CN110849652B - 一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统 - Google Patents

一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统，通过在控制服务器中设置相应的存储触发条件，过滤无效数据、减轻数据库的负担，避免试验数据的过量存储；设定存储时间，以保证试验数据量，保证数据的完整性；并在控制服务器中设置相应的失效工况试验的判断条件，还连接到远程可视化终端，与其进行实时的数据交互，远程可视化终端对其接收到的数据进行统计分析，工程师可随时通过相应的远程可视化终端对现场进行实时监控，并根据相应的统计分析结果对现场进行反馈控制。

Description

一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统
技术领域
本发明涉及物理模型实验智能化控制技术领域，尤其涉及一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统。
背景技术
悬浮隧道SFT(Submerged Floating Tunnel)是一种建设悬浮于水中的一种大型跨海交通构筑物，是继跨海大桥、海底隧道后又一种人类未来实现深海峡湾跨越的重大交通运输工程，是未来解决峡湾跨越、深海通道等重大交通工程的重要方式，对引领我国未来交通运输发展具有重要的战略意义。悬浮隧道工程技术研究将利用数学模型、物理模型、理论分析、设计评估等多种手段，开展悬浮隧道涉及的水动力与结构、锚固系统、连接结构、工程材料、施工工法及装备等一系列专题研究，拟在工程理论、关键技术及施工装备等方面形成多项突破。这些创新将引领和推动中国在水动力学、流固耦合、结构岩土、工程材料等多个学科和领域的进步，将为交通强国建设提供重要的科技支撑。
由于悬浮隧道所处环境较为复杂，与其相对应的三维物理模型试验中会涉及到对众多物理量的采集(图1示出了目前建立的针对于悬浮隧道的三维物理模型试验的部分模型结构示意图)。然而现有针对于悬浮隧道的水动力试验方法仅靠人工进行判断并控制数据存储的启停，存在容易造成部分特征数据丢失或者无效数据采集过多的问题，前者会导致试验结果失真，后者可能会造成悬浮隧道试验数据存储库过载，两者均不利于悬浮隧道试验最终成果的提取，甚至可能导致试验失败；从而难以为悬浮隧道工程的建设提供相应的理论支持。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种物理模型试验过程智能化控制方法及系统。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案包括以下各方面。
一种物理模型试验过程智能化控制方法，包括：
控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向所述控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；
根据待模拟的目标工况的类型，控制服务器通过其指令控制区向对应的试验设备发出智能启动指令；当启动相应的试验设备对所述待模拟的目标工况进行模拟时，所述同步数据采集区向数据库服务器同步传输其接收到的工况数据；
所述指令控制区对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行实时监测；并对其监测到的工况数据进行误差判断，当监测到所述工况数据误差小于预设值时，判断当前目标工况趋于稳定，向数据库服务器发出存储指令；当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，所述指令控制区向数据库服务器发出停止存储指令，并对所启动的试验设备发出关闭指令；
当模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，所述控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出关闭指令。
优选的，所述数据库服务器包括临时数据库和正式数据库；当接收到指令控制区发出的存储指令时，所述临时数据库将同步数据采集区同步传输的工况数据发送至正式数据库，由正式数据库进行存储；当接收到指令控制区发出的停止存储指令时，所述临时数据库停止向正式数据库发送数据，所述正式数据库不再接收数据。
优选的，还包括在控制服务器的指令控制区中设定工况数据预设值，以使所述指令控制区根据所述工况数据预设值对其实时监测的工况数据进行失效试验工况判断；当所述指令控制区监测到同步数据采集区中的工况数据超过所述工况数据预设值时，判定当前目标工况的模拟为失效试验工况，向对应的试验设备发出关闭指令、停止试验；并向数据库服务器发出数据删除指令，数据库服务器中的正式数据库根据所述删除指令对其存储的指令进行删除。
优选的，所述目标工况包括：纯流工况、纯浪工况、波浪工况；所述纯浪工况包括规则波工况、不规则波工况。
优选的，所述预设存储时间依据目标工况的类型进行设定；
其中，对于纯流工况，所述预设存储时间不低于十分钟；对于规则波工况，所述预设存储时间不低于1分钟；对于不规则波工况，所述预设存储时间不低于3分钟；对于波浪工况，所述预设存储时间不低于十分钟。
优选的，所述同步数据采集区在接收所述多个测量模块上传的工况数据的同时，向远程可视化终端同步传输其接收到的所有工况数据；所述远程可视化终端对其接收到的工况数据进行统计分析，并根据其统计分析的结果对控制服务器进行反馈控制。
