本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)，具體涉及一種大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件。

背景技術(shù)：

由道路、橋梁、隧道、邊坡等構(gòu)成的交通基礎(chǔ)設(shè)施是人類賴以生存和發(fā)展的保障，其服役期長達(dá)幾十年、甚至上百年，在長期運(yùn)行中不可避免地遭受惡劣環(huán)境侵蝕、極端災(zāi)害(地震、風(fēng)、暴雨、洪水等)、相鄰結(jié)構(gòu)影響、車輛超載等作用，其服役性能總是處于劣化過程中。這種劣化過程的宏觀表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)變形增大、裂縫發(fā)育、鋼筋銹蝕加重、構(gòu)件呈現(xiàn)損傷破壞等，可能造成交通基礎(chǔ)設(shè)施局部或整體失效，甚至垮塌。此外，橋梁、隧道、邊坡等交通基礎(chǔ)設(shè)施往往呈現(xiàn)出生命線系統(tǒng)的特征，局部的劣化或破壞都將可能導(dǎo)致整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。盡管經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)與施工，某些重要基礎(chǔ)設(shè)施還是發(fā)生了嚴(yán)重的破壞、甚至倒塌。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2007年以來，國內(nèi)已有40多座橋梁倒塌、20余次邊坡滑坡，2013年2月河南省發(fā)生的義昌大橋垮塌事故造成13名人員傷亡。2014年3月，晉濟(jì)高速公路山西晉城段巖后隧道火災(zāi)造成40人死亡、12人受傷和42輛車燒毀。2014年8月，陜西商洛山體滑坡造成高速公路交通中斷，65人失蹤，這些事故的發(fā)生嚴(yán)重影響公共安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

基礎(chǔ)設(shè)施投資規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、服役環(huán)境惡劣，長期服役過程中，將遭受環(huán)境侵蝕、疲勞載荷、強(qiáng)/臺風(fēng)、地震、洪水/暴雨、火、爆炸/撞擊等多種災(zāi)害作用，上述作用和災(zāi)害或?qū)е缕溟L期性能退化、或?qū)е陆Y(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至倒塌、或者是多種作用耦合更加劇了結(jié)構(gòu)破壞失效的概率。這些結(jié)構(gòu)一旦破壞失效將帶來巨大的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失及惡劣的社會(huì)影響，嚴(yán)重影響社會(huì)公共安全。

為了及時(shí)掌握各基礎(chǔ)設(shè)施的性能表現(xiàn)，保障各結(jié)構(gòu)的安全性、完整性、適用性與耐久性，對基礎(chǔ)設(shè)施增設(shè)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測結(jié)構(gòu)在外部極端荷載作用下，如汽車超載、船撞、強(qiáng)風(fēng)、地震等，結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化；把握結(jié)構(gòu)服役期間汽車荷載、風(fēng)荷載、溫度荷載等長期運(yùn)營荷載作用及在這些荷載作用下的結(jié)構(gòu)性能長期演變規(guī)律；基于已有監(jiān)測信息，掌握橋梁關(guān)鍵部件或構(gòu)件的性能退化過程，實(shí)時(shí)把握結(jié)構(gòu)安全性，為結(jié)構(gòu)的早期預(yù)警、安全評定、維修決策乃至壽命預(yù)測是極為必要的。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)得到長足發(fā)展，在公眾對工程結(jié)構(gòu)安全性日益關(guān)注的背景下，根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地理環(huán)境和系統(tǒng)目標(biāo)，結(jié)合國內(nèi)外最新研究成果和經(jīng)驗(yàn)，開展相應(yīng)的安全監(jiān)測已勢在必行。目前國內(nèi)外許多大型工程結(jié)構(gòu)都安裝了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，這些健康監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行積累了大量的數(shù)據(jù)，但目前缺乏有效、簡便和實(shí)用的全壽命結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種有效、簡便和實(shí)用的大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件，基于B/S、C/S、Service混合架構(gòu)，其包括：

感知層，其包括多個(gè)設(shè)置于工程現(xiàn)場的傳感器，用于對工程現(xiàn)場的狀況進(jìn)行感應(yīng)；

傳輸層，其用于從感知層采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行傳輸；

應(yīng)用層，其用于從傳輸層獲得數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)作分析和評估處理，并生產(chǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)；

用戶層，其用于從應(yīng)用層獲得報(bào)告數(shù)據(jù)并在各自的終端上進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步地，上述大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件還包括數(shù)據(jù)層，其設(shè)置于傳輸層和應(yīng)用層之間，用于接收從傳輸層過來的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)用層。

進(jìn)一步地，上述數(shù)據(jù)層具有數(shù)據(jù)管理軟件模塊與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，數(shù)據(jù)管理軟件模塊與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行通信，接收遠(yuǎn)程的采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)或定時(shí)對采集點(diǎn)上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、分析、評定及預(yù)警，并將結(jié)果數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。

進(jìn)一步地，上述數(shù)據(jù)管理軟件模塊包括數(shù)據(jù)管理模塊、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊。

進(jìn)一步地，上述數(shù)據(jù)管理軟件模塊還包括配置管理模塊。

進(jìn)一步地，上述經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)以指定格式傳輸至Web服務(wù)器，由B/S應(yīng)用層軟件模塊完成數(shù)據(jù)調(diào)用。

