結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

【結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)】是指對(duì)工程結(jié)構(gòu)實(shí)施損傷檢測(cè)和識(shí)別。我們這里所說(shuō)的損傷包括材料特

性改變或結(jié)構(gòu)體系的幾何特性發(fā)生改變，以及邊界條件和體系的連續(xù)性，體系的整體連續(xù)性

對(duì)結(jié)構(gòu)的服役能力有至關(guān)重要的作用。結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)涉及到通過(guò)分析定期采集的結(jié)構(gòu)布置

的傳感器陣列的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)觀察體系隨時(shí)間推移產(chǎn)生的變化，損傷敏感特征值的提取

并通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)確定結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)。對(duì)于長(zhǎng)期結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)，通過(guò)數(shù)據(jù)定期更新來(lái)估

計(jì)結(jié)構(gòu)老化和惡劣服役環(huán)境對(duì)工程結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)功能。

監(jiān)測(cè)簡(jiǎn)介

監(jiān)測(cè)起源

長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直使用針對(duì)質(zhì)量的不連續(xù)的方法來(lái)評(píng)估結(jié)構(gòu)是否有能力繼續(xù)服役以實(shí)現(xiàn)設(shè)

計(jì)目的。從19世紀(jì)初開(kāi)始，列車員借助小錘通過(guò)聽(tīng)錘擊鐵軌的聲音來(lái)確定是否存在損傷。

在旋轉(zhuǎn)機(jī)械行業(yè)，幾十年來(lái)振動(dòng)監(jiān)測(cè)一直作為檢測(cè)手段。在過(guò)去的十到十五年里，結(jié)構(gòu)健

康監(jiān)測(cè)技術(shù)開(kāi)始興起并產(chǎn)生一個(gè)聯(lián)合不同工程學(xué)科分支的新的領(lǐng)域，而且專注于這個(gè)領(lǐng)域的

學(xué)術(shù)會(huì)議和科學(xué)期刊開(kāi)始產(chǎn)生。因此這些技術(shù)變得更為常見(jiàn)。

識(shí)別算法

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的問(wèn)題可歸入數(shù)據(jù)模式識(shí)別算法的范疇[3-4]o這個(gè)算法可分解為四部分：

（1）實(shí)用性評(píng)估，（2）數(shù)據(jù)采集和提純，（3）特征提取和數(shù)據(jù)壓縮，（4）統(tǒng)計(jì)模型的發(fā)展。

當(dāng)你試圖將此算法應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)上獲取的數(shù)據(jù)時(shí)，很明顯的是，第2-4部分，即數(shù)據(jù)

提純、壓縮、正規(guī)化和數(shù)據(jù)融合來(lái)貼近工程實(shí)際服役環(huán)境是非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，我們可通過(guò)硬

件、軟件以及二者的有機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)用性評(píng)估

對(duì)于健康監(jiān)測(cè)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別能力，實(shí)用性評(píng)估涉及到四個(gè)方面：

（1）結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的應(yīng)用對(duì)于生命安全和經(jīng)濟(jì)效益有什么好處？

（2）怎樣對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷定義，多重?fù)p傷同時(shí)存在的可能性，哪種類型最值得關(guān)注？

（3）什么條件下（不同用途、不同環(huán)境）的體系需要監(jiān)測(cè)

（4）使用過(guò)程中采集數(shù)據(jù)的局限性

使用環(huán)境對(duì)監(jiān)測(cè)的體系和監(jiān)測(cè)過(guò)程的完成形成限制條件。這種評(píng)估開(kāi)始將損傷識(shí)別的過(guò)程

和損傷的外部特征聯(lián)系起來(lái)，當(dāng)然也用到獨(dú)特的損傷特征來(lái)完成檢測(cè)。

數(shù)據(jù)采集和提純

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)采集部分涉及到選擇激勵(lì)方法、傳感器類型、數(shù)量和布置，以及數(shù)據(jù)采

集、存儲(chǔ)、傳輸設(shè)備。經(jīng)濟(jì)效益是選擇方案一個(gè)重要的參考因素，采樣周期是另一個(gè)不可忽

視的因素。因?yàn)閿?shù)據(jù)可在變化的環(huán)境中獲取，將這些數(shù)據(jù)正規(guī)化的能力在損傷識(shí)別過(guò)程中變

得非常重要。當(dāng)應(yīng)用于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)時(shí)，數(shù)據(jù)正規(guī)化是一個(gè)分離出由于環(huán)境或操作而導(dǎo)致的

傳感器測(cè)得的不準(zhǔn)確的數(shù)值。最常見(jiàn)的方法是通過(guò)測(cè)量輸入?yún)?shù)來(lái)正規(guī)化測(cè)得的響應(yīng)。當(dāng)環(huán)

境或操作影響比較顯著時(shí)，我們需要來(lái)對(duì)比相似時(shí)間段的數(shù)據(jù)或?qū)?yīng)的操作周期。數(shù)據(jù)的不

穩(wěn)定性的來(lái)源需要認(rèn)識(shí)到并把它對(duì)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的影響降到最低?？偟膩?lái)說(shuō)，不是所有的影響因

素都可以消除，因此，我們有必要才去適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)確保這些無(wú)法消除的因素對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的

影響作用大小。數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性會(huì)因?yàn)樽兓沫h(huán)境因素、測(cè)試條件以及測(cè)試的不連續(xù)性而加

劇。

數(shù)據(jù)提純是一個(gè)篩選部分有價(jià)值數(shù)據(jù)以完成傳遞的過(guò)程，與特征提取的過(guò)程相反。數(shù)據(jù)提純

很大程度上基于個(gè)人相關(guān)數(shù)據(jù)采集的經(jīng)驗(yàn)。舉例來(lái)說(shuō)，通過(guò)檢查測(cè)試設(shè)備的安裝或許會(huì)發(fā)現(xiàn)

某個(gè)傳感器的固結(jié)已經(jīng)松動(dòng)，因此基于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)可以在數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中刪除獲取的這組數(shù)

據(jù)或某個(gè)特定傳感器測(cè)得的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理技術(shù)，比如濾波和重構(gòu)，也是一種不錯(cuò)的數(shù)據(jù)提

純方法。

總之，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)過(guò)程中的數(shù)據(jù)采集、正規(guī)化和提純技術(shù)在不斷前進(jìn)。特征提取過(guò)程的進(jìn)

一步認(rèn)識(shí)和數(shù)據(jù)模型的不斷完善都將有助于數(shù)據(jù)采集技術(shù)的進(jìn)步。

特征提取和數(shù)據(jù)壓縮

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中根受關(guān)腰的莫過(guò)于通過(guò)數(shù)據(jù)特征如何辨別出損傷結(jié)構(gòu)與完好結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)

壓縮包含于這個(gè)特征選擇過(guò)程，最有效的損傷識(shí)別的特征還是

基于相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)的相應(yīng)量（比如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的振動(dòng)譜或頻率）是最常用的另一

個(gè)損傷識(shí)別方法是尋找與特定損傷敏感的因素，即某個(gè)結(jié)構(gòu)體系在某特定環(huán)境下的損傷與某

種參數(shù)最原始的定義相對(duì)應(yīng)。這種模擬損傷的系統(tǒng)是一種非常有效的工具。分析工具的應(yīng)用

也起到非常重要的作用，比如試驗(yàn)驗(yàn)證的有限元模型。分析工具通常用來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬試驗(yàn),

通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)置來(lái)模擬真實(shí)結(jié)構(gòu)的損傷。通過(guò)觀測(cè)承受荷載的結(jié)構(gòu)體系關(guān)鍵部件的老化得到

的損傷累計(jì)測(cè)試也可用于識(shí)別某些損傷。這個(gè)過(guò)程涉及到加速損傷測(cè)試、疲勞測(cè)試、腐蝕、

和溫度循環(huán)對(duì)某種類型損傷的積累。上文提到的多種類型的分析和試驗(yàn)研究或多種研究方法

的有機(jī)結(jié)合可加深對(duì)某些損傷特征的認(rèn)識(shí)。

統(tǒng)計(jì)膜型的發(fā)展

通過(guò)統(tǒng)計(jì)模型來(lái)辨別結(jié)構(gòu)是否存在損傷，是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域文獻(xiàn)中涉及最少的一部分。統(tǒng)

