橋梁長期健康監(jiān)測系統(tǒng)集成與設(shè)計研究.pdf

1、科學而客觀地獲取橋梁結(jié)構(gòu)特征信號，研判橋梁的健康狀態(tài)，保證橋梁長期安全運營，對國民經(jīng)濟和社會安全起到至關(guān)重要的作用。橋梁長期健康監(jiān)測系統(tǒng)是解決上述科學問題的主要技術(shù)途徑和關(guān)鍵。目前由于傳感器技術(shù)的限制和系統(tǒng)各個組成部分沒有有機集成，缺乏可靠的長期監(jiān)測手段和方法，致使系統(tǒng)缺乏整體性、長期性和實時性，嚴重影響了系統(tǒng)的可行性和實用性。隨著光纖光柵傳感技術(shù)的突破和其廣泛應(yīng)用，滿足了橋梁結(jié)構(gòu)大體積、大尺寸、分布式的多場、多維、多參量的長期測量的需

2、求，表明了光纖光柵傳感器在系統(tǒng)監(jiān)測中具有可行性，可實現(xiàn)橋梁的長期在線實時監(jiān)測。對該系統(tǒng)的深入研究和實踐具有重大的研究意義和應(yīng)用推廣價值。
　　 本論文是在導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下，從光纖光柵傳感技術(shù)和計算機應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本實驗、工程應(yīng)用上研究了用于重大橋梁結(jié)構(gòu)的光纖傳感網(wǎng)絡(luò)和基于計算集群與存域網(wǎng)的系統(tǒng)集成技術(shù)，保證了橋梁安全多參量的長期實時傳感、傳輸、采集、存儲與處理。目的是建立統(tǒng)一的高效、長期在線健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺，并實現(xiàn)在重大

3、工程中的應(yīng)用。
　　 在對國內(nèi)外橋梁健康監(jiān)測研究現(xiàn)狀深入分析基礎(chǔ)上，本文針對大型橋梁的實際需求，利用布設(shè)的光纖光柵傳感器構(gòu)建了高性能的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)，研究了其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和特點，并設(shè)計了網(wǎng)絡(luò)的采集軟件。同時，本文分別從系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)三個方面進行系統(tǒng)的有機集成，并使系統(tǒng)成功應(yīng)用在了多座大型橋梁的長期健康監(jiān)測中。全文主要研究內(nèi)容包括以下幾個部分：
　　 1.基于多品種、大容量的光纖光柵傳感器，分別詳細研究了其在

4、系統(tǒng)中的應(yīng)用方法和監(jiān)測目的，并基于現(xiàn)場安裝的光纖光柵傳感器構(gòu)建了大型橋梁長期健康監(jiān)測系統(tǒng)的光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)。研究了光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)的組成結(jié)構(gòu)、組成網(wǎng)絡(luò)的傳感器選擇方法、光纖布線方式、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其特點。
　　 2.研究了光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測的多線程數(shù)據(jù)采集軟件，詳細設(shè)計了其軟件的設(shè)計流程。根據(jù)在系統(tǒng)中應(yīng)用的監(jiān)測傳感器，詳細給出了光纖光柵傳感器軟件采集的波長換算成實際物理量的計算公式。并利用了無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了波長數(shù)據(jù)和物理量的無

5、線遠程傳輸。
　　 3.集成了一個光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)和電類傳感器分布式網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一橋梁長期健康監(jiān)測系統(tǒng)平臺。電類分布式傳感網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場配置采集站，采用冗余光纖網(wǎng)將其數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒霐?shù)據(jù)庫。并利用系統(tǒng)時鐘同步技術(shù)，保證了各采集單元的數(shù)據(jù)同步性。針對監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)長期在線所獲取的海量數(shù)據(jù)存儲和分析處理，系統(tǒng)采用了高性能的計算集群和存域網(wǎng)技術(shù)，保證了系統(tǒng)的長期實時在線存儲和處理數(shù)據(jù)。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信采用了光纖自愈環(huán)網(wǎng)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自診斷功能

6、，保證了系統(tǒng)的長期可靠性。
　　 4.設(shè)計了橋梁長期健康監(jiān)測的軟件結(jié)構(gòu)、流程和架構(gòu)特點。各個功能軟件通過動態(tài)鏈接庫調(diào)用的方式進行相互之間的無縫集成，實現(xiàn)了模塊間的相互協(xié)同工作。并探討了軟件設(shè)計中的難點及解決方法。同時，根據(jù)采集和計算的不同數(shù)據(jù)類別分別設(shè)計了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表。通過研究嵌入式數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的互融性，實現(xiàn)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，保證了整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲的完整性和數(shù)據(jù)的集中調(diào)度。
　　 5.以武漢長江二橋為工程實例，構(gòu)建