CN201345048Y - 数据采集解析系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种数据采集解析系统，该系统包括：数据采集模块、数据监测模块、数据存储模块、控制模块，控制模块与所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块连接，用以控制所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块的工作。本实用新型提供的远程实时对大桥进行数据采集分析系统，可以接入大桥采集分析系统中。该系统主要用于提高对大桥桥梁工程结构的运营养护管理水平和效率，有助于保障结构及行车的安全。

Description

数据采集解析系统

技术领域

本实用新型属于智能控制领域，涉及一种实时远程数据采集分析的方法，尤其涉及一种大桥实时远程数据采集解析系统。

背景技术

分布式远程数据采集分析系统由集中操作管理单元、分布的测控单元和通信网络构成。它是在网络技术、大规模集成电路和嵌入式技术的基础上发展起来的，其主要特点有：可将复杂的系统分解为相对简单的独立模块，系统层次清晰。整个系统进行了优化分解，监测任务合理分配，有效的提高了系统的运行速度，数据采集由分布在监测现场附近的高精度传感元件配合智能节点来承担，有效的提高了监测精度。

桥梁在运营期间会受到气候、氧化、腐蚀或老化等因素，及长期在恒载和活载的作用下遭受损害，其强度和刚度会随时间的增加而降低，这不仅影响了安全行车，更会使该桥的使用寿命缩短。因此需要在现有技术水平的基础上，集桥梁结构分析、计算机通信及网络、现代传感器检测、监测技术、桥梁的养护管理为一体的系统，为养护管理提供科学依据。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种可以用来对大桥进行远程实时数据采集解析系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种数据采集解析系统，该系统包括数据采集模块、数据监测模块、数据存储模块、控制模块；数据采集模块用以采集静/动态响应信息及环境信息；所述数据采集模块把采集到的数据信息发送至数据监视模块及数据存储模块；数据监测模块用以监测数据异常，若某一数据的值在设定正常范围之外，则发出报警信号。数据存储模块用以按设定的期限从采集终端下载数据信息，并将数据信息导入数据库进行管理；数据存储模块包括间断存储单元、触发存储单元、人工连续存储单元；间断存储单元指定通道每隔一段时间存储一段连续的数据，提供存储间断时间、每段连续存储时间和通道名列表的查询和设置；触发存储单元将触发通道与其它被触发通道进行触发关联，当触发通道的信号数据按照指定方法分析的结果落入设定的阈值范围内时，触发关联的被触发通道一段时间内的数据连续存储；同时提供触发任务名称、触发优先级、触发连续存储时间、触发通道名列表、信号数据分析方法、触发阈值范围；被触发任务名称、被触发通道列表名的查询和设置；所述被触发任务名称与触发任务名称保持全站的一致性；人工连续存储单元指定通道存储指定时间的一段连续数据，提供连续存储时间和通道名列表的设置。控制模块与所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块连接，用以控制所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块的工作。

作为本实用新型的一种优选方案，所述控制模块包括数据查询单元，用以查询所述数据采集模块的信息及参数。

作为本实用新型的一种优选方案，所述查询的信息及参数包括数据采集模块的硬件信息、软件信息、名称、IP地址、位置信息、描述、当前状态信息；所述硬件信息包括主机型号、硬件配置；所述软件信息包括当前运行的软件名称、版本。

作为本实用新型的一种优选方案，所述数据采集模块包括地震信号采集单元、大桥结构振动信号采集单元、主梁顺桥向位移信号采集模块；所述地震信号采集单元为三向加速度信号传感器，所述大桥结构振动信号采集单元为单向加速度信号传感器，所述主梁顺桥向位移信号采集模块为拉绳式位移计。

作为本实用新型的一种优选方案，所述路面信息及环境信息包括雨量信号、桥面风速风向信号、塔顶风速风向信号、大桥结构振动信号、应力信号、大气温湿度信号、钢结构、桥面温度信号、温度补偿信号、及GPS时间时钟信号、地震信号、索塔变位信号、主梁顺桥向位移信号、钢箱梁竖向挠度和转角信号、索力信号、支座反力信号。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提供了一种可以远程实时对大桥进行数据采集分析的系统，可以接入大桥采集分析系统中。该系统主要用于提高对大桥桥梁工程结构的运营养护管理水平和效率，有助于保障结构及行车的安全。

