一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及橋梁健康監(jiān)測領域，特別涉及一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線型實時監(jiān)測系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術】
[0003]近年來隨著計算機技術、通信技術、嵌入式傳感器等技術的不斷發(fā)展，利用計算機系統(tǒng)進行自動健康監(jiān)測已經(jīng)成為目前橋梁監(jiān)測所采取主要方法。在監(jiān)測的各種參數(shù)中，橋梁線形監(jiān)測是橋梁監(jiān)測的重要組成部分，是橋梁安全性評價的一項重要指標。橋梁線形監(jiān)測主要通過橋梁的撓度監(jiān)測來實現(xiàn)，因此橋梁動、靜撓度測量方法的研究和儀器設備的開發(fā)研制對于橋梁承載能力檢測和橋梁的防震減災有著重要的意義。
[0004]傳統(tǒng)用于橋梁線性監(jiān)測的方法，有百分尺法、連通管法和GPS法等，單傳統(tǒng)方法都有較大的弊端，很難滿足現(xiàn)在的工程實際需求。百分尺法是很傳統(tǒng)的測量方法，采用人工測量因此其測量效率極低；連通管法主要由量程有限和精度低等缺點；GPS法的缺點是成本高和受天氣影響較大等。基于高精度傾角傳感器的方法區(qū)別于傳統(tǒng)的測量方法，具有精度高、量程大、安裝方便和易于實現(xiàn)的優(yōu)點，具有很高的工程實用價值。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]—種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監(jiān)測系統(tǒng)包括:
(1)數(shù)據(jù)采集單元，由多個分散安裝在橋體上的高精度(0.001° )傾角傳感器組成，要求傳感器防護級別達到IP67等級，并安裝防輻射和防干擾的護罩；采用高精度的傾角傳感器，可以精確到千分之一度，較以往系統(tǒng)而言，精度提高十倍以上，可以獲得更為精確的監(jiān)測數(shù)據(jù)；
(2)數(shù)據(jù)傳輸單元，采用超五類屏蔽雙絞線，具有很高的防電磁輻射能力，消除干擾造成的數(shù)據(jù)漂移和數(shù)據(jù)缺失等問題；采用有線傳輸?shù)姆绞捷^無線傳輸更為合理，可以大大提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性；
(3)數(shù)據(jù)處理單元，采用三角函數(shù)累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，并引入了溫度補償算法，使得得到的撓度值較以往系統(tǒng)而言更為精確，也更為合理；
(4)數(shù)據(jù)存儲單元，較以往系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲橋梁本地而言，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲于云端，數(shù)據(jù)保密性和安全性更高，便于統(tǒng)一存儲和管理，也可以大大降低單個系統(tǒng)建設成本和人員管理成本；
(5)顯示單元，采用三次樣條插值算法對曲線進行擬合，擬合出的曲線平滑度更高，更趨向于橋梁本身的線形，因而能更好的模擬橋梁受力后產(chǎn)生的形變；主要包括實時顯示和歷史數(shù)據(jù)顯示功能，提供線形顯示和表格顯示兩種方式，將擬合后的曲線通過Web端的形式提供給用戶。
[0007]所述信息采集單元將實時采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過三角函數(shù)累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，數(shù)據(jù)處理單元將實時處理后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，顯示單元通過調用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)顯示或歷史數(shù)據(jù)顯示，即數(shù)據(jù)采集單元通過數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理單元相連；數(shù)據(jù)處理單元的輸出端和數(shù)據(jù)存儲單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)存儲單元的輸出端和顯示單元的輸入端相連，各單元相連共同組成橋梁線形監(jiān)測系統(tǒng)。
[0008]
有益效果
本系統(tǒng)可以為橋梁的安全評估和實時監(jiān)測提供直接參考，具有安裝簡單、數(shù)據(jù)精度高、顯示直觀和實時性高的特點，具有較高的工程應用價值。
[0009]
【附圖說明】
[0010]圖1所示為監(jiān)測系統(tǒng)組成單元圖。
[0011]圖2所示為傳感器安裝布局簡圖。
[0012]圖3所示為監(jiān)測系統(tǒng)架構圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]為詳細說明本發(fā)明的技術內(nèi)容、構造特征、所實現(xiàn)的目的及效果，以下結合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0015]從圖1可以看出，本系統(tǒng)的主要組成單元包括:數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元和顯示單元，數(shù)據(jù)采集單元負責采集實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)傳輸單元將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元按照監(jiān)測要求處理這些源數(shù)據(jù)，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)存儲單元進行保存，供后期對橋梁安全的評估使用，數(shù)據(jù)顯示單元是用戶訪問的入口，用戶可以通過本單元瀏覽和分析檢測數(shù)據(jù)，下面的工作將圍繞系統(tǒng)組成單元圖進行展開。
