CN113592451A - 土木工程偶发状态监测数据采集方法、存储介质、网关和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了土木工程偶发状态监测数据采集方法、存储介质、网关和系统，方法包括以下步骤中的一种或者多种：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率；同时若满足偶发状态条件则以时间‑频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输；另外若不满足偶发状态条件则以时间‑频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据。本发明在有效捕捉偶发状态数据的同时又不产生过多占用存储资源的冗余监测数据的目的，对土木工程进行判断、为紧急预案的发布提供科学、直接的技术手段。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程健康监测领域数据，尤其涉及土木工程偶发状态监测数据采集方法、存储介质、网关和系统。
背景技术
土木工程健康监测(Civil Engineering Health Monitoring，简称CEHM)技术是用探测到的对象响应，结合系统的特性分析，来获取土木工程对象各项物理性能指标并评价其完好性、损伤的严重性以及定位损伤位置。其基本思想是通过测量土木工程对象在超常荷载前后的响应来推断其特性的变化，进而探测和评价损伤情况，或者通过持续监测来发现对象性能的长期退化。
CEHM技术可以用最少的人力来实现对工程对象自动、连续的监测和观察。例如可监测工程对象在地震或者爆炸下的损伤，或者监测其在周围环境以及人的活动下的短期或长期损伤。这些信息可以为土木工程监测对象的安全评估提供重要参考，也可以用于维护以及对其剩余使用寿命的评估。
土木工程健康监测系统包括以下几个部分：(1)传感系统，主要通过传感器将待测的物理量转变为电信号。(2)数据采集和处理系统，一般安装于待测结构中，采集传感系统的数据并进行初步处理。(3)通讯系统，将采集并处理过的数据传输到监控信息中心。(4)监控信息中心和报警设备，利用具备诊断功能的软硬件对接收到的数据进行诊断，判断损伤的发生、位置、程度，对结构健康状况做出评估，如发现异常，发出报警信息，为技术人员提供分析的基础数据。
其中数据采集及处理系统尤为重要。数据采集系统的设计一般根据健康监测的具体要求，结合传感器的性能指标、信号特征和结构响应特点来决定。系统的硬件设备包括安装在建筑物上的各类放大调理器、传输光缆及计算机等，主要是对传感器信号进行采集、数据传输和存储；而系统软件则主要是完成数据的分析与处理。
目前结构健康监测实施过程中，采集各物理量的传感器体系(应力、温度、变形、加速度等)拥有各自的采样频率，并且基本以固定的采集频率和发送频率不间断的向服务器或云端传送数据信息。
数据采集中的一个重要问题是数据采样频率和数据存储数量。传统的采集传输工作方式，若以高频率进行采集，将对数据采集系统的硬件性能的要求非常高，导致系统造价大幅度提高，在遭遇偶发事件(地震、火灾、洪水、飓风、滑坡、交通荷载等情况)前后很长的空挡时间，所采集的冗余数据，大多没有什么实际利用价值，但却会消耗大量的能源、网络及存储资源；若以高频率进行采集，将使采集的数据不能真实反映结构的动态特性，在遭受偶发状态时又不能及时有效地采集存储关键信息，以致影响对土木工程监测对象的评估。因此，要根据结构物理量动态响应的频响范围确定采样频率，且所有传感器的信号应同步采集或间隔同步采集。
此外，监测系统中的无线传感网中通常设置有大量的传感器节点(应力、温度、变形、加速度等)，每个节点都是产生数据的源节点，导致同一时刻网络中有大量数据产生，同时存储这些数据，即便采用通常的数据压缩技术也会消耗大量的存储资源。同时传输所有数据必然会产生较大的网络带宽及能耗，并出现拥塞、访问冲突、时延较大等问题。另外，随着应用场景的复杂化多样化，无线传感网络产生的信息种类和数量会越来越多，大量冗余和无用信息将带来显著的能耗需求、数据存储空间需求等问题，并直接影响监测数据的利用效率。因此需要考虑监测数据的存储策略，对原始数据及处理后的各种结果数据需建立专门的数据存储管理系统，并实现结构相关信息的可视化、智能化以及结构状态的实时跟踪，对异常情况应具备实时报警功能，为决策管理提供数据支持，从而提高结构的控制管理水平。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供土木工程偶发状态监测数据采集方法、存储介质、网关和系统，以达到在有效捕捉偶发状态数据的同时又不产生过多占用存储资源的冗余监测数据的目的，以便使相关管理单位能通过物联网及时有效地获取土木工程监测对象遭受偶发事件(地震、火灾、洪水、滑坡等情况)时的状态信息，对土木工程进行判断、为紧急预案的发布提供科学、直接的技术手段。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明的第一方面，提供土木工程偶发状态监测数据采集方法，包括以下步骤中的一种或者多种：