大桥远程数据采集分析系统是一种基于内在的环境振动响应监测和数据分析、损伤识别技术和外部的桥梁调查监测相结合的先进的计算机监测和管理系统，它突破了传统的仅靠目测和外观检测的结构养护管理模式，能有效地提高大型桥梁工程结构的运营养护管理水平和效率，有助于保障结构及行车的安全。其最大的亮点是采用系统集成技术，将现代的计算机、传感、信号处理技术、软件开发、桥梁结构分析与结构检测技术等相融合，应用SQL server数据库等软件研究开发功能全面、强大、操作简便的远程数据采集分析系统软件，为桥梁的监测管理提供科学的手段和方法。

附图说明

图1为本实用新型数据采集解析系统的组成示意图。

图2为本实用新型数据采集模块的组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的优选实施例。

实施例一

请参阅图1、图2，本实用新型揭示了一种大桥远程数据采集解析系统，该系统包括若干数据采集模块14(亦称采集终端)、数据监测模块12(亦称监测终端)、数据存储模块13(亦称存储终端)、控制模块11(亦称控制终端)。控制模块11与所述数据采集模块14、数据监视模块12、数据存储模块13连接，用以控制所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块的工作。

大桥监控系统的数据采集终端14分布在大桥箱梁和塔内，其主要任务是按照控制终端的要求，在各类传感器的配合下采集大桥的环境数据、静/动态响应等信号，进而将这些信号数据一方面实时传送到监视终端；另一方面以数据文件的形式存储在本地，以供数据存储终端下载并利用数据库来统一管理信号数据。所述数据采集终端14把采集到的数据信息发送至数据监视模块及数据存储模块。

数据监测模块12用以监测数据异常，若某一数据的值在设定正常范围之外，则发出报警信号。

数据存储模块13用以按设定的期限从采集终端下载数据信息，并将数据信息导入数据库进行管理；数据存储模块13包括间断存储单元、触发存储单元、人工连续存储单元；间断存储单元指定通道每隔一段时间存储一段连续的数据，提供存储间断时间、每段连续存储时间和通道名列表的查询和设置；触发存储单元将触发通道与其它被触发通道进行触发关联，当触发通道的信号数据按照指定方法分析的结果落入设定的阈值范围内时，触发关联的被触发通道一段时间内的数据连续存储；同时提供触发任务名称、触发优先级、触发连续存储时间、触发通道名列表、信号数据分析方法、触发阈值范围；被触发任务名称、被触发通道列表名的查询和设置；所述被触发任务名称与触发任务名称保持全站的一致性；人工连续存储单元指定通道存储指定时间的一段连续数据，提供连续存储时间和通道名列表的设置。

数据采集模块14中，上述环境数据、静/动态响应信息包括采集雨量信号、桥面风速风向信号、塔顶风速风向信号、大桥结构振动信号、应力信号、大气温湿度信号、钢结构、桥面温度信号、温度补偿信号，及GPS时间时钟信号、地震信号、索塔变位信号、主梁顺桥向位移信号、钢箱梁竖向挠度和转角信号、索力信号、支座反力信号。以下具体介绍每个信号的采集方法。

【雨量信号】

用Young Model 52202雨量计采集，信号输出为一开关量，接入上拉电阻后表现为一TTL数字脉冲信号，其一个pulse对应0.1mm的降雨量。根据世界上最大的单位时间雨量来计算，此脉冲信号的频率小于10Hz；此脉冲信号的脉宽远大于1us。用隔离计数卡PXI-6624来对该信号进行计数，累积一段时间(一秒钟)以内的计数差值然后读取。当此段时间内计数差值为0时，认为雨量为0，数据无效，不予存储。

【桥面风速风向信号】

用Young Model 81000超声风速仪采集，超声风速仪有RS-485串口信号输出。串口信号经过光纤收发器送至RS-485串口卡PXI-8423采集，采样频率设为10Hz。多个超声风速仪可以共享一个串口Port，拥有不同的地址予以区分。