[0016]—、硬件環(huán)境的搭建:首先應該對傳感器進行選型，選擇滿足監(jiān)測要求精度的傳感器設備，并設計滿足IP67防護等級的防護殼，按照圖2所示的安裝布局圖進行傳感器的安裝和布線工作，黑點處代表傳感器安裝位置。本布局安裝圖是結合本橋梁的特點并考慮到監(jiān)測精度和成本等因素繪制而成。
[0017]二、編寫數(shù)據(jù)采集程序:根據(jù)傳感器通信協(xié)議，選擇合適的語言和工具編寫可以滿足采樣速率要求的采集數(shù)據(jù)程序。
[0018]三、設計大容量數(shù)據(jù)庫:由于采樣速率較高，系統(tǒng)在使用一段時間后會產(chǎn)生大量的歷史數(shù)據(jù)，我們要考慮添加索引或使用觸發(fā)器動態(tài)分表以提高查詢速率，此外還要對數(shù)據(jù)庫進行合理設計和優(yōu)化以減少其占用的存儲空間。
[0019]四、數(shù)據(jù)處理程序:本系統(tǒng)屬于一種間接的測量方法，實時獲取的傾角值需要通過三角函數(shù)累加算法才能取得我們所需要的撓度值，此外我們還需要三次樣條插值函數(shù)擬合橋梁撓度曲線。
[0020]五、數(shù)據(jù)展示和分析系統(tǒng):一套基于B/S架構橋梁監(jiān)測的系統(tǒng)，采用MyeclipselO開發(fā)，使用java SSH框架，其中使用Struts作為系統(tǒng)的整體基礎架構，負責MVC的分離，在Struts框架的模型部分，控制業(yè)務跳轉，利用Hibernate框架對持久層提供支持，Spring做管理，管理struts和hibernate。數(shù)據(jù)庫采用Sql Server 2005數(shù)據(jù)庫，運行環(huán)境為Tomcat6.0。在部分地方采用Ajax技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步交換、Unity3D交互實現(xiàn)3D和web頁面的數(shù)據(jù)交換，同時使得橋梁架構圖以較好的圖形效果展示，并且具有旋轉、移動、翻轉、放大和縮小的功能。
[0021]圖3為監(jiān)測系統(tǒng)架構圖，數(shù)據(jù)采集層由圖中所示的各個傳感器組成，采集數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)采集層上傳至數(shù)據(jù)存儲層(數(shù)據(jù)庫)，監(jiān)測系統(tǒng)調取數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理顯示。監(jiān)測系統(tǒng)前臺主要包括數(shù)據(jù)展示和各種傳感器的信息查看等等，監(jiān)測系統(tǒng)后臺包括用戶組管理和傳感器管理等等。
[0022]主要提供的功能有:
1、歷史查詢
能夠對歷史數(shù)據(jù)進行查詢，查詢條件應包括時間、設備類型、設備編號等。數(shù)據(jù)能以數(shù)值曲線形式展示，同時能對數(shù)值曲線進行放大、截取等編輯功能。
[0023]2.趨勢分析
可將同一測點的不同時期數(shù)據(jù)進行比較分析，得出其變化趨勢和規(guī)律。
[0024]3.時間序列分析
將同一時間內(nèi)不同測點的主句進行比較分析，得出各測點數(shù)值變化之間的相關性規(guī)律。
[0025]4.報警日志
可按時間、類型、處置狀態(tài)等條件對報警信息進行統(tǒng)計查詢。對報警信息的各項具體內(nèi)容形成規(guī)范的日志和報表。
【主權項】
1.一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監(jiān)測系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集單元，數(shù)據(jù)傳輸單元，數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)存儲單元，顯示單元，其特征在于: 數(shù)據(jù)采集單元通過數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理單元相連；數(shù)據(jù)處理單元的輸出端和數(shù)據(jù)存儲單元的輸入端相連，數(shù)據(jù)存儲單元的輸出端和顯示單元的輸入端相連； 所述數(shù)據(jù)采集單元由多個分散安裝在橋體上的高精度傾角傳感器組成，傳感器防護級別達到IP67等級，并安裝防輻射和防干擾的護罩； 所述數(shù)據(jù)傳輸單元采用超五類屏蔽雙絞線； 所述數(shù)據(jù)處理單元采用全新的三角函數(shù)累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，并引入了溫度補償算法； 所述數(shù)據(jù)存儲單元將本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲于云端； 所述顯示單元采用三次樣條插值算法對曲線進行擬合； 信息采集單元將實時采集的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元通過三角函數(shù)累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，數(shù)據(jù)處理單元將實時處理后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)存儲單元，顯示單元通過調用數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)顯示或歷史數(shù)據(jù)顯示。
【專利摘要】一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)存儲單元和顯示單元組成，將傾角傳感器按照安裝布設圖安裝在橋體指定位置，將實時獲取的傾角值通過三角函數(shù)累加算法轉換成撓度值，然后通過曲線擬合的方法擬合出橋體線形曲線，并通過Web端將曲線實時顯示出來。本系統(tǒng)可以為橋梁的安全評估和實時監(jiān)測提供直接參考，具有安裝簡單、數(shù)據(jù)精度高、顯示直觀和實時性高的特點，具有較高的工程應用價值。
【IPC分類】G01M5/00
【公開號】CN105258884
【申請?zhí)枴緾N201510645924
【發(fā)明人】張亞運, 錢國明, 何聰
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2016年1月20日
【申請日】2015年10月8日