計(jì)模型關(guān)注如何評(píng)估結(jié)構(gòu)的損傷狀態(tài)的算法的使用，統(tǒng)計(jì)模型中用到的算法通常分為3種：

當(dāng)完好結(jié)構(gòu)和有損傷的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)都可獲取時(shí)，模式識(shí)別算法通常使用與有參照的研究有關(guān)

的整體分類，整體分類和回歸分析法都屬于有參照研究的范疇；無(wú)參照研究指的是缺乏損傷

結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)；新型的檢測(cè)技術(shù)（或引用自其他行業(yè)比較成熟的技術(shù)）是一種應(yīng)用于無(wú)參照研

究中的基本算法。所有的算法（分析統(tǒng)計(jì)或提純優(yōu)化）都推動(dòng)損傷識(shí)別技術(shù)的提升。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)理論基礎(chǔ)

經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，可以說(shuō)本領(lǐng)域已經(jīng)成熟到一個(gè)階段，很多基本的理論和原理已經(jīng)成型。

這些原理如下：

公理1：所有的材料都有內(nèi)在損傷；

公理2：損傷的評(píng)估需要體系兩種狀態(tài)的對(duì)比；

公理3：可通過(guò)無(wú)參照研究來(lái)判定損傷是否存在和定位損傷，但是判定損傷類型和損傷程度

需要有參照研究模式；

公理4a：?jiǎn)慰總鞲衅鞑荒軠y(cè)定損傷，數(shù)據(jù)處理的特征提取和統(tǒng)計(jì)分類才能將傳感器獲取數(shù)

據(jù)轉(zhuǎn)換為損傷信息；

公理4b：在缺乏智能特征提取手段時(shí)，測(cè)試方法對(duì)損傷越敏感，則操作和環(huán)境因素對(duì)測(cè)試

結(jié)果影響越大；

公理5：損傷的開(kāi)始和發(fā)展的長(zhǎng)度和時(shí)間尺度提供結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)傳感系統(tǒng)需要的特征；

公理6：在算法對(duì)損傷的敏感度和抗噪聲干擾的能力有一個(gè)平衡點(diǎn)；

公理7：可通過(guò)體系動(dòng)力響應(yīng)變化測(cè)得的損傷尺寸與可激勵(lì)的頻率范圍大小成反比；

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的組成

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括：

1）結(jié)構(gòu)

2）傳感器系統(tǒng)

3）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

4）數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)系統(tǒng)

5）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

6）數(shù)據(jù)解析和診斷

a）系統(tǒng)識(shí)別

b）結(jié)構(gòu)模型更新

c）結(jié)構(gòu)狀況評(píng)估

d）預(yù)測(cè)服役年限

這個(gè)技術(shù)的一個(gè)比較典型的例子，在橋梁或飛機(jī)中布置傳感器，這些傳感器為不同的結(jié)構(gòu)變

化提供譬如應(yīng)力或應(yīng)變的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息。在土木工程行業(yè)，傳感器獲取的數(shù)據(jù)通常傳送到遠(yuǎn)

端的數(shù)據(jù)采集中心。借助于現(xiàn)代技術(shù)，基于傳感器獲取到的信息使結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制（主動(dòng)結(jié)

構(gòu)控制）成為可能。一一來(lái)著百度

摘要：在電力系統(tǒng)中，隨著電網(wǎng)容量越來(lái)越大，以及智能電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)

實(shí)行有效地監(jiān)測(cè)成為了值得研究的課題，而將物聯(lián)網(wǎng)與變壓器狀態(tài)和檢測(cè)聯(lián)系起來(lái)更成為一

個(gè)全新的課題。

物聯(lián)網(wǎng)由感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成，感知層負(fù)責(zé)信息的獲取，網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)信息的傳輸，

應(yīng)用層負(fù)責(zé)對(duì)信息的反饋處理。

新型的Zigbee技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。ZigBee技術(shù)是一種低復(fù)雜度、低功耗、低

速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)。各種電子設(shè)備之間進(jìn)行典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)

和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。

引言

電力變壓器在線監(jiān)測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，目前在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還不太成熟。傳感器技術(shù)對(duì)電力

變壓器的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。美國(guó)電力研究院開(kāi)發(fā)出一種直接測(cè)量分析變壓器油中的四種氣

體，并檢測(cè)其狀態(tài)，現(xiàn)已應(yīng)用于變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。在電力變壓器監(jiān)測(cè)過(guò)程中，如何提高

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性及時(shí)性，就要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是如何獲得有效及時(shí)的數(shù)據(jù)，二是怎樣將

這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控人員的手中。

我國(guó)直到本世紀(jì)初才開(kāi)始接受并嘗試國(guó)外先進(jìn)的理念和技術(shù),而且，這種嘗試還只是局部的,

沒(méi)有形成規(guī)模的嘗試，但是發(fā)展的勢(shì)頭是好的，通過(guò)多年的努力，也取得了不錯(cuò)的研究成果,

并得到了實(shí)際應(yīng)用。目前電力變壓器在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要是氣象色譜及局部放電的在線

測(cè)試，同事加強(qiáng)了變壓器繞組變形，繞組老化及鐵心接地的測(cè)試，止匕外，整棟?rùn)z測(cè)，噪聲監(jiān)

測(cè)，紅外熱像檢測(cè)也得到了廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)于電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，大部分的學(xué)者都認(rèn)為，隨著經(jīng)濟(jì)條件的發(fā)展，信息技術(shù),

傳感技術(shù)，無(wú)線傳輸技術(shù)以及智能電網(wǎng)水平的提高，這將會(huì)朝著利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方向發(fā)展。

實(shí)際應(yīng)用將會(huì)隨著理論的發(fā)展而得到廣泛的應(yīng)用。

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)是國(guó)家新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)中信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心領(lǐng)域，將在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮重要作

用。而將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于電力變壓器檢測(cè)，構(gòu)建電力變壓器實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)中心，將使智能電網(wǎng)

的發(fā)展邁上新的臺(tái)階。本文介紹將物聯(lián)網(wǎng)在電力變壓器中的應(yīng)用，故先對(duì)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分析。

L1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)，英文名"TheInternetOfThings"。顧名思義，即：物物相連的網(wǎng)絡(luò)。這也表明了物聯(lián)

網(wǎng)也是互聯(lián)網(wǎng)，它也是由互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義是：通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）、

紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，將任何物品與

互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一

種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的主要特征是每一個(gè)物件都可以尋址，每一個(gè)物件都可以控制,每一

個(gè)物件都可以通信。顯然，它作為“穗知、傳輸、應(yīng)用"3項(xiàng)技術(shù)相結(jié)合的一種產(chǎn)物，是一

種全新的信息獲取和處理技術(shù)。

1.1.1頻識(shí)別技術(shù).