优选的，所述反馈控制包括：当所述统计分析结果显示相应的工况数据超过工况数据预设值时，实时控制所述指令控制区向对应的试验设备发出关闭指令。
优选的，所述反馈控制还包括：根据一定时间段的统计分析结果，对所述指令控制区中设定的预设存储时间进行调整。
优选的，在控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令之前，通过其同步数据采集区对多个测量模块进行时钟标定。
优选的，所述时钟标定具体为：
多个测量模块基于测量总控制器的时钟值对其中的多个测量传感器的时钟值进行时钟同步，以将所述多个测量传感器的时钟同步到第一预设数量级；同步数据采集区依次基于自身时钟值对所述多个测量模块进行时钟调整，以通过所述时钟调整过程将所述多个测量模块时钟同步到第二预设数量级；所述第一预设数量级应小于或等于所述第二预设数量级。
优选的，所述时钟调整包括：
所述同步数据采集区通过其控制指令交互接口依次访问多个测量模块，获取其访问的测量模块的时钟值；并将获取到的时钟值与自身当前时钟值进行比较，得到时钟调整量，再发出相应的控制指令控制其访问的测量模块根据所述时钟调整量进行调整；其中，将所述同步数据采集区访问的测量模块的时钟值、同步数据采集区自身当前时钟值精确取值到第二预设数量级，所述时钟调整量＝同步数据采集区自身当前时钟值-所述第一测量模块时钟值。
优选的，所述第二预设数量级应小于或等于10-6s。
一种物理模型试验过程智能化控制系统，包括：
控制服务器，包括指令控制区和同步数据采集区；所述指令控制区用于向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；并根据待模拟的目标工况的类型，向对应的试验设备发出智能启动指令，以对所述待模拟的目标工况进行模拟；对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行监测，当监测到所述工况数据趋于稳定时，所述指令控制区向数据库服务器发出存储指令；并当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，向数据库服务器发出停止存储指令；并能够在监测工况数据的过程中，根据设定的工况数据预设值进行失效试验工况判断，当判定当前工况为失效试验工况时，向对应的试验设备发出关闭指令，向数据库服务器发出数据删除指令；并在模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，向多个测量模块发出关闭指令；
所述同步数据采集区用于多个测量模块进行时钟标定；接收所述工况数据，并将所述工况数据同步传输至数据库服务器；
多个测量模块，用于执行同步数据采集区的时钟标定指令；并基于指令控制区发出的采集指令采集工况数据并向所述同步数据采集区上传其采集到的工况数据；基于指令控制区的关闭指令进行关闭；
试验设备，用于基于指令控制区的智能启动指令，启动对待模拟的目标工况的模拟；并执行指令控制区发出的关闭指令；
数据库服务器，包括临时数据库和正式数据库，所述临时数据库用于接收同步数据采集区同步传输的工况数据，并基于指令控制区的存储指令向正式数据库传输其接收到的工况数据，基于指令控制区的停止存储指令停止向所述正式数据库传输数据；
所述正式数据库用于存储临时数据库传输的数据，并用于在指令控制区判定当前工况为失效试验工况向其发出数据删除指令时，执行所述指令控制区的数据删除指令。
优选的，还包括远程可视化终端；远程可视化终端通过局域网与所述控制服务器进行数据交互，并用于接收所述同步数据采集区在接收来自多个测量模块的工况数据时同步传输的所有工况数据，并对其接收到的工况数据进行统计分析，根据其统计分析的结果对控制服务器进行反馈控制。
优选的，所述多个测量模块包括：姿态测量模块、加速度测量模块、缆力测量模块、应变测量模块、轴向伸长量测量模块、摄像模块、流量模块、流速模块和波浪模块；
所述姿态测量模块包括一个姿态测量总控制器和多个姿态测量传感器；其中，所述姿态测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个姿态测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个姿态测量传感器同时开始采集数据并将所述多个姿态测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个姿态测量传感器；
所述加速度测量模块包括一个加速度测量总控制器和多个加速度测量传感器；其中，所述加速度测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个加速度测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个加速度测量传感器同时开始采集数据并将所述多个加速度测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个加速度测量传感器；
所述缆力测量模块包括一个缆力测量总控制器和多个缆力测量传感器；其中，所述缆力测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个缆力测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个缆力测量传感器同时开始采集数据并将所述多个缆力测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个缆力测量传感器；
