CN202583837U - 一种桥梁健康监测数据采集分析装置 - Google Patents

一种桥梁健康监测数据采集分析装置 Download PDF

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魏洪昌
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Abstract

本实用新型公开了一种桥梁健康监测数据采集分析装置。装置包括至少一套数据采集与在线评估数据分析装置和一套离线评估数据分析装置,数据采集与在线数据分析装置包括传感器、数据采集器、分散数据存储服务器和分散数据处理服务器,离线评估数据分析装置包括WEB服务器、数据存储服务器和数据处理服务器,装置采集桥梁的各传感器监测的数据,分散数据处理服务器对采集的数据进行分析处理后得到在线评估分析数据并将该数据存储于分散数据存储服务器中,数据处理服务器对在线评估分析数据进行分析处理后得到离线评估分析数据并将该数据存储于数据存储服务器中,专家通过WEB服务器查询分散数据存储服务器和数据存储服务器中所存储的数据。

Description

一种桥梁健康监测数据采集分析装置
技术领域
本实用新型属于桥梁健康监测数据处理分析技术领域,具体涉及一种桥梁健康监测数据采集分析装置。
背景技术
桥梁的运营管理和维护需要对桥梁健康状态进行及时评估,掌握其行为状态。目前对桥梁在运营期间的行为特征还有很多未知领域,桥梁健康状态评估近期内做不到完全自动化,评估过程一般需要专家的人为参与,这一传统评估模式时效性较差。桥梁的运营管理和维护迫切需要对桥梁健康状态进行及时评估,掌握其行为状态,因此桥梁健康监测系统对桥梁的监测数据的分析处理多采用在线评估和离线评估相结合的策略。在线评估主要对实时采集的监测数据进行基本的统计分析、趋势分析,设立预警系统,给出结构的初步安全状态评估;离线评估是对桥梁结构监测得到的各种监测数据(包括其他系统、日常管养信息等)进行综合的高级分析。
为了实现对桥梁结构在线评估和离线评估,健康监测系统对桥梁结构不间断的监测,产生海量的监测数据。为了存储海量数据,桥梁监测中心往往需要配置海量存储设备,必要时需要将数据刻录成光盘形式存储以减少存储设备的数据存储压力。由于监测数据量大,各桥梁健康监测中心计算机疲于应对各种监测数据存储、图形转换等工作。同时,由于国内建立的桥梁健康监测系统往往存在注重监测过程忽略了监测数据的分析处理的问题,导致一些桥梁健康监测系统在运营较短的时间内失效或瘫痪,或者监测得到的大量监测数据缺乏有效的整理分析,在需要进行离线评估分析时未进行及时有效的离线评估,导致失去监测意义而成为一堆垃圾数据。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足,本实用新型的目的在于提供一种基于专家评估的桥梁健康监测数据采集分析装置,以实现对一座桥或是多座桥的健康监测数据的存储和分析服务,由技术专家团队对桥梁健康监测数据进行有效的分析处理和研究,在此基础之上进行结构健康状态评估,并对一些特殊状态进行及时的反馈,如封闭交通、进行人工检测复核等。
为实现上述技术任务,本实用新型采取如下的技术解决方案:
一种桥梁健康监测数据采集分析装置,其特征在于,包括至少一套数据采集与在线评估数据分析装置和一套离线评估数据分析装置;
所述每套数据采集与在线评估数据分析装置包括:
传感器,包括环境类传感器、荷载类传感器和响应类传感器,其中:环境类传感器监测桥梁环境信息数据,荷载类传感器监测桥梁荷载信息数据,响应类传感器监测桥梁结构响应信息数据;
数据采集器,采集传感器监测到的数据;
分散数据处理服务器,对数据采集器采集到的数据进行分析处理,得到在线评估分析数据,并提供人际交互界面;
分散数据存储服务器,存储数据采集器采集到的数据和在线评估分析数据,并根据在线评估分析数据的数据类型建立数据库;定期检测在线评估分析数据的完整性并修复受损数据;
所述的传感器、数据采集器、分散数据存储服务器和分散数据处理服务器依次连接;
所述离线评估数据分析装置包括:
数据处理服务器,对各套数据采集与在线评估数据分析装置输出的在线评估分析数据分别进行处理,得到与各套数据采集与在线评估数据分析装置相应的离线评估分析数据,并提供人机交互界面;
数据存储服务器分别存储各套数据采集与在线评估数据分析装置输出的在线评估分析数据;并分别存储与各套数据采集与在线评估数据分析装置相应的离线评估分析数据;同时提供人机交互界面;
WEB服务器,远程用户通过该服务器查询分散数据存储服务器和数据存储服务器中存储的数据;
所述的各分散数据存储服务器与所述的WEB服务器连接;所述的各分散数据处理服务器与所述的数据存储服务器连接,所述的数据处理服务器和WEB服务器分别与数据存储服务器连接。
所述环境类传感器包括温度湿度仪、温度传感器、风速风向仪、雨量计、风压计和气压计中的一种或两种以上。
所述荷载类传感器包括动态称重系统、三向加速度传感器和车速车轴仪中的一种或两种以上。
所述响应类传感器包括索力计、应变计、单向加速度传感器、位移计、GPS导航仪、倾角仪和压力变送器中的一种或两种以上。
传感器、数据采集器、分散数据存储服务器和分散数据处理服务器位于桥梁健康监测现场,可由现场搭建的局域网实现各服务器的连接;WEB服务器、数据存储服务器和数据处理服务器位于远程,同样由搭建的局域网实现各服务器的连接,两个局域网之间络通过通信网络连接。
由WEB服务器提供的B/S登录模式和数据存储服务器提供的人机交互界面方便专家查阅数据和及时地反馈评估结果。专家评估模块中的专家团队可以依据需要人为干预离线评估分析的启动,控制软件分析计算的过程、选择分析方法等决策。专家团队登录各数据库界面,依据得出的理论分析结果和其他监测数据信息,结合自身丰富的知识和经验,评估桥梁结构的健康状态。
本实用新型将桥梁健康监测系统中的在线评估分析交由现场监控中心计算机执行,而把离线评估分析过程独立出来,减轻了桥梁健康监测中心计算机的负担,同时提供远程数据存储服务,有效节省了现场监测中心的存储设备,提高了设备利用率。将离线评估分析过程交由行业内经验丰富的专家进行,既充分利用了监测数据,避免了监测数据的浪费,又能够提供可靠的桥梁结构健康状况评估结果。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
