湖南大學(xué)橋梁監(jiān)測在線監(jiān)測

熱烈歡迎各位領(lǐng)導(dǎo)和專家光臨指導(dǎo)技術(shù)方案一、建設(shè)背景二、設(shè)計目標(biāo)與原則三、主要技術(shù)原理四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及組成五、系統(tǒng)軟件功能六、系統(tǒng)與Netslab關(guān)系一、建設(shè)背景隨著自動化技術(shù)、多傳感器融合技術(shù)、遠(yuǎn)程無線通訊技術(shù)、大型網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的成熟，針對橋梁的在線實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)走向了大型化，網(wǎng)絡(luò)化，遠(yuǎn)程化。檢測系統(tǒng)不僅能實(shí)時遠(yuǎn)程在線檢測橋梁的各項(xiàng)指標(biāo)，而且大量實(shí)測數(shù)據(jù)能通過無線通訊技術(shù)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(luò)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(jié)構(gòu)力學(xué)試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)支持，也可做為實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)入多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)力學(xué)試驗(yàn)體系。因此，建設(shè)智能橋梁的遠(yuǎn)程在線檢測系統(tǒng)并融入到NETSLAB平臺中，具有非常重要的實(shí)際意義和研究價值。

二、設(shè)計目標(biāo)與原則系統(tǒng)設(shè)計的安全性、可擴(kuò)容性、易維護(hù)性和易操作性。GPRS/CDMA接收和發(fā)送模塊符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集器可以通過程序配置各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yù)埋的風(fēng)速、應(yīng)力、傾角、位移、加速度等各種傳感器，將被測物理量轉(zhuǎn)變成電信號，輸入單片機(jī)數(shù)采單元。2、經(jīng)過信號放大、A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)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(luò)，GPRS/CDMA網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)和INTERNET相連。4、監(jiān)測中心主機(jī)利用WinSocket監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，收到數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)包后解包。將對應(yīng)配置的各設(shè)備數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫中。三、主要技術(shù)原理三、主要技術(shù)原理—數(shù)據(jù)采集過程CDMA/GPRS網(wǎng)絡(luò)InternetNetslab系統(tǒng)監(jiān)測應(yīng)用服務(wù)器結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器監(jiān)測實(shí)時數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送數(shù)據(jù)接收數(shù)據(jù)入庫三、主要技術(shù)原理—關(guān)鍵技術(shù)描述GPRS/CMDA是是介于第二代和第三代之間的一種技術(shù)，通常稱為2.5G,是目前解決移動通信信息服務(wù)的一種較完美的業(yè)務(wù)。GPRS/CMDA網(wǎng)絡(luò)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(luò)的轉(zhuǎn)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(wù)。采用TCP/IP協(xié)議，較以前的無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（集群，雙向傳呼，GSM短信息）而言，網(wǎng)絡(luò)接入更加直接方便。四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成—網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)CDMA/GPRS網(wǎng)絡(luò)移動GSM網(wǎng)絡(luò)Internet短信啟動檢測Netslab系統(tǒng)監(jiān)測應(yīng)用服務(wù)器實(shí)驗(yàn)人員GSMModen監(jiān)測數(shù)據(jù)交換結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器湖南大學(xué)教育網(wǎng)防火墻移動接入模塊各類傳感器路由器交換機(jī)器傳感器信號放大器實(shí)時數(shù)據(jù)采集器四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件模塊及構(gòu)成

數(shù)據(jù)采集器是一個集成了GPRS/CMDA模塊的終端設(shè)備，以GPRS/CMDA通信技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)為核心，內(nèi)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(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，協(xié)議封裝后發(fā)送到GPRS/CMDA網(wǎng)絡(luò)上。

四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術(shù)指標(biāo)

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(jié)構(gòu)與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術(shù)指標(biāo)

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(yàn)?？焖偎沧兏蓴_：能承受GB/T14598.10-1997第四章規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅳ級的快速瞬變干擾試驗(yàn)。輻射電磁場干擾：能承受GB/T14598.9-1995第四章規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的輻射電磁場干擾試驗(yàn)。靜電放電：能承受GB/T14598.14-1998中4.1規(guī)定的嚴(yán)酷等級為Ⅲ級的靜電放電試驗(yàn)。四、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術(shù)指標(biāo)

