湖南大學橋梁監(jiān)測在線監(jiān)測

熱烈歡迎各位領導和專家光臨指導技術方案一、建設背景二、設計目標與原則三、主要技術原理四、系統(tǒng)結構及組成五、系統(tǒng)軟件功能六、系統(tǒng)與Netslab關系一、建設背景隨著自動化技術、多傳感器融合技術、遠程無線通訊技術、大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫技術的成熟，針對橋梁的在線實時監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)走向了大型化，網(wǎng)絡化，遠程化。檢測系統(tǒng)不僅能實時遠程在線檢測橋梁的各項指標，而且大量實測數(shù)據(jù)能通過無線通訊技術異地保存于檢測中心的數(shù)據(jù)庫中.這些寶貴的數(shù)據(jù)一旦納入網(wǎng)絡結構試驗平臺NETSLAB中，就可以作為整個NETSLAB平臺的一部分，為模擬自然條件下土木結構力學試驗提供數(shù)據(jù)支持，也可做為實時數(shù)據(jù)進入多節(jié)點網(wǎng)絡結構力學試驗體系。因此，建設智能橋梁的遠程在線檢測系統(tǒng)并融入到NETSLAB平臺中，具有非常重要的實際意義和研究價值。

二、設計目標與原則系統(tǒng)設計的安全性、可擴容性、易維護性和易操作性。GPRS/CDMA接收和發(fā)送模塊符合ETSI標準。數(shù)據(jù)采集器可以通過程序配置各種參數(shù)，實現(xiàn)遠程管理數(shù)據(jù)采集器與UPS不間斷電源連接，保證采集數(shù)據(jù)時不會斷電。確保采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)保存ORACLE數(shù)據(jù)庫。1、通過預埋的風速、應力、傾角、位移、加速度等各種傳感器，將被測物理量轉變成電信號，輸入單片機數(shù)采單元。2、經(jīng)過信號放大、A/D轉換，轉化位數(shù)字量后。3、通過數(shù)據(jù)采集器中的TCP/IP協(xié)議棧將數(shù)據(jù)打包，再由GPRS/CDMA模塊傳到GPRS/CDMA網(wǎng)絡，GPRS/CDMA網(wǎng)絡通過網(wǎng)關和INTERNET相連。4、監(jiān)測中心主機利用WinSocket監(jiān)聽網(wǎng)絡，收到數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)包后解包。將對應配置的各設備數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。三、主要技術原理三、主要技術原理—數(shù)據(jù)采集過程CDMA/GPRS網(wǎng)絡InternetNetslab系統(tǒng)監(jiān)測應用服務器結構試驗數(shù)據(jù)庫服務器監(jiān)測實時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)入庫三、主要技術原理—關鍵技術描述GPRS/CMDA是是介于第二代和第三代之間的一種技術，通常稱為2.5G,是目前解決移動通信信息服務的一種較完美的業(yè)務。GPRS/CMDA網(wǎng)絡接入速度快，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無縫連接。由于GPRS/CMDA網(wǎng)本身就是一個分組型數(shù)據(jù)網(wǎng),支持TCP/IP、X.25協(xié)議，因此無需經(jīng)過PSTN等網(wǎng)絡的轉接，直接與分組數(shù)據(jù)網(wǎng)（IP網(wǎng)或X.25網(wǎng)）互通，接入速度僅幾秒鐘，快于電路型數(shù)據(jù)業(yè)務。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡接入更加直接方便。四、系統(tǒng)結構與組成—網(wǎng)絡結構CDMA/GPRS網(wǎng)絡移動GSM網(wǎng)絡Internet短信啟動檢測Netslab系統(tǒng)監(jiān)測應用服務器實驗人員GSMModen監(jiān)測數(shù)據(jù)交換結構試驗數(shù)據(jù)庫服務器湖南大學教育網(wǎng)防火墻移動接入模塊各類傳感器路由器交換機器傳感器信號放大器實時數(shù)據(jù)采集器四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件模塊及構成

數(shù)據(jù)采集器是一個集成了GPRS/CMDA模塊的終端設備，以GPRS/CMDA通信技術和單片機技術為核心，內嵌TCP／IP協(xié)議，自動完成監(jiān)控中心通過Internet發(fā)出命令的接收解碼、終端返回數(shù)據(jù)的編碼和發(fā)送。它通過RS一232串口與集中器相連，通過內置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進行處理，協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS/CMDA網(wǎng)絡上。