以下结合实施例与附图对本实用新型作进一步详细说明。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚,下面结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。给予本实用新型中的实施例,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,都属本实用新型保护范围。
如图1所示,本实用新型的桥梁健康监测数据采集分析装置包括至少一套数据采集与在线评估数据分析装置和一套离线评估数据分析装置;被监测的每座桥梁上均安装有一套数据采集与在线评估数据分析装置,离线评估数据分析装置安装于远程监控中心;
所述每套数据采集与在线评估数据分析装置包括:
传感器,包括环境类传感器、荷载类传感器和响应类传感器,分别监测桥梁结构的环境信息数据、荷载信息数据和结构响应信息数据;
其中:环境类传感器监测大桥运营环境状况,根据大桥实际情况,在温度湿度仪、温度传感器、风速风向仪、雨量计、风压计和气压计中选用相应的传感器;
荷载类传感器监测大桥的承受的荷载状况,根据大桥实际情况,在动态称重系统、三向加速度传感器和车速车轴仪中选用相应的传感器;
响应类传感器监测大桥承受荷载的响应状况,根据大桥的实际情况,在索力计、应变计、单向加速度传感器、位移计、GPS、倾角仪和压力变送器中选用相应的传感器;
数据采集器,采集各传感器监测到的数据;
为方便数据采集,各传感器可以采用同一采集标准的传感器,如符合NI公司采集标准的传感器,相应的,数据采集器可采用NI公司的PXI系统进行数据采集;数据采集站采集到的信息经由以太网交换机传输至分散数据存储服务器上;
分散数据处理服务器,对数据采集器采集到的数据进行预处理和二次处理,得到在线评估分析数据,并提供人际交互界面;
预处理主要是对被处理数据进行基本的统计分析、趋势分析,如计算设定时段内被处理数据的最大值、最小值、均值、方差、标准差、变化幅值等,计算结果作为初级预警的输入,用以判定信号是否正常;数据的二次处理包括数据的幅域分析显示、频域分析显示、时域分析显示、频度计数分析显示、Fourier分析等,以便判别结构监测数据的发展趋势及变化特征值,作为评估结构性能的依据;
分散数据存储服务器,存储数据采集器采集到的数据和在线评估分析数据,并根据在线评估分析数据的数据类型建立数据库,如超域值事件数据库、系统参数数据库、结构分析数据库等;定期检测在线评估分析数据的完整性,在该数据被破坏时修复受损数据;
所述的传感器、数据采集器、分散数据存储服务器和分散数据处理服务器依次连接,组成以太网,其中传感器通过电缆连接至数据采集器,数据采集器可通过电缆或是经由光端机通过光纤连接至监控中心分散数据存储服务器上,分散数据存储服务器通过电缆连接至分散数据处理服务器;
所述离线评估数据分析装置包括:
数据处理服务器,主要由高性能计算组成,对各套数据采集与在线评估数据分析装置输出的在线评估分析数据分别进行处理,得到与各套数据采集与在线评估数据分析装置相应的离线评估分析数据,并提供人机交互界面;
数据存储服务器,可采用存储设备,如海量存储器,其主要功能是分别存储各套数据采集与在线评估数据分析装置输出的在线评估分析数据;并分别存储与各套数据采集与在线评估数据分析装置相应的离线评估分析数据;同时提供人机交互界面;
WEB服务器,远程用户通过该服务器查询分散数据存储服务器和数据存储服务器中存储的数据;用户可以用户名和密码通过浏览器登录至WEB服务器,且不同的用户可设有不同的访问权限;
所述的各分散数据存储服务器通过光纤与WEB服务器连接;所述的各分散数据处理服务器通过光纤与数据存储服务器连接,数据处理服务器和WEB服务器通过光纤分别与数据存储服务器连接。
专家评估时,由专门的专家技术团队对监测数据及分析计算结果结合专家丰富的工程经验,进行全面的健康状态评估,专家技术团队可以根据需要登录至数据处理服务器上,进行控制分析过程、选择计算方法、数据处理方式等操作。
为了更好地说明本实用新型,下面结合图1系统的介绍本桥梁健康监测数据采集分析装置的工作过程。
分散数据存储服务器存储在线评估数据,并将监测数据传输至分散数据处理服务器,分散数据处理服务器一般由监测中心计算机组成,负责处理在线评估数据并显示相应的数据处理结果;分散数据处理服务器与外网连接,如光纤网络,分散数据处理服务器以用户名和密码的方式B/S登录至WEB服务器上,发送用于离线评估分析的监测数据,WEB服务器和光纤网络连接,同时连接至数据存储服务器,根据不同用户的请求连接不同桥梁的数据库,区分存储不同桥梁的传回的用于离线评估分析的监测数据。
数据存储服务器依据离线评估分析要求建立数据动态数据库,如超域值事件数据库、系统参数数据库、结构信息数据库、结构模型数据库、结构分析数据库、后处理数据库、健康状态数据库和评估结果数据库,数据处理服务器进行数据预处理和数据二次预处理方面的信息,用于离线评估分析的监测数据通过网络传输存储至本实用新型的数据存储服务器中,经由数据存储服务器,用于离线评估分析的监测数据实现了与软件分析计算机模块和专家评估模块的数据传输。当需要进行离线评估时,启动数据处理服务器,数据处理服务器从数据存储服务器中相应的分析数据库中读入数据,由数据处理服务器中预先安装的分析软件进行分析。数据处理服务器提供人界交互界面,可由专家控制干预分析的过程,同时分析的结果返回存储至数据存储服务器中。
数据存储服务器各个数据库数据的读取通过WEB服务器实现,专家通过WEB服务器提供的B/S登录方式登录至WEB服务器上,查阅数据存储服务器中对应数据库的监测数据及计算分析结果,根据自身知识和经验做出结论和提供建议,专家提供的建议和评估结果存储至数据存储服务器中对应的数据库中,如健康状态数据库和评估结果数据库。监测中心以B/S模式登录WEB服务器,查阅评估结果,根据专家提供的结构状态评估结果和建议制定对应策略。