所述应变测量模块包括一个应变测量总控制器和多个应变测量传感器；其中，所述应变测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个应变测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个应变测量传感器同时开始采集数据并将所述多个应变测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个加速度测量传感器；
所述轴长伸长量测量模块包括一个轴长伸长量测量总控制器和多个轴长伸长量测量传感器；其中，所述轴长伸长量测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个轴长伸长量测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个轴长伸长量测量传感器同时开始采集数据并将所述多个轴长伸长量测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个轴长伸长量测量传感器；
所述流量测量模块包括一个流量测量总控制器和多个流量测量传感器；所述流量测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个流量测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个流量测量传感器同时开始采集数据并将所述多个流量测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个流量测量传感器；
所述流速测量模块包括一个流速测量总控制器和多个流速测量传感器；所述流速测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个流速测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个流速测量传感器同时开始采集数据并将所述多个流速测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个流速测量传感器；
所述波浪测量模块包括一个波浪测量总控制器和多个波浪测量传感器；所述波浪测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个波浪测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个波浪测量传感器同时开始采集数据并将所述多个波浪测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器，以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个轴长伸长量测量传感器。
优选的，还包括数据交换机，所述数据交换机用于建立万兆级光纤数据局域网；以使所述同步时钟服务器、多个测量模块、数据库服务器通过所述万兆级光纤数据局域网进行数据交互
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明至少具有以下有益效果：
通过在控制服务器中设置相应的存储触发条件，当监测到的数据稳定性达标时，触发数据库服务器进行数据存储，以此过滤启动阶段的无效数据；并根据所需模拟的工况类型设定存储时间，以保证试验数据量，保证数据的完整性；并在控制服务器中设置相应的失效工况试验的判断条件，当判断为失效工况试验，控制数据库服务器对存储的数据进行删除，以此进一步滤除试验过程中数据的有效性，从而减轻数据库的负担，避免试验数据的过量存储；在相应的控制服务器数据库服务器中采用分区执行不同指令的设置方式，以进一步保证数据处理的速度，以使控制过程准确有效。
连接到远程可视化终端，与其进行实时的数据交互，远程可视化终端对其接收到的数据进行统计分析，工程师可随时通过相应的远程可视化终端对现场进行实时监控，并根据相应的统计分析结果对现场进行反馈控制。
通过预先对多个测量模块进行时钟标定，实现悬浮隧道三维物理模型试验中各类物理量测量系统的同步数据采集，以保证试验数据的同步性，保证了各测量物理量数据能反应同一时刻各物理量之间的内在联系，有利于分析悬浮隧道结构行为规律；通过万兆级光纤局域网保证系统数据交互的实时性、可靠性。
附图说明
图1是根据本发明示例性实施例的悬浮隧道三维模型架构图。
图2是根据本发明示例性实施例的物理模型试验过程智能化控制系统结构示意图。
图3是根据本发明示例性实施例的物理模型试验过程同步数据采集区与测量模块的结构示意图。
附体标记：1-流量计，3-缆绳，4-浪高仪(a)，6-缆绳拉力计，8-流速仪，9(a)-摄像机，9(b)-灯光，10-位移姿态测试仪，11-加速度仪，12-模型管道，13-钢芯，14-注水管，15-三脚架，16-应变。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明，以使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了根据本发明示例性实施例的物理模型试验过程智能化控制系统。该实施例的系统主要包括：控制服务器、远程可视化终端、数据库服务器、测量模块、试验设备。并且所述控制服务器包括指令控制区和同步数据采集区，所述数据库服务器包括一个临时数据库和一个正式数据库，采用分区执行不同指令的设置方式，以进一步保证数据处理的准确有效、提高控制过程的效率。