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率；
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输；
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
进一步地，所述物理性能数据在采集和传输过程中带有时间戳。
进一步地，所述基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输，具体包括：
S201：获取以高频F2采集的土木工程的物理性能数据，判断是否进入偶发状态，若不是则进入步骤S202，否则进入步骤S203；
S202：以时间-频率关系为远低近高的形式动态覆盖保存采集的临时缓存数据包D0s，当达到低频上传周期时，以低频F1向服务器传输推送实时单次采集数据D1，并返回步骤S201；
S203：当判断物理性能数据达到偶发状态条件时，向服务器发送临时缓存数据D0s，并当达到高频上传周期时，以高频F2缓存采集到的带时间戳的数据D2，打包后向服务器发送前期缓存的数据包D2s，并返回步骤S201。
进一步地，所述以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，具体包括：
采集时间的间隔按一定比例间隔选择物理性能数据的序列作为记录数据存储，间隔时间顺序近小远大，公式如下：
式中，t表示时间间隔，n表示第n个序列，其中(n mod 10)≠0。
进一步地，所述物理性能数据包括应力数据、温度数据、拉压力数据、风速数据、加速度数据、位移数据中的一种或者多种。
进一步地，所述偶发状态条件包括以下内容的一种或者多种多种：所述物理性能数据大于第一阈值，所述物理性能数据的变化速率大于第二阈值，多种物理性能数据的组合变化率大于第三阈值。
进一步地，所述方法还包括以下步骤：
将物理性能数据上传至服务器；
接收服务器下发的根据所述物理性能数据确定的控制指令，并将所述控制指令下发至采集设备；所述控制指令包括频率控制指令、传输控制指令和/或存储控制指令。
本发明的第二方面，提供存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
本发明的第三方面，提供网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述网关分别与服务器和采集设备连接；所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
本发明的第四方面，提供土木工程偶发状态监测数据采集系统，包括服务器和采集设备；所述服务器和采集设备均与所述的网关连接。
本发明的有益效果是：
在本发明的一示例性实施例中，在土木工程监测对象中通过图像传感器和状态传感器，采集对象工作环境的图片或视频信号和工程状态信息，然后通过物联网的无线通讯技术，把采集到的数据依照采集频率传送到健康监测中心。监测中心对接收到的数据进行本地的持久化存储并进行分析，以辨别是否有突发事件发生。若判定有突发事件发生，迅速做出预警。
具体地，本发明中涉及的三种数据处理方法分别可以实现以下技术效果：1)无线传感器网络在正常环境中以低频率进行数据采集，当监测中心服务器(或其他偶发状态监测设备发出的指令)接收到数据并判定为偶发状态数据时，可以自动向物联网网关发出加频信息，物联网网关将以较高的频率进行数据采集。2)传感器节点以恒定的高频进行采集，每组数据需带有时间戳，在采集端对采集数据进行分析判断，当数据变化达到或超过设定的限值时，保留高频采样的数据，作为向服务器传输的有效数据，若变化没有超过设定限值的数据，按低频率截取采样的数据，作为向服务器传输的有效数据。数据事先进行了处理，可减少网络传输的数据，最大限度地保留数据的原样，同时减少数据的冗余。3)传感器节点以恒定的高频进行数据采集并向服务器传输，每组数据需带有时间戳，在服务器端对采集数据进行分析判断，当数据变化达到或超过设定的限值时，存储高频采样的数据，若数据变化没有超过设定限值的数据，按低的频率截取采样的数据，作为需要存储的有效数据。该方案可减小传感器设备的复杂度，但需要耗费较大的网络数据流量，可最大限度地保留了数据的原样，同时减少数据的冗余度。
本发明示例性实施例中涉及的三种数据处理方法，可根据采样频率高低，综合设备、网络及存储资源开销成本，选择或组合使用。
附图说明
图1为本发明一示例性实施例公开的方法流程图；
图2为本发明一示例性实施例公开的步骤S02的具体流程示意图；
图3为本发明一示例性实施例公开的步骤S03的具体流程示意图；
图4为本发明一示例性实施例公开的网关连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