射頻識(shí)別RFID技術(shù)，是一種通過(guò)無(wú)線電信號(hào)對(duì)特定的目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別，并讀寫(xiě)相關(guān)數(shù)據(jù)，而

無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)與特定目標(biāo)之間建立機(jī)械或光學(xué)接觸，它隸屬于非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。其基

本原理是利用射頻信號(hào)和空間電磁場(chǎng)耦合傳輸特性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)控物體的信息交換及自動(dòng)識(shí)

別。RFID的設(shè)計(jì)就是射頻電路技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)等的緊密結(jié)合。

RFID的閱讀器通過(guò)天線與RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行無(wú)線通信，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽識(shí)別碼和內(nèi)存數(shù)據(jù)

的讀出或?qū)懭氩僮鳌５湫偷拈喿x器包含有高頻模塊（發(fā)送器和接收器）、控制單元以及閱讀

器天線。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過(guò)射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)

對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)需人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識(shí)別

高速運(yùn)動(dòng)物體并可同時(shí)識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽，操作快捷方便。比如說(shuō)，我們?cè)谏虉?chǎng)見(jiàn)到的電子標(biāo)簽

就屬于RFID標(biāo)簽。因此，這種技術(shù)應(yīng)用非常廣泛。

射頻識(shí)別系統(tǒng)性能的評(píng)斷，閱讀距離（電子閱讀器與電子標(biāo)簽最大距離能夠識(shí)別）的長(zhǎng)短最

重要的指標(biāo)之一。在實(shí)際的應(yīng)用中，不同識(shí)別系統(tǒng)的的閱讀距離差別很大，這一般是有實(shí)際

情況來(lái)決定的。

GPS是英文GlobalPositioningSystem的簡(jiǎn)稱Zigbee技術(shù)是一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)

線通信技術(shù)，是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一

種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)協(xié)定層從下到上分別為實(shí)體層（PHY）、媒體存取層（MAC）、

網(wǎng)絡(luò)層（NWK）、應(yīng)用層（APL）等。網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee聯(lián)盟制定，應(yīng)用層的開(kāi)發(fā)應(yīng)用根據(jù)用

戶的應(yīng)用需要，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用，因此該技術(shù)能夠?yàn)橛脩籼峁C(jī)動(dòng)、靈活的組網(wǎng)方式。根

據(jù)IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee的工作頻段分為3個(gè)頻段，這3個(gè)工作頻段相距較大，而

且在各頻段上的信道數(shù)據(jù)不同，因而，在該項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，各頻段上的調(diào)制方式和傳輸速率

不同。在組網(wǎng)性能上，ZigBee可以構(gòu)造為星形網(wǎng)絡(luò)或者點(diǎn)對(duì)點(diǎn)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，，具有較大的網(wǎng)絡(luò)

容量。在無(wú)線通信技術(shù)上，采用CSMA—CA方式，有效地避免了無(wú)線電載波之間的沖突，此

外，為保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性，建立了完整的應(yīng)答通信協(xié)議。數(shù)據(jù)傳輸速率低只有10?250Kb

/s,專注于低傳輸速率應(yīng)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)不傳輸語(yǔ)音、視頻之類的大數(shù)據(jù)量的采集數(shù)

據(jù)，僅僅傳輸一些采集到的溫度、濕度之類的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)。功耗低工作模式情況下，ZigBee

技術(shù)傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短，其次在非工作模式時(shí)，ZigBee

節(jié)點(diǎn)處于休眠模式，耗電量?jī)H僅只有l(wèi)nWo設(shè)各搜索時(shí)延一般為30ms,休眠激活時(shí)延為

15ms,活動(dòng)設(shè)備信道接人時(shí)延為15ms。數(shù)據(jù)傳輸可靠ZigBee的介質(zhì)鏈路層（以MAC層）

采用CSMA—CA碰撞避免機(jī)制。在這種完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制下，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳送需求時(shí)則

立刻傳送，發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息，并進(jìn)行確認(rèn)信息回復(fù)，若沒(méi)有

得到確認(rèn)信息的回復(fù)就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次網(wǎng)絡(luò)容量大ZigBee定義了兩種器

件：全功能器件（FFD）和簡(jiǎn)化功能器件（RFD）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器（coordinator）是一種全功能

器件，而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常為簡(jiǎn)化功能器件。如果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)

絡(luò)最多可以支持超過(guò)65000個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，再加上各個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可互相連接，整個(gè)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將十分可觀。（）實(shí)現(xiàn)成本低模塊的初始成本估計(jì)在6美元左右,

很快就能降到1.5?2.5美元，且ZigBee協(xié)議免專利費(fèi)用。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以具有成千

上萬(wàn)的節(jié)點(diǎn)，如果不能嚴(yán)格地控制節(jié)點(diǎn)的成本，那么網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模必將受到嚴(yán)重的制約，從而

將嚴(yán)重地制約無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)大功能。（6）兼容性ZigBee技術(shù)與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡(luò)標(biāo)

準(zhǔn)無(wú)縫集成。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用CSMA-CA方式進(jìn)行信道接入。

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，信息產(chǎn)業(yè)已經(jīng)逐漸成為了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，而物聯(lián)網(wǎng)作為新一

代信息技術(shù)的重要組成部分成為推動(dòng)人類文明向智能化方向發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)

據(jù)挖掘是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中重要的一環(huán)，是未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用數(shù)量大規(guī)模增長(zhǎng)后對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)

力補(bǔ)充，本文分析了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘存在的困難,以及云計(jì)算的出現(xiàn)為

物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)挖掘提供了重要思路，文中論斷云計(jì)算為物聯(lián)網(wǎng)提供了最具計(jì)算力和存儲(chǔ)力的平

臺(tái),并創(chuàng)新性的提出物聯(lián)網(wǎng)云的概念。另外，在對(duì)平臺(tái)可行性及性能進(jìn)行分析的過(guò)程中,本文提

出了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、開(kāi)放平臺(tái)接口等思路,使整個(gè)平臺(tái)有更好的擴(kuò)展性，方便第三方開(kāi)發(fā)和測(cè)試。

目前,物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的整體生態(tài)系統(tǒng)面臨很多挑戰(zhàn)，產(chǎn)業(yè)鏈中的不同人群也面臨著不同問(wèn)題，本

文也給物聯(lián)網(wǎng)中這些問(wèn)題的解決提供了很好的思路。

信息采集與處理系編-結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專題

2014-12-14結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

信息采集與處理系統(tǒng)

4.1信號(hào)的采集和調(diào)理

4.1.1信號(hào)采集時(shí)，數(shù)據(jù)采集站位置明確，滿足采集站之安全、環(huán)境、電力、通訊路徑等要

求，建議設(shè)置在結(jié)構(gòu)物的計(jì)算機(jī)或消防控制中心；宜采用穩(wěn)定的工控機(jī)。

4.1.2傳感器系統(tǒng)空間分布較分散時(shí)宜考慮設(shè)置多個(gè)采集站,各采集站與中心信號(hào)采集儀相

連，傳感器與采集站，采集站與中心采集儀的連接須可靠、穩(wěn)定。

4.1.3采集站和中心采集儀都應(yīng)能滿足數(shù)據(jù)的幅值、分辨率和容量的要求；

4.1.4監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)做到防雷擊、防滲水；機(jī)箱應(yīng)有接地措施；當(dāng)所測(cè)光、電等信號(hào)微弱以致

不易獲得時(shí)，宜選擇能滿足采集系統(tǒng)要求的信號(hào)放大器；信號(hào)放大前應(yīng)進(jìn)行合理濾波以提高

信噪比；信號(hào)放大器的安裝位置應(yīng)滿足其所需的環(huán)境要求。

4.2數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔與同步

4.2.1對(duì)于動(dòng)力信號(hào)，數(shù)據(jù)的采樣頻率應(yīng)在被測(cè)物理量預(yù)估最高頻率的5倍以上；

4.2.2建議大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)采用一級(jí)監(jiān)測(cè)，中型結(jié)構(gòu)采用二級(jí)，小型結(jié)構(gòu)采用三級(jí)。

4.3數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

4.3.1建議長(zhǎng)度單位為米，時(shí)間單位為秒，溫度單位為攝氏度。

4.3.2建議同時(shí)輸出以"公元1年1月1日1分1秒"為"1",每隔一秒增量為"1"的時(shí)間碼體

系；如有必要?jiǎng)t采用更高精度，時(shí)間碼精度同時(shí)提高。

4.5數(shù)據(jù)的凈化

4.5.2剔除粗差，保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠；對(duì)于觀測(cè)值中的系統(tǒng)誤差，應(yīng)該盡可能按其產(chǎn)

生的原因和規(guī)律加以改正、抵消或削弱；增加測(cè)量次數(shù)，減小偶然誤差。

4.6數(shù)據(jù)的取舍

4.6.1對(duì)短時(shí)間內(nèi)頻繁發(fā)生的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警，要求現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員查看現(xiàn)場(chǎng)狀況、檢查傳