四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術指標

1、電源額定工作電壓：DC12V額定功耗：正常工作時，不大于2W；2環(huán)境條件工作溫度：-25℃~+55℃。儲存：-25℃~+70℃，周圍空氣中不含有酸性、堿性或其它腐蝕性及爆炸性氣體。相對濕度：最濕月的月平均最大相對濕度為90%，同時該月的月平均最低溫度為25℃且表面不凝露。最高溫度為+40℃時，最大濕度不超過50%。大氣壓力：80kPa~110kPa(相對海拔高度2km以下)。四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術指標

3．抗干擾性能脈沖群干擾：能承受GB/T14598.13-1998規(guī)定的頻率為1MHz及100kHz衰減振蕩波(第一半波電壓幅值共模為2.5kV，差模為1kV)脈沖群干試驗?？焖偎沧兏蓴_：能承受GB/T14598.10-1997第四章規(guī)定的嚴酷等級為Ⅳ級的快速瞬變干擾試驗。輻射電磁場干擾：能承受GB/T14598.9-1995第四章規(guī)定的嚴酷等級為Ⅲ級的輻射電磁場干擾試驗。靜電放電：能承受GB/T14598.14-1998中4.1規(guī)定的嚴酷等級為Ⅲ級的靜電放電試驗。四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術指標

4、絕緣性能絕緣電阻：各帶電的導電電路分別對地(即外殼或外露的非帶電金屬零件)之間，交流回路和直流回路之間，交流電流回路和交流電壓回路之間，用開路電壓為500V的測試儀器測試其絕緣電阻值不應小于100MΩ。介質強度：裝置通信回路等弱電輸入輸出端子對地能承受50Hz、500V(有效值)的交流電壓，歷時1min的檢驗無擊穿或閃絡現(xiàn)象；其余各帶電的導電電路分別對地(即外殼或外露的非帶電金屬零件)之間，交流回路和直流回路之間，交流電流回路和交流電壓回路之間，能承受50Hz、2kV(有效值)的交流電壓，歷時1min的檢驗無擊穿或閃絡現(xiàn)象。沖擊電壓：裝置通信回路弱電輸入輸出端子對地，能承受1kV(峰值)的標準雷電波沖擊檢驗；其各帶電的導電端子分別對地，交流回路和直流回路之間，交流電流回路和交流電壓回路之間，能承受5kV(峰值)的雷電波沖擊四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術指標

5、機械性能振動響應：裝置能承受GB/T11287-2000中4.2.1規(guī)定的嚴酷等級為Ⅰ級振動響應檢驗。沖擊響應：裝置能承受GB/T14537-1993中4.2.1規(guī)定的嚴酷等級為Ⅰ級沖擊響應檢驗。振動耐久：裝置能承受GB/T11287-2000中4.2.2規(guī)定的嚴酷等級為Ⅰ級振動耐久檢驗。沖擊耐久：裝置能承受GB/T14537-1993中4.2.2規(guī)定的嚴酷等級為Ⅰ級沖擊耐久檢驗。碰撞：裝置能承受GB/T14537-1993中4.3規(guī)定的嚴酷等級為Ⅰ級碰撞檢驗。四、系統(tǒng)結構與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術指標

6、GPRS/CMDA模塊指標標準RS232/RS485接口?？梢酝ㄟ^接口直接升級程序。具有遠程/自動喚醒功能和防斷線機制。發(fā)射平均電流300mA，待機電流20mA。

GPRS/CMDA模塊動態(tài)范圍：62dB五、系統(tǒng)功能遠端設備啟動在線監(jiān)測管理數(shù)據(jù)采集管理窗口圖形管理系統(tǒng)維護管理信號處理分析設備故障監(jiān)測監(jiān)測數(shù)據(jù)預警數(shù)據(jù)采集接收監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫信號處理信號預處理

數(shù)組運算圖形縮放管理窗口排列

圖形屬性管理監(jiān)測參數(shù)設定系統(tǒng)用戶管理基于

GPRS/CDMA在線橋梁監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信控制五、系統(tǒng)功能—在線監(jiān)測管理現(xiàn)場數(shù)采單元在無數(shù)據(jù)采集任務時處于休眠狀態(tài)，GPRS/CMDA模塊處于待機狀態(tài)，一旦收到預設號碼發(fā)送的控制信號，即可啟動現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器工作，或者關閉數(shù)據(jù)采集器電源，使其重新處于休眠狀態(tài)。遠端設備啟動