在现有技术中，对于物理性能数据数据采集，传统的采集传输工作方式，若以高频率进行采集，将对数据采集系统的硬件性能的要求非常高，导致系统造价大幅度提高，在遭遇偶发事件(地震、火灾、洪水、飓风、滑坡、交通荷载等情况)前后很长的空挡时间，所采集的冗余数据，大多没有什么实际利用价值，但却会消耗大量的能源、网络及存储资源；若以高频率进行采集，将使采集的数据不能真实反映结构的动态特性，在遭受偶发状态时又不能及时有效地采集存储关键信息，以致影响对土木工程监测对象的评估。因此，要根据结构物理量动态响应的频响范围确定采样频率，且所有传感器的信号应同步采集或间隔同步采集。
此外，监测系统中的无线传感网中通常设置有大量的传感器节点(应力、温度、变形、加速度等)，每个节点都是产生数据的源节点，导致同一时刻网络中有大量数据产生，同时存储这些数据，即便采用通常的数据压缩技术也会消耗大量的存储资源。同时传输所有数据必然会产生较大的网络带宽及能耗，并出现拥塞、访问冲突、时延较大等问题。另外，随着应用场景的复杂化多样化，无线传感网络产生的信息种类和数量会越来越多，大量冗余和无用信息将带来显著的能耗需求、数据存储空间需求等问题，并直接影响监测数据的利用效率。
因此，下述内容通过考虑监测数据的存储策略，可以用于解决上述问题，对原始数据及处理后的各种结果数据需建立专门的数据存储管理系统，另外还可以实现结构相关信息的可视化、智能化以及结构状态的实时跟踪，对异常情况应具备实时报警功能，为决策管理提供数据支持，从而提高结构的控制管理水平。
参见图1，图1示出了本发明的一示例性实施例中，提供的土木工程偶发状态监测数据采集方法，包括以下步骤中的其中一种：
S01：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率。
具体地，该步骤为动态调整采集频率的步骤，可用于一旦监测到符合偶发状态出现的信号时，通过网络广播等方式，向相关采集端发出采集指令，减少网络传输的数据量，最大限度地保留数据的原样，并减少数据存储的冗余。
而在其中一示例性实施例中，是偶发状态监测装置直接向相关采集端发指令控制采样频率；而在又一示例性实施例中，是通过服务器端发指令控制采样频率，偶发状态监测装置用于控制命令转发。即在该步骤中，设想用于获取土木工程的物理性能数据的无线传感器网络在正常环境中以低频率进行数据采集，当健康监测中心服务器接收到数据并判定监测对象遭受偶发状态时，自动向采集端的物联网网关(即偶发状态监测装置)发出提高采集频率信息指令，采集端将以满足监测需求的较高频率进行数据采集，便于健康监测中心服务器端及监控人员确认是否发生偶发事件；而当该控制过程也可在采集端(即偶发状态监测装置自身)计算完成，可由采集端自己采集的数据触发，也可由其他偶发状态监测设备发出的指令触发。
S02：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输。
具体地，该步骤为动态调整传输内容的步骤，传感器节点以恒定的高频进行采集并记录物理性能数据，每组物理性能数据可优选带有时间戳，在采集端对采集数据进行分析判断，当数据变化达到或超过设定的限值、提示出现偶发状态时，存储偶发状态发生到状态结束这段时间的数据，将保存的高频采样数据，向服务器传输，或压缩后向服务器传输；若还需要采集记录到偶发状态发生前一段时间的数据，即数据变化没有超过设定限值前一阶段的数据，则采集端按一定算法，以时间-频率关系为远低近高的形式动态覆盖保存采样的数据，出现偶发状态时作为前导数据记录，向服务器传输。由于数据传输前已经进行了处理，可减少网络传输的数据，而且由于数据带有时间戳，能最大限度地还原数据的原样，同时减少数据存储的冗余。
具体地，在该步骤中，布置在土木工程监测对象上的传感器装置负责物理性能数据采集，并将带有时间戳的动态数据通过前端采集处理器进行预判处理，再将有效数据推送至服务器。
其中，优选地，在一示例性实施例中，如图2所示，该步骤具体包括：
S201：获取以高频F2采集的土木工程的物理性能数据，判断是否进入偶发状态，若不是则进入步骤S202，否则进入步骤S203；
S202：以时间-频率关系为远低近高的形式动态覆盖保存采集的临时缓存数据包D0s，当达到低频上传周期时，以低频F1向服务器传输推送实时单次采集数据D1，并返回步骤S201；
S203：当判断物理性能数据达到偶发状态条件时，向服务器发送临时缓存数据D0s，并当达到高频上传周期时，以高频F2缓存采集到的带时间戳的数据D2，打包后向服务器发送前期缓存的数据包D2s，并返回步骤S201。
另外，所述以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，具体包括：
采集时间的间隔按一定比例间隔选择物理性能数据的序列作为记录数据存储，间隔时间顺序近小远大，公式如下：
式中，t表示时间间隔，n表示第n个序列，其中(n mod 10)≠0。
若以秒计，采样时间的间隔序数为：
1,2,3,4,5,6,7,8,9,
10,20,30,40,50,60,70,80,90,
100,200,300,400,500,600,700,800,900,
......
