橋梁長期健康監(jiān)測系統集成與設計研究.pdf

1、科學而客觀地獲取橋梁結構特征信號，研判橋梁的健康狀態(tài)，保證橋梁長期安全運營，對國民經濟和社會安全起到至關重要的作用。橋梁長期健康監(jiān)測系統是解決上述科學問題的主要技術途徑和關鍵。目前由于傳感器技術的限制和系統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，致使系統缺乏整體性、長期性和實時性，嚴重影響了系統的可行性和實用性。隨著光纖光柵傳感技術的突破和其廣泛應用，滿足了橋梁結構大體積、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監(jiān)測中具有可行性，可實現橋梁的長期在線實時監(jiān)測。對該系統的深入研究和實踐具有重大的研究意義和應用推廣價值。
　　 本論文是在導師的悉心指導下，從光纖光柵傳感技術和計算機應用技術的基礎理論、基本實驗、工程應用上研究了用于重大橋梁結構的光纖傳感網絡和基于計算集群與存域網的系統集成技術，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。目的是建立統一的高效、長期在線健康監(jiān)測系統平臺，并實現在重大

3、工程中的應用。
　　 在對國內外橋梁健康監(jiān)測研究現狀深入分析基礎上，本文針對大型橋梁的實際需求，利用布設的光纖光柵傳感器構建了高性能的光纖光柵傳感網絡，研究了其網絡架構和特點，并設計了網絡的采集軟件。同時，本文分別從系統硬件、系統軟件和數據庫系統三個方面進行系統的有機集成，并使系統成功應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、系統中的應用方法和監(jiān)測目的，并基于現場安裝的光纖光柵傳感器構建了大型橋梁長期健康監(jiān)測系統的光纖光柵傳感網絡。研究了光纖光柵傳感網絡的組成結構、組成網絡的傳感器選擇方法、光纖布線方式、網絡架構及其特點。
　　 2.研究了光纖光柵傳感網絡監(jiān)測的多線程數據采集軟件，詳細設計了其軟件的設計流程。根據在系統中應用的監(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絡，實現了波長數據和物理量的無

5、線遠程傳輸。
　　 3.集成了一個光纖光柵傳感網絡和電類傳感器分布式網絡的統一橋梁長期健康監(jiān)測系統平臺。電類分布式傳感網絡在現場配置采集站，采用冗余光纖網將其數據傳輸到中央數據庫。并利用系統時鐘同步技術，保證了各采集單元的數據同步性。針對監(jiān)測網絡長期在線所獲取的海量數據存儲和分析處理，系統采用了高性能的計算集群和存域網技術，保證了系統的長期實時在線存儲和處理數據。橋梁健康監(jiān)測系統網絡通信采用了光纖自愈環(huán)網，實現了網絡的自診斷功能

6、，保證了系統的長期可靠性。
　　 4.設計了橋梁長期健康監(jiān)測的軟件結構、流程和架構特點。各個功能軟件通過動態(tài)鏈接庫調用的方式進行相互之間的無縫集成，實現了模塊間的相互協同工作。并探討了軟件設計中的難點及解決方法。同時，根據采集和計算的不同數據類別分別設計了相應的數據庫表。通過研究嵌入式數據庫和關系數據庫的互融性，實現了統一的數據庫，保證了整個系統數據存儲的完整性和數據的集中調度。
　　 5.以武漢長江二橋為工程實例，構建