五、系統(tǒng)功能—在線監(jiān)測管理系統(tǒng)自動監(jiān)測遠端數(shù)據(jù)采集設備以及GPRS/CMDA設備，如果設備出現(xiàn)故障自動GSM發(fā)送短消息等方式通告相關人員故障信息，提高了整個系統(tǒng)的有效性。

設備故障監(jiān)測

五、系統(tǒng)功能—在線監(jiān)測管理可以對系統(tǒng)監(jiān)測的相關數(shù)據(jù)設置預警提示，系統(tǒng)自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)一旦達到預警提示設置范圍自動通過GSM發(fā)送短消息等方式通知相關人員，提醒研究人員對該監(jiān)測數(shù)據(jù)進行關注。

監(jiān)測數(shù)據(jù)預警

五、系統(tǒng)功能—數(shù)據(jù)采集入庫通過GPRS/CMDA的移動網(wǎng)絡和Internet的網(wǎng)絡實現(xiàn)與遠端的監(jiān)測系統(tǒng)建立通信網(wǎng)絡通道。能夠支持多個通道傳送數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)通信控制

五、系統(tǒng)功能—數(shù)據(jù)采集入庫通過GPRS/CMDA的移動網(wǎng)絡和Internet的網(wǎng)絡，采用TCP/IP技術將接收監(jiān)測系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集接收

五、系統(tǒng)功能—數(shù)據(jù)采集入庫監(jiān)測中心的計算機的數(shù)據(jù)采集過來，通過ＮetsLab系統(tǒng)將數(shù)據(jù)保存到結構試驗數(shù)據(jù)庫中。

監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫

可以進行時域數(shù)據(jù)零線調整、加常數(shù)、積分、微分、曲線擬和以及濾波器設計和濾波。

五、系統(tǒng)功能—信號分析處理信號預處理

五、系統(tǒng)功能—信號分析處理對激活的窗口或指定的通道進行數(shù)據(jù)處理。能夠采用時域波形、FFT、頻譜、付氏譜、功率譜密度、單邊功率譜密度分析、傳遞函數(shù)、互譜密度、相干函數(shù)、自相關函數(shù)、互相關函數(shù)、聲譜、沖擊響應譜、概率密度處理方法對信號數(shù)據(jù)進行圖形顯示、數(shù)據(jù)處理和分析。

信號處理

五、系統(tǒng)功能—信號分析處理對指定的窗口中的數(shù)據(jù)進行實型數(shù)組的代數(shù)運算，如果選擇當前窗口是A或B，進行A+B，A-B，A*B運算。運算的數(shù)據(jù)長度必須相同，運算結果顯示在最后激活的窗口B。

數(shù)組運算

五、系統(tǒng)功能—圖形窗口管理用于控制圖形曲線的顯示比例和位置。能夠對圖形上下左右移動，大小縮放。

圖形縮放管理

五、系統(tǒng)功能—圖形窗口管理能夠新建窗口，對打開的窗口進行編輯。窗口自動打開、排列、層疊、橫向平鋪、縱向平鋪窗口排列控制

五、系統(tǒng)功能—圖形窗口管理對于光標能夠開/關，顯示板能夠開/關并且可拖動到任意位置，標記點選擇標記數(shù)據(jù)的光點可增加到任意個，能夠管理圖形中的坐標符號、曲線顏色、圖形網(wǎng)格線等屬性

圖形屬性管理

五、系統(tǒng)功能—系統(tǒng)維護管理監(jiān)測參數(shù)設定

監(jiān)測通道配置是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需要實時監(jiān)測和顯示的通道的配置管理；系統(tǒng)需要對每一個監(jiān)測通道設置其對應的遠端數(shù)據(jù)采集地址，對每一個通道設置其數(shù)采命令的發(fā)送頻率或者時間間隔等。五、系統(tǒng)功能—系統(tǒng)維護管理系統(tǒng)用戶管理包括增加、刪除、修改系統(tǒng)的操作人員的基本信息；以及對操作人員權限設置管理。系統(tǒng)用戶管理

六、系統(tǒng)與Netslab的關系—邏輯關系NetSlab平臺將異地實驗室設備聯(lián)系在一起，通過平臺的接口提供設備之間的控制和反饋數(shù)據(jù)的通訊手段。在線橋梁監(jiān)測系統(tǒng)通過監(jiān)測中心主機其實是整個NetSlab平臺中的一臺主機，通過WinSock