感器的工作狀態(tài)以及相應(yīng)傳輸線路和數(shù)據(jù)采集硬件的工作狀態(tài)，但采集系統(tǒng)仍正常工作。在

此過(guò)程中，對(duì)偶然的，瞬時(shí)的異常數(shù)據(jù)一般不作處理和存儲(chǔ)。

4.6.2在所有經(jīng)判斷無(wú)異常的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)之前還需經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)準(zhǔn)則的判斷，滿足一定要求,

具有分析價(jià)值的數(shù)據(jù)將被存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以減小數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，閾值的設(shè)定需視具體情況而定。

數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)-結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專題

2014-12-16結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)

5.1一般規(guī)定

5.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)能從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采集信息。

5.1.2數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)應(yīng)將系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)，以便進(jìn)行存儲(chǔ)、分析及

發(fā)布等。

5.1.3數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)來(lái)自結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)外的各種信息予以接收、存

貯、處理、交換和傳輸?shù)哪芰Α?/p>

5.1.4數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)提供的各類接口，應(yīng)通過(guò)系統(tǒng)布線引至各個(gè)數(shù)據(jù)采集終端。

5.1.5數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?、高效性及?shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。

5.2數(shù)據(jù)通信及傳輸方案

5.2.1基于信號(hào)的同步技術(shù)

采用基于時(shí)鐘同步模塊的時(shí)鐘頻率共享技術(shù)，每個(gè)采集設(shè)備中裝有時(shí)鐘同步模塊，再用

同軸電纜將各個(gè)設(shè)備相連，以其中之一作為主模塊，其余的作為從模塊。主模塊內(nèi)部的時(shí)鐘

信號(hào)通過(guò)同軸電纜同步從模塊內(nèi)部的時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)間戳同步可以采用網(wǎng)絡(luò)時(shí)間服務(wù)器。

5.2.2基于時(shí)間的同步技術(shù)

系統(tǒng)各部分具有一個(gè)公共的時(shí)間基準(zhǔn)參考，可以基于該基準(zhǔn)時(shí)間生成事件、觸發(fā)和時(shí)鐘。

對(duì)于跨度較大的長(zhǎng)距離傳輸，可以利用包括GPS、NTP、IEEE1588和IRIG-B等各種時(shí)間參考，

借助絕對(duì)定時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)量結(jié)果的關(guān)聯(lián)與同步。

5.2.3有線傳輸

兩個(gè)通信設(shè)備之間使用物理連接，將信號(hào)從一方傳到另一方。常用的介質(zhì)有雙絞線、同

軸電纜和光纜等，常用的接口有RS232、RS422、RS485和RJ45等。

5.2.4無(wú)線傳輸

兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何物理連接，將信號(hào)通過(guò)空間傳輸?shù)囊环N技術(shù)。通?？煞譃?/p>

無(wú)線廣域通信網(wǎng)（無(wú)線公網(wǎng)）和無(wú)線局域通信網(wǎng)兩種方式。常用的無(wú)線廣域通信網(wǎng)絡(luò)有GPRS

和CDMA兩種制式；常用的無(wú)線局域通信網(wǎng)有無(wú)線網(wǎng)橋和部門行業(yè)專用頻率通信等。

5.3設(shè)計(jì)要求

5.3.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，必須保證系統(tǒng)的采集準(zhǔn)確度。

1.系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的有效位數(shù)應(yīng)與歷史數(shù)據(jù)平均值的有效位數(shù)一致。

2.系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)的差值應(yīng)在合理范圍內(nèi)。

5.3.2數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)在設(shè)計(jì)，按照傳輸速度不同，選擇同步傳輸或異步傳輸。

1.低速數(shù)據(jù)傳輸宜采用異步傳輸；

2.高速數(shù)據(jù)傳輸宜采用同步傳輸。

5.3.3當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)選擇同步傳輸時(shí)，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合考慮傳感器間距離、

工程各階段特征及工程現(xiàn)場(chǎng)地形條件等因素，選擇合適的同步技術(shù)。

1.對(duì)于小范圍的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，宜采用基于信號(hào)的同步技術(shù)。采用該技術(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)

還需考慮路線最優(yōu)化，增加最少的信號(hào)放大設(shè)備。同時(shí)注意外部的突發(fā)事件對(duì)信號(hào)可能造成

的干擾。

2.對(duì)于大范圍的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，宜采用基于時(shí)間的同步技術(shù)。

3.根據(jù)工程實(shí)際需要，可選取一種或兩種同步技術(shù)組合使用。

5.3.4數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須堅(jiān)持因地制宜的原則，綜合考慮數(shù)據(jù)通信傳輸距離、

工程各階段特征及工程現(xiàn)場(chǎng)地形條件、網(wǎng)絡(luò)覆蓋狀況、已有的通信設(shè)施等因素，靈活選取合

適的通信傳輸方式。

1.當(dāng)工程現(xiàn)場(chǎng)存在無(wú)線發(fā)射設(shè)備，通信信號(hào)受干擾的情況下，應(yīng)采用有線傳輸方式。

2.工程現(xiàn)場(chǎng)有強(qiáng)電磁場(chǎng)的環(huán)境下，應(yīng)采取有效的電磁屏蔽措施，如無(wú)法實(shí)施電磁屏蔽，應(yīng)

采用有線傳輸方式。

3.對(duì)于交通不便的深山峽谷、復(fù)雜地形、物理線路布設(shè)和維護(hù)困難的環(huán)境下，宜采用無(wú)線

傳輸方式。

4.需要構(gòu)建臨時(shí)通信網(wǎng)絡(luò)的工程現(xiàn)場(chǎng)，宜采用無(wú)線傳輸方式。

5.根據(jù)工程實(shí)際需要，可選擇一種通信傳輸方式或多種通信傳輸方式進(jìn)行組合使用。

5.3.5采用有線傳輸數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已有的光纖通信網(wǎng)或部門局域互

聯(lián)網(wǎng)等數(shù)據(jù)傳輸線路，增加最少的中繼器或轉(zhuǎn)發(fā)器，選取適當(dāng)?shù)膫鬏斀橘|(zhì)；同時(shí)應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)數(shù)

據(jù)采集器的接口為基礎(chǔ)，以增加最少的接口轉(zhuǎn)換器為原則，選取適當(dāng)?shù)慕涌陬愋汀?/p>

5.3.6采用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)，應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)營(yíng)運(yùn)的網(wǎng)絡(luò)、成本及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇合適的無(wú)

線傳輸方式。

5.3.7數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)備份機(jī)制，以保證在通信傳輸線路故障時(shí)數(shù)據(jù)的完

整性和可靠性。

1.數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)送端應(yīng)至少保存最近7天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)做備份。

2.常用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)為硬盤、磁帶、CF卡、SD卡等，宜設(shè)置雙卡槽以滿足連續(xù)觀測(cè)

需要，其容量選取應(yīng)以結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)每天接收的數(shù)據(jù)量為依據(jù)。

5.3.8數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)具備以下基本資料：

1.工程場(chǎng)地與環(huán)境條件的有關(guān)資料

⑴工程場(chǎng)地的現(xiàn)狀平面圖，包括交通設(shè)施、高壓架空線、地下管線和地下構(gòu)筑物的分布;

⑵水、電及有關(guān)建筑材料的供應(yīng)條件；

(3)周圍建筑物的防振、防噪聲等要求。

2.建筑工程的有關(guān)資料

(1)工程總平面布置圖

(2)工程基礎(chǔ)平面圖和剖面圖

5.4質(zhì)量控制

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是決策部門做出評(píng)判的基礎(chǔ)資料，因而作為聯(lián)系監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)與遠(yuǎn)程控制中心的數(shù)據(jù)通

道要確保高效、準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，制定以下質(zhì)量控制措施。

5.4.1數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)中應(yīng)采用握手協(xié)議進(jìn)行流量控制，保證通信線路暢通。握手分為

硬件握手和軟件握手。

1.硬件握手通過(guò)握手線的交互作用進(jìn)行主控端和被控端的數(shù)據(jù)交流，在通信數(shù)據(jù)將要傳輸

時(shí)，通過(guò)握手線的高低電位變化控制數(shù)據(jù)傳送與否。

2.軟件握手以數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)信號(hào)代替實(shí)際的硬件線路。常用的軟件握手是XON/XOFF協(xié)

議。

5.4.2為了提高海量數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，必須根?jù)系統(tǒng)前端傳感器單位時(shí)間采集的數(shù)據(jù)，結(jié)

合設(shè)計(jì)的傳輸實(shí)際通信能力，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分包處理，以包為單位實(shí)施傳輸。開(kāi)發(fā)的相應(yīng)數(shù)據(jù)

傳輸軟件在設(shè)計(jì)中必須采用應(yīng)答模式，并引入檢校-重發(fā)-補(bǔ)發(fā)機(jī)制進(jìn)行誤碼控制，以保證數(shù)

據(jù)的可靠性及完整性。數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)必須按照以下規(guī)定要求，格式見(jiàn)圖5.4.1.