4、絕緣性能絕緣電阻：各帶電的導(dǎo)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(yīng)小于100MΩ。介質(zhì)強(qiáng)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(yàn)無擊穿或閃絡(luò)現(xiàn)象；其余各帶電的導(dǎo)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(yàn)無擊穿或閃絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)雷電波沖擊檢驗(yàn)；其各帶電的導(dǎo)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(jié)構(gòu)與組成—數(shù)據(jù)采集器硬件技術(shù)指標(biāo)

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

6、GPRS/CMDA模塊指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)RS232/RS485接口?？梢酝ㄟ^接口直接升級程序。具有遠(yuǎn)程/自動喚醒功能和防斷線機(jī)制。發(fā)射平均電流300mA，待機(jī)電流20mA。

GPRS/CMDA模塊動態(tài)范圍：62dB五、系統(tǒng)功能遠(yuǎn)端設(shè)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(hù)管理信號處理分析設(shè)備故障監(jiān)測監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)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(yù)處理

數(shù)組運(yùn)算圖形縮放管理窗口排列

圖形屬性管理監(jiān)測參數(shù)設(shè)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(wù)時處于休眠狀態(tài)，GPRS/CMDA模塊處于待機(jī)狀態(tài)，一旦收到預(yù)設(shè)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(guān)閉數(shù)據(jù)采集器電源，使其重新處于休眠狀態(tài)。遠(yuǎn)端設(shè)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(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集設(shè)備以及GPRS/CMDA設(shè)備，如果設(shè)備出現(xiàn)故障自動GSM發(fā)送短消息等方式通告相關(guān)人員故障信息，提高了整個系統(tǒng)的有效性。

設(shè)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(guān)數(shù)據(jù)設(shè)置預(yù)警提示，系統(tǒng)自動監(jiān)測的數(shù)據(jù)一旦達(dá)到預(yù)警提示設(shè)置范圍自動通過GSM發(fā)送短消息等方式通知相關(guān)人員，提醒研究人員對該監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)注。

監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)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(luò)和Internet的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端的監(jiān)測系統(tǒng)建立通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)和Internet的網(wǎng)絡(luò)，采用TCP/IP技術(shù)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(jī)的數(shù)據(jù)采集過來，通過ＮetsLab系統(tǒng)將數(shù)據(jù)保存到結(jié)構(gòu)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫中。

監(jiān)測數(shù)據(jù)入庫

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

五、系統(tǒng)功能—信號分析處理信號預(yù)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(jìn)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(guān)函數(shù)、互相關(guān)函數(shù)、聲譜、沖擊響應(yīng)譜、概率密度處理方法對信號數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行實(shí)型數(shù)組的代數(shù)運(yùn)算，如果選擇當(dāng)前窗口是A或B，進(jìn)行A+B，A-B，A*B運(yùn)算。運(yùn)算的數(shù)據(jù)長度必須相同，運(yùn)算結(jié)果顯示在最后激活的窗口B。

數(shù)組運(yùn)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?qū)D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(jìn)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(biāo)能夠開/關(guān)，顯示板能夠開/關(guān)并且可拖動到任意位置，標(biāo)記點(diǎn)選擇標(biāo)記數(shù)據(jù)的光點(diǎn)可增加到任意個，能夠管理圖形中的坐標(biāo)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(hù)管理監(jiān)測參數(shù)設(shè)定

監(jiān)測通道配置是對系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集需要實(shí)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(shè)置其對應(yīng)的遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)采集地址，對每一個通道設(shè)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(hù)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(quán)限設(shè)置管理。系統(tǒng)用戶管理

六、系統(tǒng)與Netslab的關(guān)系—邏輯關(guān)系NetSlab平臺將異地實(shí)驗(yàn)室設(shè)備聯(lián)系在一起，通過平臺的接口提供設(shè)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(jī)其實(shí)是整個NetSlab平臺中的一臺主機(jī)，通過WinSock