具体的，所述指令控制区用于向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；并根据待模拟的目标工况的类型，向对应的试验设备发出智能启动指令，以对所述待模拟的目标工况进行模拟；对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行监测，当监测到所述工况数据趋于稳定时，所述指令控制区向数据库服务器发出存储指令；并当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，向数据库服务器发出停止存储指令；并能够在监测工况数据的过程中，根据设定的工况数据预设值进行失效试验工况判断，当判定当前工况为失效试验工况时，向对应的试验设备发出关闭指令，向数据库服务器发出数据删除指令；并在模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，向多个测量模块发出关闭指令；所述同步数据采集区用于基于自身时钟值对多个测量模块进行时钟标定，接收所述工况数据，并将所述工况数据同步传输至数据库服务器。多个测量模块，用于基于指令控制区发出的采集指令采集工况数据并向所述同步数据采集区上传其采集到的工况数据；基于指令控制区的关闭指令进行关闭；试验设备，用于基于指令控制区的智能启动指令，启动对待模拟的目标工况的模拟；并执行指令控制区发出的关闭指令；所述临时数据库用于接收同步数据采集区同步传输的工况数据，并基于指令控制区的存储指令向正式数据库传输其接收到的工况数据，基于指令控制区的停止存储指令停止向所述正式数据库传输数据；所述正式数据库用于存储临时数据库传输的数据，并用于在指令控制区判定当前工况为失效试验工况向其发出数据删除指令时，执行所述指令控制区的数据删除指令。所述远程可视化终端，用于接收所述同步数据采集区在接收来自多个测量模块的工况数据时同步传输的所有工况数据，并对接收到的工况数据进行统计分析，并能够根据统计分析结果对所述指令控制区中设定的预设存储时间、工况数据预设值进行调整。
其中，试验设备主要包括用于模拟对应水动力试验三种工况的水泵设备、波浪设备；在悬浮隧道物理模型试验中，需要模拟并采集试验数据的目标工况主要包括：纯流工况、纯浪工况、波浪工况；其中，根据波浪的规则度，将纯浪工况分为规则波工况和不规则波工况。并且需针对每个目标工况进行模拟、数据采集、数据存储。针对于悬浮隧道的水动力试验涉及到的众多物理量设置多个测量模块，具体包括：姿态测量模块、加速度测量模块、缆力测量模块、应变测量模块、轴向伸长量测量模块和摄像模块、以及流量模块、流速模块、波浪模块等。并且在硬件上，为保证不同测量模块相互之间独立工作且不发生采集数据冲突及干扰，每种测量模块配备相应的专用测量控制软件并安装在专用独立电脑(测量总控制器)上。
其中，姿态测量模块包括一个姿态测量总控制器和多个姿态测量传感器(测量架)，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个姿态测量传感器进行集中控制。具体安装方式为：在管体上固定轻质高刚度的测量架，在测量架的顶端设置测点。试验时，测点在水上，建立测点与管体的几何关系。试验时，通过测量水上测点的位置来掌握管体的姿态。①变位测量精度2mm，转角精度0.2秒；②在试验现场进行动态标定；③姿态测量系统总质量应小于管体总质量的1/1000。加速度测量模块包括一个加速度测量总控制器和多个加速度测量传感器(加速度仪器)，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个加速度测量传感器进行集中控制。具体安装方式为：在管体上固定加速度仪器，测量管体的水平、竖向平动加速度和三向转角加速度。加速度仪器试验前每隔一段时间通过专业机构进行标定，并提供标定报告及数据。缆力测量模块包括一个缆力测量总控制器和多个缆力测量传感器(包括缆力计和测力计)，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个缆力测量传感器进行集中控制。具体安装方式为：在缆索上设置缆力计进行缆力测量，对缆力进行静态和动态测量。安装是应对缆力计进行标定，使其静态测量精度达到±1N，动态测量精度达到±2N。测力计应进行：①静态标定；②动态标定，动态标定的力的变化速率不应小于实际速率。测力计静力测量精度应在±1％以内、动力测量精度应在±2％以内。应变测量模块包括一个应变测量总控制器和多个应变测量传感器(应变片)，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个应变测量传感器进行集中控制。对于应变测量需要合理布置应变测试点，尽可能多地捕捉管体应变状态，应变布置应当满足动态应变测量要求，设置合理的防水措施满足水下测量要求。检验棒芯受拉时机械接头部位应变情况。其它需求及应变片设置需研究。轴长伸长量测量模块包括一个轴长伸长量测量总控制器和多个轴长伸长量测量传感器，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个轴长伸长量测量传感器进行集中控制。对应棒芯伸长量测量：用千分表进行测量。悬浮隧道模型两侧端点各设置两套，共四套。测量时尽量去除支座自身变形、间隙合拢等误差。摄像测量模块包括一个摄像测量总控制器和多个摄像测量传感器，相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个摄像测量传感器进行集中控制。