開(kāi)始位

控制參數(shù)

標(biāo)識(shí)信息

數(shù)據(jù)段

校驗(yàn)段

結(jié)束位

圖5.4.1數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)要求

1.將海量數(shù)據(jù)文件根據(jù)設(shè)計(jì)的傳輸速率，劃分若干數(shù)據(jù)段。

2.為了區(qū)分不同傳感器、不同數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送數(shù)據(jù)，必須在每個(gè)數(shù)據(jù)段前加入標(biāo)識(shí)

信息，標(biāo)識(shí)信息位數(shù)應(yīng)能區(qū)分各不同傳感器、不同數(shù)據(jù)采集終端，以便接收端可以根據(jù)標(biāo)識(shí)

信息加以區(qū)分。

3.為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕仨殞?duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，可采用奇偶校驗(yàn)或循環(huán)冗余

校驗(yàn)(CRC),并將校驗(yàn)碼加入數(shù)據(jù)段后。

4.為區(qū)分每個(gè)數(shù)據(jù)段，按圖5.4.1加入開(kāi)始位及結(jié)束位。

5.為區(qū)分不同傳輸文件，在文件的開(kāi)頭和結(jié)束位置，加入包標(biāo)識(shí)信息，定義請(qǐng)求發(fā)送包和

文件結(jié)束包。

5.4.3數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)中必須設(shè)計(jì)校驗(yàn)機(jī)制，在傳送和接收兩方對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)以降低

誤碼率。常用的校驗(yàn)方法有奇偶校驗(yàn)和（CRC）兩種。

1.奇偶校驗(yàn)是在傳送字符的各位之外，再傳送1位奇校驗(yàn)位或偶校驗(yàn)位，分別為奇校驗(yàn)

方式或偶校驗(yàn)方式。奇偶校驗(yàn)不能糾錯(cuò)，但發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后可以要求重發(fā)。

2.循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）采用除法及余數(shù)的原理進(jìn)行錯(cuò)誤偵測(cè)。對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量要求較高或

數(shù)據(jù)傳輸量較大的場(chǎng)合，宜采用CRC校驗(yàn)。常用的CRC位數(shù)有8、16、32位，大型工程結(jié)

構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)時(shí)宜采用16位的CRC校驗(yàn)。

3.接收端將計(jì)算得到的奇偶校驗(yàn)或CRC校驗(yàn)碼與數(shù)據(jù)包包含的校驗(yàn)碼進(jìn)行比較，二者

一致，接收端給發(fā)送端確認(rèn)信息，繼續(xù)發(fā)送下一數(shù)據(jù)包。若校驗(yàn)不合格，接收端發(fā)送相應(yīng)信

息，要求發(fā)送端重新發(fā)送該數(shù)據(jù)包。

5.4.4數(shù)據(jù)開(kāi)始發(fā)送時(shí)，發(fā)送端應(yīng)發(fā)送請(qǐng)求包，并等待接收端響應(yīng)，以確保數(shù)據(jù)通道暢通。

在文件結(jié)束時(shí)，發(fā)送端發(fā)送結(jié)束包，并等待接收端響應(yīng)。

5.4.5當(dāng)數(shù)據(jù)通道發(fā)生故障而中斷，在故障排除后，數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)應(yīng)具有補(bǔ)發(fā)功能，

將中斷時(shí)間段內(nèi)所有數(shù)據(jù)發(fā)送到接收端。

5.4.6對(duì)于數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)的應(yīng)答、重發(fā)和補(bǔ)發(fā)模塊應(yīng)設(shè)置時(shí)限，避免因應(yīng)答等待、重

發(fā)及補(bǔ)發(fā)影響正常數(shù)據(jù)發(fā)送。建議利用數(shù)據(jù)通道空閑時(shí)段完成補(bǔ)發(fā)數(shù)據(jù)傳輸。

5.5其他問(wèn)題

5.5.1工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)有安置通信設(shè)備的專有或公用的觀測(cè)房，觀測(cè)房應(yīng)符合以下要求：

1.電力比較穩(wěn)定可靠，交通方便，自然環(huán)境比較清潔。

2.遠(yuǎn)離產(chǎn)生粉塵、油煙、有害氣體以及生產(chǎn)或貯存具有腐蝕性、易燃、易爆物品的工

廠、倉(cāng)庫(kù)、堆場(chǎng)等。

3.遠(yuǎn)離強(qiáng)振源和強(qiáng)噪聲源。

4.避開(kāi)強(qiáng)電磁場(chǎng)干擾，無(wú)法避開(kāi)時(shí)應(yīng)采取有效的電磁屏蔽措施。

5.應(yīng)有必要的防雷、防火設(shè)施。

6.觀測(cè)房?jī)?nèi)部溫度、濕度等條件應(yīng)滿足通信及其他設(shè)備的工作環(huán)境要求，不能滿足的

應(yīng)采取有效的調(diào)節(jié)措施。

5.5.2數(shù)據(jù)通信與傳輸系統(tǒng)的線路應(yīng)采取一定的防護(hù)措施，對(duì)有線傳輸線路應(yīng)采用PVC或

鋼管等加以保護(hù)。

5.5.3工程施工及運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況制定應(yīng)對(duì)特殊突發(fā)情況的緊急預(yù)案。

5.5.4本標(biāo)準(zhǔn)如有未盡事宜，應(yīng)依照實(shí)際情況遵循國(guó)家現(xiàn)行的其他有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

損傷識(shí)別與安全評(píng)估方法-結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專題

2014-12-17結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

損傷識(shí)別與安全評(píng)估方法

6.1模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法

6.1.1結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的定義

在系統(tǒng)模型已知的情況下，用實(shí)測(cè)的輸入與輸出數(shù)據(jù)來(lái)識(shí)別描述系統(tǒng)特性的各種物理參

數(shù)，如系統(tǒng)的質(zhì)量、剛度及阻尼，稱之為"參數(shù)識(shí)別”。

如果實(shí)際結(jié)構(gòu)可以運(yùn)用所謂的"模態(tài)模型”來(lái)描述其動(dòng)態(tài)響應(yīng)，則通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和

分析，尋求其"模態(tài)參數(shù)"的過(guò)程，稱之為模態(tài)參數(shù)識(shí)別。

6.1.2結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別的目的

1通過(guò)模態(tài)試驗(yàn)，一般情況下可獲取結(jié)構(gòu)自振頻率、振型、模態(tài)阻尼比，如有特殊要求,

可獲取模態(tài)剛度、模態(tài)質(zhì)量等結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)。

2獲取的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性參數(shù)，可為結(jié)構(gòu)計(jì)算模型修正提供依據(jù)，并為結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

6.1.3模態(tài)試驗(yàn)的基本要求

1結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗(yàn)前，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康闹贫ǚ舷嚓P(guān)技術(shù)要求的試驗(yàn)方案，并進(jìn)行必要的