【塔顶风速风向信号】

用Young Model 05103L螺旋桨风速仪采集，需考虑防雷问题。风速仪信号输出为电流信号，拟采用调理器先将风速仪信号调理成RS-485信号，再经光纤收发器送至RS-485串口卡PXI-8423采集，采样频率设为10Hz。风速仪的风速信号和风向信号经过不同的调理器分别调理成RS-485信号，不同的调理器可以共享一个串口Port，拥有不同的地址予以区分。

【大桥结构振动信号】

结构振动信号为一加速度信号，用Kistler 8310A10单向加速度信号传感器采集，信号输出为+/-2V范围内的电压信号。不同的采集终端在PXI-6652、PXI-6624和GPS接收机的协助下，利用PXI-4472的采集通道对大桥各点的结构振动信号进行多机箱GPS同步采集，采样频率设为100Hz。加速度传感器有独立的激励电路，不需要PXI-4472的采集通道对其进行激励。

【GPS时间时钟信号】

GPS时间时钟信号用来确保多机箱PXI-4472对大桥各点的结构振动信号的同步采集，它们由GPS接收机产生，其中我们关心的信号具体包括：GPS绝对时间、10MHz时钟信号和PPS秒脉冲信号。利用控制器PXI-8196RT的RS-232串口获取GPS绝对时间；利用PXI-6652获取标准的同频同相的10MHz时钟信号，进而产生同频同相的过采样时钟信号给PXI-4472；利用PXI-6624获取标准的PPS秒脉冲信号并对其进行计数，产生同步脉冲信号和采集开始触发信号给PXI-4472。

【地震信号】

地震信号为一个三向的加速度信号，用Kistler 8310A10三向加速度信号传感器采集，信号输出为三个方向的+/-2V范围内的电压信号。利用PXI-4472的三个通道来分别对其各个方向信号进行同步采集，采样频率设为200Hz。由于地震信号在一定的阈值以下时对桥梁健康监测而言意义不大，所以只当地震信号的某向幅值超过设定的阈值时，才将此三路加速度信号数据存储到本地文件。加速度传感器有独立的激励电路，不需要PXI-4472的采集通道对其进行激励。

【应力信号】

用应变片桥路采集并经过调理器调理成RS-485串口信号输出。用RS-485串口卡PXI-8423采集，采样频率设为10Hz。不同通道的调理器可以共享一个串口Port，但拥有不同的地址予以区分。由于串口通信速率的限制，为保证每路通道的采样率不受影响，对每个串口port上连接的调理器数目有所限制，最多不超过12个。

【索塔变位信号】

索塔变位信号为一倾斜角度信号，用EL TILTMETER SC 56802020倾斜仪采集，信号输出为-2.5～2.5V的电压信号，用于数据修正的温度信号输出也是同样范围的电压信号。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为1Hz。

【主梁顺桥向位移信号】

主梁顺桥向位移信号用拉绳式位移计采集，信号输出为4～20mA电流。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为50Hz。

【钢箱梁竖向挠度和转角信号】

用Rose Mount 3051S压力变送器采集，信号输出为4～20mA电流。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为1Hz。

【索力信号】

用索力计采集，信号输出为4～20mA电流。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为1Hz。

【支座反力信号】

用支座反力计采集，信号输出为4～20mA电流。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为1Hz。

【大气温湿度信号】

用Young Model 41382L温湿度仪采集，信号输出为4～20mA电流。用SCXI-1125先对信号进行隔离和调理，然后送至PXI-6280进行采集，采样频率设为1Hz。

【钢结构、桥面温度信号】

用数字式温度传感器采集并经过调理器调理成RS-485串口信号输出。用RS-485串口卡PXI-8423采集，采样频率设为1Hz。不同通道的调理器可以共享一个串口Port，但拥有不同的地址予以区分。这里对温度信号的采样频率很低，不用考虑由于串口通信的速率限制影响各通道的采样频率，但由于串口负载的限制，每个串口port上连接的调理器数目有所限制，最多不超过32个。