为提高水下摄像能见度，确保水池水质清澈，必要时缩短水下摄像距离。摄像部位外衣上预先打印网格纸，或贴网格纸。设置两个固定摄像于跨中，一个水平看、一个竖向看。另外两个置于1/4位置。设置一个移动摄像。流量测量模块包括一个流量测量总控制器和多个流量测量传感器(流量计)；相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个流量计进行集中控制。流速测量模块包括一个流速测量总控制器和多个流速测量传感器(流速计)；相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个流量计进行集中控制；波浪测量模块包括一个波浪测量总控制器和多个波浪测量传感器(波高仪)；相应的总控制器与外部控制服务器进行数据交互，并对多个波高仪进行集中控制。
进一步的，还包括一种物理模型试验过程智能化控制方法：控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向所述控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；根据待模拟的目标工况的类型，控制服务器通过其指令控制区向对应的试验设备发出智能启动指令；当启动相应的试验设备对所述待模拟的目标工况进行模拟时，所述同步数据采集区向数据库服务器同步传输其接收到的工况数据，并且所述指令控制区对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行监测；当监测到所述工况数据趋于稳定时，所述指令控制区向数据库服务器发出存储指令；当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，所述指令控制区向数据库服务器发出停止存储指令，并发出指令关闭所启动的试验设备；当模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，所述控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出关闭指令。
具体的，该方法还包括，在开启试验设备进行工况模拟前，控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令之前，通过其同步数据采集区基于自身时钟值对多个测量模块进行时钟标定。
图3示出了相应的测量模块与所述控制服务器(同步数据采集区)的结构关系。其中，相应的时钟标定过程为：多个测量模块基于测量总控制器的时钟值对其中的多个测量传感器的时钟值进行时钟同步，以将所述多个测量传感器的时钟同步到第一预设数量级；同步数据采集区依次基于自身时钟值对所述多个测量模块进行时钟调整，以通过所述时钟调整过程将所述多个测量模块时钟同步到第二预设数量级；所述第一预设数量级应小于或等于所述第二预设数量级。多个测量模块同步其时钟后，所述同步数据采集区依次访问多个测量模块，获取相应测量模块的时钟值，并用自身当前时钟值减去获取到的该测量模块的时钟值，得到时钟调整量；当所述时钟调整量为正值时，发出相应的控制指令控制该测量模块在其时钟值的基础上加上所述时钟调整量；当所述时钟调整量为负值时，发出相应的控制指令控制该测量模块在其时钟值的基础上减去所述时钟调整量，从而对各个测量模块、以及其中的各个测量传感器的绝对物理时间进行调节；并且将所述同步数据采集区访问的测量模块的时钟值、同步数据采集区自身当前时钟值精确取值到第二预设数量级，所述时钟调整量＝同步数据采集区自身当前时钟值-所述第一测量模块时钟值。
其中，将相应的测量模块时钟值、同步数据采集区自身当前时钟值精确取值到第二预设数量级，是为了能够悬浮隧道工程的建设提供可靠的理论支持，在相应的预设数量级内的时间同步才可以建立可靠的数据模型。因此在这种理论目标下，经过对试验过程中采集到的数据进行统计分析、并生成图表进行规律探索后，发现相应的第二预设数量级应不高于10-6s，且保证第一次测量模块中的时间标定过程的时间数量级小于或等于第二次时间标定过程的预设数量级，即所述第一预设数量级应小于等于第二预设数量级，通过这样的时间标定方式，可以保证任意两类测量模块、测量传感器的物理时间相差低于2×10-6s。待完成上述时间标定后，控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令，即同步开启多个测量模块使其能够开始数据采集和传输。
以纯流工况为例，向对应的试验设备(水泵设备)发出智能启动指令。由于同时开启所有水泵设备会有一定的危险性，因此对于水泵设备的智能启动指令是指设置一个时间间隔(例如：30s)依次开启现场的多个水泵。当水泵设备开始放水后，多个测量模块开始采集到相应的数据并向同步采集区传输其采集到的工况数据(此时主要为水流流量计和流速计的工况数据)，同步采集区向数据库服务器中的临时数据库同步传输所述工况数据。指令控制区实时监测同步采集区接收到的工况数据，并对其监测到的工况数据进行误差判断，当监测到所述工况数据误差小于预设值时，判断当前目标工况趋于稳定，向数据库服务器发出存储指令。其中，对于不同的目标工况，其精度要求是不同的，也就是其误差精度要求不同，例如，纯流工况单管时均流量精度控制在±1％之内，那么当预设0.2m/s为流速，其流速测量误差就应该小于0.002m/s，也就是当流速达到0.198m/s时，判断稳定，发出存储指令。定点时均流速精度控制在±1％之内；纯浪工况，对于规则波浪，相对于10个波的平均波高和平均周期的中值，每个波的波高精度在±5％以内，周期精度控制在±1％以内；并满足连续两次试验时序10个波的平均波高统计；对不规则波浪，(跟目标谱值相比)有效波高和谱面积均在±3％以内，单峰谱的谱峰周期在±2％以内；波+流工况，先加流，满足纯流工况要求后，再造波满足纯浪工况。相应的精度要求即为判断所述工况数据是否趋于稳定的标准。