10000,20000,30000,......80000,90000等等。
S03：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
具体地，该步骤为动态调整存储内容的步骤，传感器节点以恒定的高频进行数据采集并向服务器传输，每组数据需带有时间戳，以便于还原数据的时间对应关系，在服务器端对采集数据进行分析判断，当数据变化达到或超过设定的限值时，存储高频采样的数据，若数据变化没有超过设定限值的数据，则按一定算法(该算法与步骤S02中的公式相同)，以时间顺序远低近高的频率截取采样的数据，作为需要存储的有效数据。该方案可减小传感器设备的复杂度，但需要耗费较大的网络数据流量，可最大限度地保留了数据的原样，同时减少数据的冗余度。在特殊情况下有一定的应用场景。
需要说明的是，如图3所示，传感器节点将采集的物理量数据向上发送，经过节点间的无线链路的数据转发，监测数据汇集到监测数据服务器接口中的信息获取模块，记为过程1。该过程中的数据是离散的、碎片化且非系统的，数据格式为传感器网络的特有格式。信息获取模块获取监测数据后即将数据发送给数据处理模块，记为过程2。过程2中的数据经过了信息获取模块的初步整理，但数据格式还是传感器网络的特有格式。数据处理模块将传感器网络特有格式的监测数据转化成特定的监测数据服务器格式，并进行数据的校验及冗余数据的清洗工作，此过程主要是当数据变化达到或超过设定的限值时，存储高频采样的数据，若数据变化没有超过设定限值的数据，按低的频率截取采样的数据，数据处理完成后，作为需要存储的有效数据将由数据处理模块发送到数据存储器保存，记为过程3。过程3中的数据是可以被监测数据服务器直接读取并处理的数据。
而在又一示例性实施例中，所述方法包括步骤S01和S02的组合，即所述方法包括：
S01：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率。
S02：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输。
而在又一示例性实施例中，所述方法包括步骤S01和S03的组合，即所述方法包括：
S01：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率。
S03：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
而在又一示例性实施例中，所述方法包括步骤S01、S02和S03的组合，即所述方法包括：
S01：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率。
S02：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输。
S03：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
当采用上述三种组合方式(步骤S01+S02，步骤SS01+S03，步骤SS01+S02+S03)，步骤S01的偶发状态触发可进一步向步骤S02和步骤S03提供，可以节约一定程序。
而在又一示例性实施例中，所述方法包括S02和S03的组合，即所述方法包括：
S02：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输。
S03：基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
采用该种方式可以同时将存储步骤和传输步骤同时进行，利用动态调整存储内容的步骤为动态调整传输内容的步骤提供数据基础。
更优地，在一示例性实施例中，所述物理性能数据包括应力数据、温度数据、拉压力数据、风速数据、加速度数据、位移数据中的一种或者多种。
更优地，在一示例性实施例中，所述偶发状态条件包括以下内容的一种或者多种多种：所述物理性能数据大于第一阈值，所述物理性能数据的变化速率大于第二阈值，多种物理性能数据的组合变化率大于第三阈值。
其中，对于多种物理性能数据的组合变化率大于第三阈值，可以针对不同情况设置不同的组合方案，例如地震的判断具有第一组合变化率，而火灾的判断具有第二组合变化率。并且可以根据判断出的不同偶发事件进行不同步骤S01、S02和S03的调整(频率)。
更优地，在一示例性实施例中，所述方法还包括以下步骤：
将物理性能数据上传至服务器；
接收服务器下发的根据所述物理性能数据确定的控制指令，并将所述控制指令下发至采集设备；所述控制指令包括频率控制指令、传输控制指令和/或存储控制指令。
该内容已在上述内容中阐述，在此不进行赘述。
基于上述任一示例性实施例的实现，在本发明的又一示例性实施例中，提供存储介质，其上存储有计算机指令，所述计算机指令运行时执行所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
基于上述任一示例性实施例的实现，在本发明的又一示例性实施例中，提供网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述网关分别与服务器和采集设备连接；所述处理器运行所述计算机指令时执行所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
基于这样的理解，本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或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得装置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、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccessMemory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