【温度补偿信号】

为减少温度对某些传感器的影响，提高其测量精度，拟对一部分传感器进行温度补偿，在对应传感器附近加装温度传感器采集环境温度用来修正传感器的信号输出。需要进行温度补偿的传感器有：倾斜仪(内接一个数字式温度传感器，输出为模拟电压信号送至SCXI-1125采集)、压力变送器、索力计、支座反力计(在附近加装一个带数字式温度传感器的RS-485信号调理器，输出为RS-485串口信号送至PXI-8423采集)，采样频率设为1Hz。

由于传感器信号的采集与对应的温度信号的采集通道不同，所以数据修正工作不应放在采集终端完成。采集终端只负责将传感器信号和对应的温度信号数据发送到监测终端或存入本地文件，数据修正工作由监测终端和存储终端完成。

以下说明数据存储模块的功能及组成。所述数据存储模块包括间断存储单元、触发存储、人工连续存储单元。

——间断存储。指定通道每隔一段时间存储一段连续的数据，如每小时存储连续10分钟的数据。提供存储间断时间、每段连续存储时间和通道名列表的查询和设置。

——触发存储。将触发通道与其它被触发通道(同一采集终端或不同采集终端)进行触发关联，当触发通道的信号数据按照指定方法分析的结果落入设定的阈值范围内时，触发关联的被触发通道一段时间内的数据连续存储。提供触发任务名称、触发优先级、触发连续存储时间、触发通道名列表、信号数据分析方法、触发阈值范围；被触发任务名称(与触发任务名称保持全站的一致性)、被触发通道列表名的查询和设置。

——人工连续存储。指定通道存储指定时间的一段连续数据。提供连续存储时间和通道名列表的设置。

以上三种存储模式中，人工连续存储优先级最高，触发存储次之，间断存储最低，可以对某一通道进行不同存储模式的耦合设置，在触发存储中支持触发优先级的设定。如果不同存储模式下的数据发生重叠，以优先级高的存储模式或触发说明作为数据包对应的存储模式信息添加到数据包中。对采集通道存储模式的设置不支持动态更改，即更改存储模式前必须停止当前的采集任务，然后根据相应的导入命令更新进入新的数据存储任务。

采集终端将连续采集的数据以数据包为单位(一个数据包包含一个采集通道一段时间连续采集的信号数据和对应的一些信号信息)通过TCP端口发送给监视终端；同时将数据存储任务指定的数据包以文本文件的形式存入本地。采集终端提供FTP服务器，数据存储终端定期通过FTP协议从采集终端下载数据文件，并将数据文件信息导入数据库进行管理。

采集终端软件工作在实时环境下，在终端硬件的支持下主要完成对信号数据的采集和存储。用户一般不直接与其进行交互，但其提供一系列的标准接口和命令与用户所在的控制终端、监测终端和数据存储终端进行交互。

所述控制模块包括数据查询单元，用以对采集终端系统信息和参数的查询以及设置。查询内容包括查询采集终端硬件信息：主机型号、硬件配置；查询采集终端软件信息：当前运行的软件名称、版本；查询采集终端其他信息：终端位置、描述、当前状态；查询/更改采集终端名称；查询/更改采集终端IP地址等。

采集终端接受控制终端的控制：如重启采集终端；同时接受控制终端对采集终端采集任务的设置，即对采集模块的设置，主要包括：

1、采集模块采样率；

2、采集模块一次读取数据点数；

进而对采集模块各采集通道有如下设置：

1、通道名(信号对应采集通道的ID，是采集信号在整个监测系统中的唯一标识)；

2、采集信号的最大最小值；

3、降采样模式及因子(按采集通道指定的降采样处理的模式和比率。采集模块为各采集通道指定统一的采样率，通过降采样处理，各采集通道能够得到以希望较低的采样率采样的信号数据)；

4、模拟和数字滤波器设置(滤除信号数据信号中噪声及干扰频率成分)；

5、数据单位(采集信号的原始物理单位)；

6、单位换算系数(采集到的电信号数据与原始物理信号之间的折算关系，根据该关系，将电信号数据转换为原始物理信号数据)。

控制终端对采集模块的设置不支持动态更改，即更改采集模块设置前必须停止当前的采集任务，然后根据相应的导入命令更新进入新的采集任务。

采集终端对各路信号进行连续采集，由于大桥地震信号和结构振动信号是GPS同步采集，所以对各路信号的采集都是基于绝对时间的，即用户在开始数据采集时必须提供有效的任务开始绝对时间。