此时，数据库服务器在所述存储指令的驱使下，开始通过其临时数据库向正式数据库传输其接收到工况数据，并由所述正式数据库存储试验工况数据，以通过这样的方式剔除启动阶段的无效数据。除了数据稳定性判断，指令控制区还会进行失效试验工况判断；当所述指令控制区监测到同步数据采集区中的工况数据超过所述工况数据预设值时，判定当前目标工况的模拟为失效试验工况，向对应的试验设备发出关闭指令、停止试验；并向数据库服务器发出数据删除指令，数据库服务器根据所述删除指令对其存储的指令进行删除。从而通过剔除启动阶段的无效数据、删除试验过程中的无效数据保证了数据存储的真实有效，减轻数据库的负担。对于所述工况数据预设值的设置，可以设置单个位移监测点最大位移量值，如2cm(根据现场试验调整)；设置单条竖缆最大缆力值为400N；设置单条斜缆最大缆力值为300N；设置单个应变测量点处最大应变值为800με；任意测量设备的正常工作观测元件监测值达到以上任意指标，认为试验处于危险状态，该试验工况失效，智能判断系统发出指令终止试验，同时发送指令，删除正式数据库中的测量值。
最后，当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，指令控制区向数据库服务器发出停止存储指令，以停止临时数据库向正式数据库传输所述工况数据，正式数据库不再存储所述工况数据。通过相应的预设存储时间控制进一步保证各种目标工况的试验数据量。其中，对于纯流工况，所述预设存储时间不低于十分钟；对于规则波工况，所述预设存储时间不低于1分钟；对于不规则波工况，所述预设存储时间不低于3分钟；对于波浪工况(采用先水后波的方式开启对应试验设备进行工况模拟)，所述预设存储时间不低于十分钟。并且在试验全程(多个目标工况模拟的全程)，同步采集区还会将其接收到的工况数据同步传输至远程可视化终端。通过相应的远程可视化终端，工作人员可以根据现场摄像头的图像数据对水动力试验进行实时全面地监控、了解模型响应测量结果，并将现场传感器采集的工况试验数据进行统计分析，并将统计分析结果进行可视化显示。在实验过程中，工程师可以根据远程可视化终端显示的一段时间内的统计分析结果(这个时间段可以根据需要自行选择)对指令控制区中的判断条件(预设存储时间-数据量的判断，失效性判断条件等)进行修正。
在一次模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，所述控制服务器的指令控制区向所述多个测量模块、试验设备发出关闭指令，
本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
当本发明上述集成的单元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，也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，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的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(可以是个人计算机、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。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明具体实施方式的详细说明，而非对本发明的限制。相关技术领域的技术人员在不脱离本发明的原则和范围的情况下，做出的各种替换、变型以及改进均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种物理模型试验过程智能化控制方法，其特征在于，所述物理模型试验为水动力试验，所述方法包括：
控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向所述控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；
根据待模拟的目标工况的类型，控制服务器通过其指令控制区向对应的试验设备发出智能启动指令；所述目标工况包括：纯流工况、纯浪工况、波浪工况；所述纯浪工况包括规则波工况、不规则波工况；所述向对应的试验设备发出智能启动指令，包括：基于预设的时间间隔依次开启现场的多个水泵设备；
当启动相应的试验设备对所述待模拟的目标工况进行模拟时，所述同步数据采集区向数据库服务器同步传输其接收到的工况数据；
所述指令控制区对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行实时监测；并对其监测到的工况数据进行误差判断，当监测到所述工况数据误差小于预设值时，判断当前目标工况趋于稳定，向数据库服务器发出存储指令；当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，所述指令控制区向数据库服务器发出停止存储指令，并对所启动的试验设备发出关闭指令；
当模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，所述控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出关闭指令；