計(jì)算。

2模態(tài)試驗(yàn)應(yīng)符合下列要求：

(1)傳感器宜選擇高靈敏度的低頻傳感器；

⑵測(cè)點(diǎn)布置應(yīng)盡量避開(kāi)振型節(jié)點(diǎn)和反節(jié)點(diǎn)處，所布測(cè)點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于所測(cè)模態(tài)階數(shù)的2

倍，宜對(duì)稱布置同時(shí)采集；

⑶試驗(yàn)時(shí)應(yīng)避免環(huán)境及系統(tǒng)干擾；

(4)采樣頻率應(yīng)滿足采樣定理的基本要求；

⑸采樣時(shí)間要保證數(shù)據(jù)有足夠的長(zhǎng)度；

(6)當(dāng)測(cè)點(diǎn)較多而傳感器數(shù)量不足時(shí)，可以分批測(cè)量，每批測(cè)試應(yīng)至少保留一個(gè)共同的

參考點(diǎn)。

6.1.4數(shù)據(jù)處理方法

大跨橋梁、大型建筑等土木工程結(jié)構(gòu)，通常難以對(duì)其實(shí)施人工激勵(lì)，可以采用隨機(jī)振動(dòng)

識(shí)別理論，通過(guò)測(cè)量"環(huán)境激勵(lì)"下的輸出響應(yīng)來(lái)識(shí)別結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)。

環(huán)境激勵(lì)下的工程結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法可以分為三大類：頻域識(shí)別方法、時(shí)域識(shí)別方

法和時(shí)頻域方法。

6.1.5在線識(shí)別技術(shù)

"在線"強(qiáng)調(diào)的是模態(tài)參數(shù)識(shí)別的實(shí)時(shí)性和自動(dòng)性。相對(duì)于普通的基于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的模態(tài)試

驗(yàn)而言，在線模態(tài)參數(shù)識(shí)別具有全天候、快速、實(shí)時(shí)的優(yōu)點(diǎn)，由于實(shí)際結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境下其

動(dòng)力特性會(huì)有所不同，如邊界條件、溫度的變化，臺(tái)風(fēng)、運(yùn)營(yíng)荷載等，只有實(shí)時(shí)分析才能獲

取整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性變化情況。

6.2損傷識(shí)別方法

6.2.1總體要求

1工作目標(biāo)

結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別是指利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)數(shù)據(jù)來(lái)分析結(jié)構(gòu)物理參數(shù)的變化，進(jìn)而識(shí)別結(jié)構(gòu)的

損傷。

2深度要求

⑴損傷識(shí)別根據(jù)工作深度可以由淺入深逐次分為損傷預(yù)警、損傷定位、損傷定量、

損傷評(píng)估；

⑵損傷預(yù)警應(yīng)給出結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷的明確判斷，并對(duì)相應(yīng)的判斷閾值進(jìn)行說(shuō)明；

⑶損傷定位應(yīng)給出結(jié)構(gòu)發(fā)生的損傷位置，可給出損傷位置的幾何坐標(biāo)，也可給出損

傷單元或者構(gòu)件的編號(hào)；

(4)損傷定量應(yīng)以百分比的形式給出發(fā)生損傷的單元或者構(gòu)件的損傷程度；

⑸損傷評(píng)估應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)的損傷后的性能退化做出綜合評(píng)估，對(duì)結(jié)構(gòu)損傷后的殘余壽命

進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。

6.2.2動(dòng)力指紋法

可選用固有頻率、固有振型等模態(tài)參數(shù)及其各種導(dǎo)出量來(lái)構(gòu)建結(jié)構(gòu)的動(dòng)力指紋，根據(jù)動(dòng)

力指紋的變化來(lái)辨識(shí)結(jié)構(gòu)的損傷。

常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力指紋包括固有頻率比、固有振型變化、振型曲率、應(yīng)變模態(tài)振型、MAC、

COMAC、柔度曲率、模態(tài)應(yīng)變能、里茲向量等，結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要選用其

中的一種或者多種。

6.2.3模型修正法

若有高精度的有限元基準(zhǔn)模型可供利用時(shí)，可采用模型修正的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)物理參數(shù)辨

識(shí)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的目的。

模型修正是利用結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（一般是模態(tài)參數(shù)）來(lái)修正結(jié)構(gòu)的初始理論模型，使修正

后的結(jié)構(gòu)模型的響應(yīng)與結(jié)構(gòu)的實(shí)測(cè)響應(yīng)相一致。用模型修正法進(jìn)行損傷識(shí)別時(shí)，應(yīng)把有限元

基準(zhǔn)模型作為結(jié)構(gòu)的初始理論模型，把損傷后的結(jié)構(gòu)響應(yīng)作為結(jié)構(gòu)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

用于損傷識(shí)別的常用的模型修正方法可分為：矩陣型修正方法、元素型修正方法、誤差

因子修正方法（子矩陣修正方法）、設(shè)計(jì)參數(shù)修正方法。

6.2.4神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種基于數(shù)據(jù)的非參數(shù)化非線性建模方法，其用于損傷識(shí)別的基本步驟，是

構(gòu)建結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)據(jù)集合，對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，校驗(yàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效性，利用訓(xùn)練得到的

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行損傷識(shí)別。

結(jié)構(gòu)的損傷數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)用途劃分為訓(xùn)練集、校驗(yàn)集、測(cè)試集。為了得到較好的結(jié)果，訓(xùn)練集

一般應(yīng)進(jìn)行歸一化。

可供選用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型有：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織神

經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)所解決的問(wèn)題來(lái)選擇，也可采用試錯(cuò)法或遺傳算法以及其他

優(yōu)化方法確定。

6.2.5其他方法

結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別也可采用有文獻(xiàn)報(bào)道證明可行的其他方法。如小波包能量譜方法、支持向量機(jī)

方法、ARMA模型方法、響應(yīng)面法、奇異值檢驗(yàn)方法、考慮不確定性的統(tǒng)計(jì)方法等。

6.3安全評(píng)估方法

6.3,1一般原則

1結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的可靠度。結(jié)構(gòu)可靠度可采用以概率理論為

基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定。

2結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)滿足下列功能要求：

⑴在正常施工和正常使用時(shí)，能承受可能出現(xiàn)的各種作用；

⑵在正常使用時(shí)具有良好的工作性能；

⑶在正常維護(hù)下具有足夠的耐久性能；

（4）在設(shè)計(jì)規(guī)定的偶然事件發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，仍能保持必須的整體穩(wěn)定性。

3施加在結(jié)構(gòu)上的荷載宜采用隨機(jī)過(guò)程概率模型描述。

4結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)宜采用考慮基本變量概率分析類型的一次二階矩方法進(jìn)行計(jì)算。

6.3.2確定性方法

結(jié)構(gòu)安全評(píng)估的確定性方法可以采用層次分析法和極限分析法。

6.3.3可靠度方法

1構(gòu)件可靠度分析法

結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度分析方法主要分為兩大類。一類是解析算法,包括改進(jìn)的一次二階矩法、

二次二階矩法、JC法等；另一類是隨機(jī)模擬法，包括蒙特卡羅法、隨機(jī)有限元法等。

2體系可靠度分析法

結(jié)構(gòu)體系可靠度分析法可以采用界限估算法、串聯(lián)及并聯(lián)和混聯(lián)體系可靠度計(jì)算法、概

率網(wǎng)絡(luò)估算技術(shù)方法、蒙特卡羅法、分枝界限法等。

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其運(yùn)行管理-結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)專題

2014-12-18結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)及其運(yùn)行管理

7.1數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的目標(biāo)與設(shè)計(jì)原則

7.1.1結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)運(yùn)行的存儲(chǔ)、維護(hù)和為應(yīng)用提供數(shù)據(jù)管理與分析

的軟件系統(tǒng)，是存儲(chǔ)介質(zhì)、處理對(duì)象和管理系統(tǒng)的集合體。系統(tǒng)由軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和數(shù)據(jù)管理