利用上述大桥远程数据采集分析系统的采集分析方法，该采集分析方法包括如下步骤：

步骤A、数据采集模块采集雨量信号、桥面风速风向信号、塔顶风速风向信号、大桥结构振动信号、应力信号、大气温湿度信号、钢结构、桥面温度信号、温度补偿信号，及GPS时间时钟信号、地震信号、索塔变位信号、主梁顺桥向位移信号、钢箱梁竖向挠度和转角信号、索力信号、支座反力信号中的一个或多个；所述数据采集模块把采集到的数据信息发送至一数据监视模块及一数据存储模块；所述数据采集模块将连续采集的数据以数据包为单位通过TCP端口发送给数据监测模块；其中，一个数据包包含一个采集通道一段时间连续采集的信号数据和对应的信号信息；同时，所述数据采集模块将指定的数据包以文本文件的形式存入本地。

步骤B、数据监测模块监测数据异常，若某一数据的值在设定正常范围之外，则发出报警信号。

步骤C、数据存储模块按设定的期限从采集终端下载数据信息，并将数据信息导入数据库进行管理。

步骤D、控制模块控制所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块的工作。

所述方法包括采集终端将内部各模块、引擎和接口的状态转换、错误信息等内容通过广播的方式发送到控制和监测终端，并将错误信息整理成错误日志存入本地。

进一步地，所述方法还包括各采集终端对大桥的震动信号采取多机箱GPS同步采集，满足各点震动信号之间严格的相位同步要求。

这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (5)

1、一种数据采集解析系统，其特征在于，该系统包括数据采集模块、数据监测模块、数据存储模块、控制模块；

数据采集模块用以采集静/动态响应信息及环境信息；所述数据采集模块把采集到的数据信息发送至数据监视模块及数据存储模块；

数据监测模块用以监测数据异常，若某一数据的值在设定正常范围之外，则发出报警信号；

数据存储模块用以按设定的期限从采集终端下载数据信息，并将数据信息导入数据库进行管理；包括：

间断存储单元，指定通道每隔一段时间存储一段连续的数据，提供存储间断时间、每段连续存储时间和通道名列表的查询和设置；

触发存储单元，将触发通道与其它被触发通道进行触发关联，当触发通道的信号数据按照指定方法分析的结果落入设定的阈值范围内时，触发关联的被触发通道一段时间内的数据连续存储；同时提供触发任务名称、触发优先级、触发连续存储时间、触发通道名列表、信号数据分析方法、触发阈值范围；被触发任务名称、被触发通道列表名的查询和设置；所述被触发任务名称与触发任务名称保持全站的一致性；

人工连续存储单元，指定通道存储指定时间的一段连续数据，提供连续存储时间和通道名列表的设置；

控制模块与所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块连接，用以控制所述数据采集模块、数据监视模块、数据存储模块的工作。

2、根据权利要求1所述的数据采集解析系统，其特征在于：所述控制模块包括数据查询单元，用以查询所述数据采集模块的信息及参数。

3、根据权利要求2所述的数据采集解析系统，其特征在于：所述查询的信息及参数包括数据采集模块的硬件信息、软件信息、名称、IP地址、位置信息、描述、当前状态信息；所述硬件信息包括主机型号、硬件配置；所述软件信息包括当前运行的软件名称、版本。

4、根据权利要求1所述的数据采集解析系统，其特征在于：所述数据采集模块包括地震信号采集单元、大桥结构振动信号采集单元、主梁顺桥向位移信号采集模块；所述地震信号采集单元为三向加速度信号传感器，所述大桥结构振动信号采集单元为单向加速度信号传感器，所述主梁顺桥向位移信号采集模块为拉绳式位移计。

5、根据权利要求1所述的数据采集解析系统，其特征在于：所述路面信息及环境信息包括雨量信号、桥面风速风向信号、塔顶风速风向信号、大桥结构振动信号、应力信号、大气温湿度信号、钢结构、桥面温度信号、温度补偿信号、及GPS时间时钟信号、地震信号、索塔变位信号、主梁顺桥向位移信号、钢箱梁竖向挠度和转角信号、索力信号、支座反力信号。

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