其中，所述预设存储时间依据目标工况的类型进行设定；对于纯流工况，所述预设存储时间不低于十分钟；对于规则波工况，所述预设存储时间不低于1分钟；对于不规则波工况，所述预设存储时间不低于3分钟；对于波浪工况，所述预设存储时间不低于十分钟。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据库服务器包括临时数据库和正式数据库；当接收到指令控制区发出的存储指令时，所述临时数据库将同步数据采集区同步传输的工况数据发送至正式数据库，由正式数据库进行存储；当接收到指令控制区发出的停止存储指令时，所述临时数据库停止向正式数据库发送数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括在控制服务器的指令控制区中设定工况数据预设值，以使所述指令控制区根据所述工况数据预设值对其实时监测的工况数据进行失效试验工况判断；当所述指令控制区监测到同步数据采集区中的工况数据超过所述工况数据预设值时，判定当前目标工况的模拟为失效试验工况，向对应的试验设备发出关闭指令、停止试验；并向数据库服务器发出数据删除指令，数据库服务器中的正式数据库根据所述删除指令对其存储的指令进行删除。
4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述同步数据采集区在接收所述多个测量模块上传的工况数据的同时，向远程可视化终端同步传输其接收到的所有工况数据；所述远程可视化终端对其接收到的工况数据进行统计分析，并根据其统计分析的结果对控制服务器进行反馈控制。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述反馈控制包括：当所述统计分析的结果显示相应的工况数据超过工况数据预设值时，实时控制所述指令控制区向对应的试验设备发出关闭指令。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反馈控制还包括：根据一定时间段的统计分析结果，对所述指令控制区中设定的预设存储时间进行调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制服务器通过其指令控制区向多个测量模块发出采集指令之前，通过其同步数据采集区对多个测量模块进行时钟标定。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述时钟标定具体为：
多个测量模块基于测量总控制器的时钟值对其中的多个测量传感器的时钟值进行时钟同步，以将所述多个测量传感器的时钟同步到第一预设数量级；同步数据采集区依次基于自身时钟值对所述多个测量模块进行时钟调整，以通过所述时钟调整过程将所述多个测量模块时钟同步到第二预设数量级；所述第一预设数量级应小于或等于所述第二预设数量级。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述时钟调整包括：
所述同步数据采集区通过其控制指令交互接口依次访问多个测量模块，获取其访问的测量模块的时钟值；并将获取到的时钟值与自身当前时钟值进行比较，得到时钟调整量，再发出相应的控制指令控制其访问的测量模块根据所述时钟调整量进行调整；其中，将所述同步数据采集区访问的测量模块的时钟值、同步数据采集区自身当前时钟值精确取值到第二预设数量级，所述时钟调整量=同步数据采集区自身当前时钟值-第一测量模块时钟值。
10.根据权利要求8-9任一所述的方法，其特征在于，所述第二预设数量级应小于或等于10-6s。
11.一种物理模型试验过程智能化控制系统，其特征在于，所述系统包括：
控制服务器，包括指令控制区和同步数据采集区；所述指令控制区用于向多个测量模块发出采集指令，以使所述多个测量模块开始采集工况数据并向控制服务器的同步数据采集区上传其采集到的工况数据；并根据待模拟的目标工况的类型，向对应的试验设备发出智能启动指令，以对所述待模拟的目标工况进行模拟；对所述同步数据采集区中由多个测量模块上传的工况数据进行监测，当监测到所述工况数据趋于稳定时，所述指令控制区向数据库服务器发出存储指令；并当监测到存储所述工况数据的时间达到预设存储时间时，向数据库服务器发出停止存储指令；并能够在监测工况数据的过程中，根据设定的工况数据预设值进行失效试验工况判断，当判定当前工况为失效试验工况时，向对应的试验设备发出关闭指令，向数据库服务器发出数据删除指令；并在模拟完所有待模拟的目标工况并完成相应的工况数据存储后，向多个测量模块发出关闭指令；
所述同步数据采集区用于对多个测量模块进行时钟标定；接收所述工况数据，并将所述工况数据同步传输至数据库服务器；
多个测量模块，用于执行同步数据采集区的时钟标定指令；并基于指令控制区发出的采集指令采集工况数据并向所述同步数据采集区上传其采集到的工况数据；基于指令控制区的关闭指令进行关闭；
试验设备，用于基于指令控制区的智能启动指令，启动对待模拟的目标工况的模拟；并执行指令控制区发出的关闭指令；
数据库服务器，包括临时数据库和正式数据库，所述临时数据库用于接收同步数据采集区同步传输的工况数据，并基于指令控制区的存储指令向正式数据库传输其接收到的工况数据，基于指令控制区的停止存储指令停止向所述正式数据库传输数据；