員等組成。其軟件主要包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)據(jù)庫(kù)管理

系統(tǒng)統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)的插入、修改和檢索均要通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)管理員負(fù)

責(zé)創(chuàng)建、監(jiān)控和維護(hù)整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，使數(shù)據(jù)能被授權(quán)用戶有效使用。

7.1.2數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是建立數(shù)據(jù)庫(kù)及其應(yīng)用系統(tǒng)的核心技術(shù),它是指利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系

統(tǒng)，構(gòu)造最優(yōu)的數(shù)據(jù)模式，建立可用的數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用系統(tǒng)，以便能夠更為有效地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，

滿足用戶的應(yīng)用需求，包括數(shù)據(jù)需求和處理需求。

1.數(shù)據(jù)共享是指系統(tǒng)所有用戶可同時(shí)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。同文件系統(tǒng)相比，由于數(shù)

據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享，避免了用戶各自建立應(yīng)用文件而帶來(lái)的數(shù)據(jù)冗余問(wèn)題，同時(shí)數(shù)據(jù)共享

有利于維護(hù)數(shù)據(jù)的一致性。

2.進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)傳感器數(shù)量、采樣頻率、監(jiān)測(cè)時(shí)間等因素估計(jì)數(shù)據(jù)

庫(kù)的容量，保證數(shù)據(jù)有效的存儲(chǔ)和使用。

3.各種軟硬件平臺(tái)日趨多樣化，為了滿足各種不同平臺(tái)系統(tǒng)的要求，應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)

必須遵循開(kāi)放系統(tǒng)的原則，與平臺(tái)無(wú)關(guān)。

4.遵循公關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，以方便今后的升級(jí)維護(hù)。

7.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要求

7.3.1在線實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理分析包括對(duì)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，用戶處于在線工作狀

態(tài)。離線數(shù)據(jù)處理分析則主要是對(duì)某一時(shí)段以前的存檔數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

7.3.2

1.傳感器一般包括對(duì)環(huán)境信息、、荷載信息、結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息和結(jié)構(gòu)形態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)的

設(shè)備，常用的傳感器類型詳見(jiàn)第3章。故障檢測(cè)包括定時(shí)輪詢監(jiān)測(cè)報(bào)警，用戶根據(jù)實(shí)際設(shè)定

失效報(bào)警時(shí)間。

2.監(jiān)測(cè)信息的自動(dòng)導(dǎo)入指的是將觀測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)傳輸模塊進(jìn)行預(yù)處理后導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)

中。數(shù)據(jù)導(dǎo)出的目的是便于為專業(yè)分析軟件工具進(jìn)行進(jìn)一步的數(shù)據(jù)分楣。預(yù)案處理包括監(jiān)測(cè)

信息預(yù)警機(jī)制以及相應(yīng)處理措施的描述信息等。

3.結(jié)構(gòu)評(píng)估分析要依據(jù)結(jié)構(gòu)分析模型進(jìn)行定量分析，如果分析模型有改進(jìn)，系統(tǒng)要支

持利用新的評(píng)估模型進(jìn)行分析的機(jī)制。

4.結(jié)構(gòu)模型信息描述了進(jìn)行評(píng)估分析時(shí)使用的評(píng)估規(guī)則和所需要的模型，評(píng)估規(guī)則本

身可以添加、刪除，需要描述參數(shù)的數(shù)據(jù)類型、返回的數(shù)據(jù)類型等。

5.數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)主要利用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)自身提供的歸檔功能進(jìn)行數(shù)據(jù)歸檔，歸檔使用的

大容量存儲(chǔ)設(shè)備包括大容量磁盤、光盤、磁帶等二級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備，系統(tǒng)元數(shù)據(jù)記錄歸檔數(shù)據(jù)基

本信息。

6.用戶管理內(nèi)容涉及：

（1）用戶屬性定義。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全功能應(yīng)給出每個(gè)用戶與標(biāo)識(shí)相關(guān)的安全屬性，

如標(biāo)識(shí)符、組等。如果數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全功能維護(hù)自己的標(biāo)識(shí)與鑒別數(shù)據(jù)，那么它應(yīng)保證

每個(gè)用戶個(gè)體在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)和其他系統(tǒng)安全功能中信息一致。

⑵用戶標(biāo)識(shí)。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)代表用戶執(zhí)行

的、與安全功能相關(guān)的動(dòng)作；在標(biāo)識(shí)之前，安全功能允許數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)執(zhí)行這些預(yù)設(shè)動(dòng)作。

在其他的安全功能引起的操作動(dòng)作之前，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能要成功地標(biāo)識(shí)每個(gè)用

戶。應(yīng)對(duì)注冊(cè)到數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中的用戶進(jìn)行標(biāo)識(shí)。用戶標(biāo)識(shí)信息是公開(kāi)信息，一般以用戶

名和用戶ID實(shí)現(xiàn)。為了管理方便，可將用戶分組，也可使用別名。無(wú)論用戶名、用戶ID、

用戶組還是用戶別名，都要遵守標(biāo)識(shí)的唯一性原則。用戶標(biāo)識(shí)分為：

1）基本標(biāo)識(shí)：應(yīng)在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全子系統(tǒng)的安全功能實(shí)施所要求的動(dòng)作之前，對(duì)提

出該動(dòng)作要求的用戶進(jìn)行標(biāo)識(shí)；

2）唯一性標(biāo)識(shí)：應(yīng)確保所標(biāo)識(shí)用戶在信息系統(tǒng)生存周期內(nèi)的唯一性，并將用戶標(biāo)識(shí)與

審計(jì)相關(guān)聯(lián)。

⑶標(biāo)識(shí)信息管理。應(yīng)對(duì)用戶標(biāo)識(shí)信息進(jìn)行管理、維護(hù)，確保其不被非授權(quán)地訪問(wèn)、修

改或刪除。

（4）用戶鑒別。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)預(yù)先設(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)代表用戶執(zhí)行

的、與安全功能相關(guān)的動(dòng)作，在用戶被鑒別之前，允許數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)執(zhí)行這些預(yù)設(shè)動(dòng)作。

在其他的安全功能引起的操作動(dòng)作之前，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)成功地鑒別每個(gè)用

戶。應(yīng)對(duì)登錄的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的用戶進(jìn)行身份真實(shí)性鑒別。通過(guò)對(duì)用戶所提供的"鑒別信

息"的驗(yàn)證，證明該用戶確有所聲稱的某種身份，這些“鑒別信息”必須是保密的，不易偽造

的。用戶鑒別分為：

1）基本鑒別：應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全子系統(tǒng)的安全功能實(shí)施所要求地動(dòng)作之前，先

對(duì)提出該動(dòng)作要求的用戶成功地進(jìn)行鑒別。

2）不可偽造鑒別：應(yīng)檢測(cè)并防止使用偽造或復(fù)制的鑒別數(shù)據(jù)。一方面，要求數(shù)據(jù)庫(kù)管

理系統(tǒng)安全子系統(tǒng)的安全功能應(yīng)檢測(cè)或防止由任何別的用戶偽造的鑒別數(shù)據(jù)；另一方面，要

求數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全子系統(tǒng)應(yīng)檢測(cè)或防止當(dāng)前用戶從任何其他用戶處復(fù)制的鑒別數(shù)據(jù)的

使用。

3）一次性使用鑒別：應(yīng)能提供一次性使用鑒別數(shù)據(jù)操作的鑒別機(jī)制，即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

系統(tǒng)安全子系統(tǒng)的安全功能應(yīng)防止與已標(biāo)識(shí)過(guò)的鑒別機(jī)制有關(guān)的鑒別數(shù)據(jù)的重用。

4）多機(jī)制鑒別：應(yīng)能提供不同的鑒別機(jī)制，用于鑒別特定事件的用戶身份，并且對(duì)數(shù)

據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全子系統(tǒng)的安全功能應(yīng)根據(jù)所描述的多種鑒別機(jī)制如何提供鑒別的規(guī)則，來(lái)

