橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成與設(shè)計(jì)研究.pdf

1、科學(xué)而客觀地獲取橋梁結(jié)構(gòu)特征信號(hào)，研判橋梁的健康狀態(tài)，保證橋梁長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)安全起到至關(guān)重要的作用。橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是解決上述科學(xué)問(wèn)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(gè)組成部分沒(méi)有有機(jī)集成，缺乏可靠的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)手段和方法，致使系統(tǒng)缺乏整體性、長(zhǎng)期性和實(shí)時(shí)性，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的可行性和實(shí)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(chǎng)、多維、多參量的長(zhǎng)期測(cè)量的需

2、求，表明了光纖光柵傳感器在系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中具有可行性，可實(shí)現(xiàn)橋梁的長(zhǎng)期在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。對(duì)該系統(tǒng)的深入研究和實(shí)踐具有重大的研究意義和應(yīng)用推廣價(jià)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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的基礎(chǔ)理論、基本實(shí)驗(yàn)、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(jì)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(zhǎng)期實(shí)時(shí)傳感、傳輸、采集、存儲(chǔ)與處理。目的是建立統(tǒng)一的高效、長(zhǎng)期在線健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，并實(shí)現(xiàn)在重大

3、工程中的應(yīng)用。
　　 在對(duì)國(guó)內(nèi)外橋梁健康監(jiān)測(cè)研究現(xiàn)狀深入分析基礎(chǔ)上，本文針對(duì)大型橋梁的實(shí)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(diǎn)，并設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)的采集軟件。同時(shí)，本文分別從系統(tǒng)硬件、系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)三個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的有機(jī)集成，并使系統(tǒng)成功應(yīng)用在了多座大型橋梁的長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)中。全文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)部分：
　　 1.基于多品種、大容量的光纖光柵傳感器，分別詳細(xì)研究了其在

4、系統(tǒng)中的應(yīng)用方法和監(jiān)測(cè)目的，并基于現(xiàn)場(chǎng)安裝的光纖光柵傳感器構(gòu)建了大型橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)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(diǎn)。
　　 2.研究了光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的多線程數(shù)據(jù)采集軟件，詳細(xì)設(shè)計(jì)了其軟件的設(shè)計(jì)流程。根據(jù)在系統(tǒng)中應(yīng)用的監(jiān)測(cè)傳感器，詳細(xì)給出了光纖光柵傳感器軟件采集的波長(zhǎng)換算成實(shí)際物理量的計(jì)算公式。并利用了無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了波長(zhǎng)數(shù)據(jù)和物理量的無(wú)

5、線遠(yuǎn)程傳輸。
　　 3.集成了一個(gè)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(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)。電類分布式傳感網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)場(chǎng)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(kù)。并利用系統(tǒng)時(shí)鐘同步技術(shù)，保證了各采集單元的數(shù)據(jù)同步性。針對(duì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期在線所獲取的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和分析處理，系統(tǒng)采用了高性能的計(jì)算集群和存域網(wǎng)技術(shù)，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)期實(shí)時(shí)在線存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信采用了光纖自愈環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的自診斷功能

6、，保證了系統(tǒng)的長(zhǎng)期可靠性。
　　 4.設(shè)計(jì)了橋梁長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)的軟件結(jié)構(gòu)、流程和架構(gòu)特點(diǎn)。各個(gè)功能軟件通過(guò)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)調(diào)用的方式進(jìn)行相互之間的無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)了模塊間的相互協(xié)同工作。并探討了軟件設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)及解決方法。同時(shí)，根據(jù)采集和計(jì)算的不同數(shù)據(jù)類別分別設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表。通過(guò)研究嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的互融性，實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，保證了整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完整性和數(shù)據(jù)的集中調(diào)度。
　　 5.以武漢長(zhǎng)江二橋?yàn)楣こ虒?shí)例，構(gòu)建