、过滤并存储所有数据采集器采集器所采集的数据信息；

若干现场数据库，每个现场数据库均与一数据处理器相对应，用于存储所述现场数据采集模块过滤、校验后的数据信息，作为现场数据信息；

一现场采集器分析管理模块，其用于检测所述采集器的工作状态；

一中心数据库模块，其与所有现场数据库、现场采集分析模块相连接，并用于接收所有的现场数据信息和采集器状态信息；

一后台分析模块，其用于接收数据采集模块所采集的数据信息和现场采集器分析模块的设备状态信息，并实时判断数据采集模块与后天分析模块是否连接，同时，根据数据信息判断桥梁是否正常运行，将分析结果写入到中心数据库模块；

一数据管理展示模块，其用于展示后台分析模块的分析结果，各个现场数据库模块与中心数据库模块的连接状态以及采集器的工作状态；

一设备管理展示模块，其用于在线编辑及展示所有数据采集器的拓扑情况。

2.如权利要求1所述的一种基于可视化的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述数据处理器包括数据过滤单元、数据存储单元和数据校验单元；

所述数据过滤单元设置有范围阈值，当采集器所采集的当前数据高于或低于范围阈值时，将当前数据存储至数据存储单元，否则，不存储；

所述数据存储单元设置有有效时间段，数据过滤单元仅在有效时间段内上传的数据能够被数据存储单元接收并存储；

所述数据校验单元，其用于校验所述数据存储单元中的数据，并过滤异常数据。

3.如权利要求1所述的一种基于可视化的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述现场采集器分析管理模块包括状态同步单元、采集器管理单元和采集器分析单元；

状态同步单元用于同步所有数据采集器的工作状态进行，其中，同步主要通过读取采集器的同步配置：数据源和目的数据库信息，主要包括数据库地址、名称、所含数据表表名、用户名、密码、同步索引列、一次同步数据量，一个周期最大同步数据量；

采集器管理单元用于接收数据状态同步单元所传输的数据并根据数据判断采集器是否正常工作；

现场采集器分析单元用于接收现场数据采集模块和状态同步单元的数据信息，并根据上述信息分析采集器的运行状态，得到采集器的状态信息。

4.如权利要求1所述的一种基于可视化的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述设备管理展示模块还用于记录所有数据采集器的配置、使用和工作状况。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的系统的可视化的桥梁健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采集桥梁数据信息，对桥梁数据信息并进行过滤、存储和校验，得到过滤信息；

S2、实时监测数据采集器的连接状态，并在连接时将过滤信息和连接状态写入相应的现场数据库；

S3、判断现场数据库与中心数据库的连接状态，并在连接时中心数据库遍历并存储所有现场数据库中的过滤信息和连接状态信息；

S4、然后判断过滤信息是否有效；

S5、定时刷新并显示根据步骤S4的结果。

6.如权利要求5所述的一种可视化的桥梁健康监测方法，其特征在于：所述过滤、存储和校验的具体步骤为：设置范围阈值，当所接受的桥梁数据信息与范围阈值进行比对，当桥梁数据信息不超过范围阈值时，分析桥梁数据信息且不保存，当桥梁数据信息超过阈值范围时，将当前桥梁数据信息保存到FLASH，由于保存到FLASH里的数据是按页保存的，每页数据最多为2048个字节，因此一般要经过多次读取数据，当凑齐2048个字节才写入FLASH；

同时，设置采集时间间隔、采集时长等，采集时到达采集时长就终止采集，当到达采集间隔时间，启动新一轮采集，采集时间间隔和采集时长以秒为单位，取值范围为0-65535秒；

数据校验采用crc16算法，将数据段和最后两字节的校验数据进行校验，如不一致，则不存储。

7.如权利要求5所述的一种可视化的桥梁健康监测方法，其特征在于：所述步骤S2和S3之间包括以下步骤：现场数据库通过现场监控和数据同步程序定期连接监测中心，通过PING数据采集器IP的方式检测数据采集器的连接状态，并将连接状态写入现场数据库；同时，如果连接成功，则将数据采集器的工作状态和过滤后的数据信息写入现场数据库。

8.如权利要求5所述的一种可视化的桥梁健康监测方法，其特征在于：所述步骤S4的具体步骤为：中心数据库中的监测中心，其后台分析程序通过连接中心数据库和现场数据库端口的方式定期检测监控中心与各现场数据库之间的网络连接状态，并将检测结果发送至中心数据库；如果相关连接正常，则轮询该项目中心数据库所在库表，将各监测项目的最新监测数据的记录时间与操作系统时间进行比较，相差规定时间内，认为现场数据实时，将比较结果和相关监测数据发送至中心数据库；如果超出规定时间，则认为现场无实时数据。

9.如权利要求5所述的一种可视化的桥梁健康监测方法，其特征在于：该方法还包括构建所有数据采集器的监控结构：

为每个桥梁设置一显示页面，该显示页面为该桥梁的所有数据采集器的拓扑图，拓扑图以每个数据采集器的以内网IP和用途属性命名，可以查询相对应的数据采集器的远程ID、密码、部署软件等附属信息；

同时，还可以对相对应的数据采集器的设备信息进行修改：如删除/添加设备信息。