鑒別任何用戶所聲稱的身份。

5）重新鑒別：應(yīng)有能力規(guī)定需要重新鑒別用戶的事件，即對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)安全子系

統(tǒng)的安全功能應(yīng)在需要重鑒別條件所指示的條件下，重新鑒別用戶。

⑸鑒別失敗處理。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)檢測(cè)到與鑒別事件相關(guān)的不成功的鑒

別嘗試，當(dāng)不成功鑒別嘗試的次數(shù)達(dá)到或超過(guò)了定義的界限時(shí)，安全功能應(yīng)終止會(huì)話建立的

進(jìn)程。

（6）訪問(wèn)歷史。在會(huì)話成功建立的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)顯示用戶上一

次成功會(huì)話建立的日期、時(shí)間、方法、位置等。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)顯示用戶上一

次不成功的會(huì)話嘗試的日期、時(shí)間、方法、位置等，以及從上一次成功的會(huì)話建立以來(lái)的不

成功的嘗試的次數(shù)。

7.數(shù)據(jù)庫(kù)的安全包含兩層含義：第一層是指系統(tǒng)運(yùn)行安全，系統(tǒng)運(yùn)行安全通常受到的

威脅包括一些網(wǎng)絡(luò)不法分子通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、局域網(wǎng)等途徑通過(guò)入侵電腦使系統(tǒng)無(wú)法正常啟動(dòng)，或

讓系統(tǒng)超負(fù)荷運(yùn)行大量算法，并關(guān)閉CPU風(fēng)扇，使CPU過(guò)熱燒壞等破壞性活動(dòng)；第二層是

指系統(tǒng)信息安全,系統(tǒng)信息安全通常受到的威脅包括黑客對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)入侵,盜取系統(tǒng)內(nèi)的資料。

因此數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全既要考慮對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全保護(hù)，也要考慮對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理

系統(tǒng)中所存儲(chǔ)、傳輸和處理的數(shù)據(jù)信息的保護(hù)（包括以庫(kù)結(jié)構(gòu)形式存儲(chǔ)的用戶數(shù)據(jù)信息和以

其他形式存儲(chǔ)的由數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)信息）。所以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全保護(hù)的

功能要求，要從系統(tǒng)安全運(yùn)行和信息安全保護(hù)兩方面綜合進(jìn)行考慮。

（1）網(wǎng)絡(luò)安全管理與安全保護(hù)：主要指的是系統(tǒng)運(yùn)行的外部安全環(huán)境，一般包括網(wǎng)絡(luò)管

理軟件和安全保護(hù)系統(tǒng)。前者用于防止外部用戶入侵系統(tǒng)所在的網(wǎng)絡(luò)，后者則主要是各種防

病毒軟件。

⑵數(shù)據(jù)庫(kù)容災(zāi)備份主要防止系統(tǒng)因一些不可抗因素導(dǎo)致硬件設(shè)備的損壞而采取的備

份策略。

⑶敏感信息標(biāo)記用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中需要特別保護(hù)的數(shù)據(jù)或?qū)ο螅罁?jù)使用方式的

不同可以標(biāo)識(shí)為公開(kāi)、秘密、機(jī)密和絕密四個(gè)等級(jí)。敏感信息的安全設(shè)置一般由系統(tǒng)安全員

進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于支持有效期的各種安全屬性，數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)限制授權(quán)管理員

規(guī)定有效期的能力。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的安全功能應(yīng)支持授權(quán)管理員對(duì)有效期后所采取的活動(dòng)

做出規(guī)定。

（4）系統(tǒng)使用日志審計(jì)：一般由系統(tǒng)審計(jì)員進(jìn)行審計(jì)，審計(jì)內(nèi)容涉及一般信息與敏感信

息操作使用的歷史，以便追蹤信息被破壞、泄漏的原因。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)宜采取以下措施抵御威脅：

1）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中，主體對(duì)客體的訪問(wèn)受系統(tǒng)安全功能的限制和裁定，特定客體的

訪問(wèn)權(quán)限由主、客體安全屬性、用戶身份和環(huán)境等條件所決定，這些條件應(yīng)在對(duì)應(yīng)的安全策

略中規(guī)定。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)用戶進(jìn)行標(biāo)識(shí)和鑒別，并通過(guò)系統(tǒng)審計(jì)來(lái)記錄用戶的操作

和所造成的影響，使用監(jiān)督和事后評(píng)判等機(jī)制，保證用戶的責(zé)任可追溯、行為得到控制。

3）在物理上分離的部件之間傳遞信息流應(yīng)遵從數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中所確定的信息流策

略。

4）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)所保護(hù)的資源僅限于需要了解該資源的授權(quán)用戶知曉并進(jìn)行訪問(wèn)和

修改。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)應(yīng)維護(hù)主體及客體的敏感標(biāo)記（安全級(jí)別），以此作為實(shí)施訪問(wèn)控制

的基礎(chǔ)。

6）在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的空閑存儲(chǔ)客體空間中，對(duì)客體初始指定、分配或再分配前，需

要撤銷客體所含信息的所有授權(quán)。

7）當(dāng)主體獲得對(duì)一個(gè)已被釋放的客體的訪問(wèn)權(quán)時(shí)，當(dāng)前主體不能獲得原主體活動(dòng)所產(chǎn)

生的任何信息。

7.4數(shù)據(jù)庫(kù)的組成

7.4.1數(shù)據(jù)庫(kù)的組成與數(shù)據(jù)庫(kù)的功能相對(duì)應(yīng)。

2.風(fēng)速和風(fēng)向?qū)儆诃h(huán)境信息，而風(fēng)壓是直接作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載；同樣地，環(huán)境溫

度屬于環(huán)境信息，構(gòu)件的實(shí)際溫度與溫度荷載直接相關(guān)。各類原始信息和附加信息的記錄存

儲(chǔ)依監(jiān)測(cè)內(nèi)容而異。比如，風(fēng)速一般要記錄三秒鐘極值風(fēng)速、十分鐘平均風(fēng)速、每小時(shí)平均

風(fēng)速、風(fēng)玫瑰圖、風(fēng)譜圖。地面脈動(dòng)加速度要記錄時(shí)程曲線、功率譜；車輛荷載一般要記錄

輪軸重量、總重、數(shù)量、車輛類型；環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射強(qiáng)度要記錄每小時(shí)信息，統(tǒng)計(jì)日月

年的最高溫度、最低溫度、及溫差；結(jié)構(gòu)加速度要記錄存儲(chǔ)時(shí)程曲線、功率譜；靜態(tài)應(yīng)變、

位移、傾角宜與環(huán)境溫度同步記錄，混凝土應(yīng)變應(yīng)記錄徐變和收縮；結(jié)構(gòu)坐標(biāo)包括三個(gè)方向

的大地坐標(biāo)。

4.評(píng)估結(jié)果包括分析結(jié)果以及數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性等。評(píng)估結(jié)果以定期和以專題事件為

單位的方式記錄；定期記錄為單位指每個(gè)月、季度或年的結(jié)果；專題事件記錄指突發(fā)事件(地

震或臺(tái)風(fēng))發(fā)生后的專題分析結(jié)果。

7.4.2轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)信息中，本地信息庫(kù)中要記錄轉(zhuǎn)儲(chǔ)數(shù)據(jù)的定位、識(shí)別信息等，轉(zhuǎn)儲(chǔ)

到外部的數(shù)據(jù)可提供所轉(zhuǎn)儲(chǔ)信息的概要描述信息。

7.4.3信息分類是根據(jù)信息內(nèi)容屬性的排列順序，將信息按一定的原則和方法進(jìn)行區(qū)分和歸

類，并建立起一定的分類系統(tǒng)和排列順序，以便管理和使用信息。信息編碼是在信息分類的

基礎(chǔ)上，將信息對(duì)象賦予有一定規(guī)律的、易于計(jì)算機(jī)和人識(shí)別與處理的符號(hào)。

傳感器信息宜根據(jù)傳感器的類型分類并根據(jù)所在空間位置或所屬子站編碼