所述正式数据库用于存储临时数据库传输的数据，并用于在指令控制区判定当前工况为失效试验工况向其发出数据删除指令时，执行所述指令控制区的数据删除指令。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，还包括远程可视化终端；远程可视化终端通过局域网与所述控制服务器进行数据交互，并用于接收所述同步数据采集区在接收来自多个测量模块的工况数据时同步传输的所有工况数据，并对其接收到的工况数据进行统计分析，根据其统计分析的结果对控制服务器进行反馈控制。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个测量模块包括：姿态测量模块、加速度测量模块、缆力测量模块、应变测量模块、轴向伸长量测量模块、摄像模块、流量测量模块、流速测量模块和波浪测量模块；
所述姿态测量模块包括一个姿态测量总控制器和多个姿态测量传感器；其中，所述姿态测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个姿态测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个姿态测量传感器同时开始采集数据并将所述多个姿态测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个姿态测量传感器；
所述加速度测量模块包括一个加速度测量总控制器和多个加速度测量传感器；其中，所述加速度测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个加速度测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个加速度测量传感器同时开始采集数据并将所述多个加速度测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个加速度测量传感器；
所述缆力测量模块包括一个缆力测量总控制器和多个缆力测量传感器；其中，所述缆力测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个缆力测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个缆力测量传感器同时开始采集数据并将所述多个缆力测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个缆力测量传感器；
所述应变测量模块包括一个应变测量总控制器和多个应变测量传感器；其中，所述应变测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个应变测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个应变测量传感器同时开始采集数据并将所述多个应变测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个应变测量传感器；
所述轴长伸长量测量模块包括一个轴长伸长量测量总控制器和多个轴长伸长量测量传感器；其中，所述轴长伸长量测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个轴长伸长量测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个轴长伸长量测量传感器同时开始采集数据并将所述多个轴长伸长量测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个轴长伸长量测量传感器；
所述流量测量模块包括一个流量测量总控制器和多个流量测量传感器；所述流量测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个流量测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个流量测量传感器同时开始采集数据并将所述多个流量测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个流量测量传感器；
所述流速测量模块包括一个流速测量总控制器和多个流速测量传感器；所述流速测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个流速测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个流速测量传感器同时开始采集数据并将所述多个流速测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器；以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个流速测量传感器；
所述波浪测量模块包括一个波浪测量总控制器和多个波浪测量传感器；所述波浪测量总控制器用于在向所述控制服务器发送自身时钟值之前，基于自身时钟值对所述多个波浪测量传感器进行时钟标定；在时钟标定后，基于控制服务器的控制指令向其发送自身时钟值、并根据与其对应的时钟调整量进行调整，并基于控制服务器的开启指令控制所述多个波浪测量传感器同时开始采集数据并将所述多个波浪测量传感器采集到的数据同步传输至数据库服务器，以及基于控制服务器的关闭指令同时关闭所述多个波浪测量传感器。
14.根据权利要求11-13任一所述的系统，其特征在于，还包括数据交换机，所述数据交换机用于建立万兆级光纤数据局域网；以使同步时钟服务器、多个测量模块、数据库服务器通过所述万兆级光纤数据局域网进行数据交互。
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