Claims (4)

1.一种桥梁健康监测数据采集分析装置,其特征在于,包括至少一套数据采集与在线评估数据分析装置和一套离线评估数据分析装置;
所述每套数据采集与在线评估数据分析装置包括传感器、数据采集器、分散数据处理服务器和分散数据存储服务器;
所述传感器包括环境类传感器、荷载类传感器和响应类传感器,其中:环境类传感器监测桥梁环境信息数据,荷载类传感器监测桥梁荷载信息数据,响应类传感器监测桥梁结构响应信息数据;
所述的传感器通过电缆与数据采集器连接,所述数据采集器通过电缆或是经由光端机通过光纤与分散数据存储服务器连接,所述分散数据存储服务器通过电缆与分散数据处理服务器连接;
所述离线评估数据分析装置包括数据处理服务器、数据存储服务器和WEB服务器;
所述的各分散数据存储服务器通过光纤与WEB服务器连接;所述的各分散数据处理服务器通过光纤与数据存储服务器连接,数据处理服务器和WEB服务器分别通过光纤与数据存储服务器连接。
2.如权利要求1所述的桥梁健康监测数据采集分析装置,其特征在于,所述环境类传感器包括温度湿度仪、温度传感器、风速风向仪、雨量计、风压计和气压计中的一种或两种以上。
3.如权利要求1所述的桥梁健康监测数据采集分析装置,其特征在于,所述荷载类传感器包括动态称重系统、三向加速度传感器和车速车轴仪中的一种或两种以上。
4.如权利要求1所述的桥梁健康监测数据采集分析装置,其特征在于,所述响应类传感器包括索力计、应变计、单向加速度传感器、位移计、GPS导航仪、倾角仪和压力变送器中的一种或两种以上。 
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