具体地，图4提供了一种嵌入式网关，嵌入式网关在一个健康监测系统中起着“承上启下”的作用，即类似于交通枢纽的作用，负责在传感器网络与通信网络间进行数据协议转换。其一端与传感器节点相连，接收无线网络层传输过来的监测对象各项数据，网关另一端通过与GPRS Modem连接，使用TCP/IP协议与健康监测中心链接，通过GPRS网络发送数据至健康监测中心进行下一步的处理。
在其中一示例性实施例中，嵌入式网关根据事先预设的采集频率不断地通过串口线和USB向监测对象的传感器节点读取采集到的数据，自行进行数据处理；而在另外一个实施例中，嵌入式网关根据事先预设的采集频率不断地通过串口线和USB向监测对象的传感器节点读取采集到的数据，数据经解析后根据与服务器约定的数据传输协议进行标准数据的封装。发送的数据在经过健康监测中心处理后，如感知到监测对象处于偶发状态中，则健康监测中心发送相应的命令对嵌入式网关进行控制与操作。也即监测中心会向网关发送“加速采集速率”命令，要求网关对传感器节点下达加快数据采集的命令，以求获取更多信息数据。当监测中心的数据处理模块发现收到的数据已经不再触及阈值时，监测中心会向网关发送“减缓采集速率”命令，要求网关降低传感器节点的数据采样频率，以减少传感器节点的资源损耗。
如图4所示，所述传感器节点包括应力传感器、温度传感器、拉压力传感器、风速传感器、加速度传感器、位移传感器。
也就是说，本示例性实施例中的嵌入式网关具备以下功能：1)支持多种传感器设备与网络的通信协议，能够存储不同的数据类型。2)能够对上传的数据依据协议进行格式转换，在收到控制和采集命令时，能够映射出相应操作，并下达到传感器设备中。3)能够对传感器设备做出统一管理，进行统一的控制。
基于上述任一示例性实施例的实现，如图4所示，在本发明的又一示例性实施例中，提供土木工程偶发状态监测数据采集系统，包括服务器和采集设备；所述服务器和采集设备均与所述的网关连接。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：包括以下步骤中的一种或者多种：
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件，则提高所述物理性能数据的采集频率；
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输；
基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若不满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，作为需要存储的有效数据，否则高频采集并存储物理性能数据。
2.根据权利要求1所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述物理性能数据在采集和传输过程中带有时间戳。
3.根据权利要求1所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述基于采集到的土木工程的物理性能数据，确定是否满足偶发状态条件，若满足偶发状态条件则以时间-频率关系为远低近高的形式，动态覆盖保存采集的物理性能数据并向服务器传输，否则低频向服务器传输，具体包括：
S201：获取以高频F2采集的土木工程的物理性能数据，判断是否进入偶发状态，若不是则进入步骤S202，否则进入步骤S203；
S202：以时间-频率关系为远低近高的形式动态覆盖保存采集的临时缓存数据包D0s，当达到低频上传周期时，以低频F1向服务器传输推送实时单次采集数据D1，并返回步骤S201；
S203：当判断物理性能数据达到偶发状态条件时，向服务器发送临时缓存数据D0s，并当达到高频上传周期时，以高频F2缓存采集到的带时间戳的数据D2，打包后向服务器发送前期缓存的数据包D2s，并返回步骤S201。
4.根据权利要求1或3所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述以时间-频率关系为远低近高的形式截取采集的物理性能数据，具体包括：
采集时间的间隔按一定比例间隔选择物理性能数据的序列作为记录数据存储，间隔时间顺序近小远大，公式如下：
式中，t表示时间间隔，n表示第n个序列，其中(n mod 10)≠0。
5.根据权利要求1所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述物理性能数据包括应力数据、温度数据、拉压力数据、风速数据、加速度数据、位移数据中的一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述偶发状态条件包括以下内容的一种或者多种多种：所述物理性能数据大于第一阈值，所述物理性能数据的变化速率大于第二阈值，多种物理性能数据的组合变化率大于第三阈值。
7.根据权利要求1所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：
将物理性能数据上传至服务器；
接收服务器下发的根据所述物理性能数据确定的控制指令，并将所述控制指令下发至采集设备；所述控制指令包括频率控制指令、传输控制指令和/或存储控制指令。
8.存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于：所述计算机指令运行时执行权利要求1～7所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
9.网关，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令，所述网关分别与服务器和采集设备连接；其特征在于，所述处理器运行所述计算机指令时执行权利要求1～7所述的土木工程偶发状态监测数据采集方法的步骤。
10.土木工程偶发状态监测数据采集系统，包括服务器和采集设备；其特征在于，所述服务器和采集设备均与权利要求9所述的网关连接。
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