進(jìn)一步地，上述傳輸層通過人工干預(yù)、環(huán)境觸發(fā)采集或按定制模式采集進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

進(jìn)一步地，上述應(yīng)用層采用標(biāo)準(zhǔn)三層B/S架構(gòu)，包括表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)持久層。

進(jìn)一步地，上述表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)持久層為模塊化設(shè)計(jì)模式，用于應(yīng)用的擴(kuò)展和裁剪。

本發(fā)明所提供的大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件，利用感知層、傳輸層、應(yīng)用層和用戶層所主要構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化處理方式，采集施工期、荷載試驗(yàn)階段以及運(yùn)營期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工巡檢數(shù)據(jù)，分析和挖掘隱藏在監(jiān)測數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)中結(jié)構(gòu)荷載與環(huán)境作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為模式、結(jié)構(gòu)性能演變趨勢，發(fā)現(xiàn)隱藏于數(shù)據(jù)中的新現(xiàn)象，實(shí)時(shí)感知、識別、診斷、評估結(jié)構(gòu)的損傷與安全狀態(tài)及其演化規(guī)律，快速驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、快速評估與預(yù)警結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使得本發(fā)明的系統(tǒng)適用于橋梁、高層建筑、大跨空間結(jié)構(gòu)、隧道、邊坡、公路等工程結(jié)構(gòu)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件所涉及的感知層和傳輸層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件所涉及的數(shù)據(jù)層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件所涉及的應(yīng)用層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。

本實(shí)施例主要描述了一種大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件膜，該系統(tǒng)采用B/S、C/S、Service混合架構(gòu)，使用VC++、Java、JSP、HTML、JS、SQL等高級開發(fā)語言進(jìn)行軟件研發(fā)。如圖1所示，該系統(tǒng)包括：感知層，其包括多個(gè)設(shè)置于工程現(xiàn)場的傳感器，用于對工程現(xiàn)場的狀況進(jìn)行感應(yīng)；傳輸層，其用于從感知層采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)繼續(xù)進(jìn)行傳輸；應(yīng)用層，其用于從傳輸層獲得數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)作分析和評估處理，并生產(chǎn)報(bào)告數(shù)據(jù)；用戶層，其用于從應(yīng)用層獲得報(bào)告數(shù)據(jù)并在各自的終端上進(jìn)行顯示。還可以包括數(shù)據(jù)層，其設(shè)置于傳輸層和應(yīng)用層之間，用于接收從傳輸層過來的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和預(yù)處理，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送給應(yīng)用層。

數(shù)據(jù)采集與信號處理軟件模塊采用靈活的可配置模式，通過軟件修改采樣制式和頻率，系統(tǒng)的采集制式支持人工干預(yù)、環(huán)境觸發(fā)采集和按定制模式采集，可選可調(diào)。規(guī)范數(shù)據(jù)采集模式和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，統(tǒng)一采集策略和通訊接口。對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)，并通過傳輸模塊上傳至數(shù)據(jù)管理中心。處理流程如圖2所示。

數(shù)據(jù)管理軟件模塊可以具體包括數(shù)據(jù)管理模塊、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，還有配置管理模塊。數(shù)據(jù)管理軟件模塊的管理對象包括施工信息、荷載試驗(yàn)信息、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)信息、結(jié)構(gòu)三維建模與模型、監(jiān)測數(shù)據(jù)、安全預(yù)警信息、數(shù)據(jù)分析結(jié)果、安全評定結(jié)果、報(bào)告/報(bào)表等數(shù)據(jù)及文件。數(shù)據(jù)管理軟件模塊與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器進(jìn)行通信，接收遠(yuǎn)程的采集數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)或定時(shí)對采集點(diǎn)上送的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理、分析、評定及預(yù)警，并將結(jié)果數(shù)據(jù)放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)以指定格式傳輸至Web服務(wù)器，由B/S應(yīng)用層軟件模塊完成數(shù)據(jù)調(diào)用。模塊具有統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式和接口，確保數(shù)據(jù)的安全性及可擴(kuò)展性。如圖3所示。

應(yīng)用層軟件模塊是整個(gè)系統(tǒng)平臺為用戶提供的使用窗口，為用戶提供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)信息(含結(jié)構(gòu)有限元模型)、施工信息、荷載試驗(yàn)信息、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)信息、結(jié)構(gòu)三維建模與模型、實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)安全預(yù)警、數(shù)據(jù)分析、安全評定、自動(dòng)化編寫數(shù)據(jù)分析報(bào)告和安全評定報(bào)告、以及歷史數(shù)據(jù)回溯等功能。軟件模塊使用Web3D、HighChart、數(shù)據(jù)、圖片、動(dòng)畫等web技術(shù)，為用戶直觀地展示結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。應(yīng)用層軟件模塊采用標(biāo)準(zhǔn)三層B/S架構(gòu)，包括表示層、業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)持久層，如圖4所示。軟件采用可定制化、模塊化設(shè)計(jì)模式，便于應(yīng)用的擴(kuò)展和裁剪，降低用戶定制成本。以橋梁結(jié)構(gòu)為例，主要軟件界面如圖4所示。

本實(shí)施例所提供的大中型工程結(jié)構(gòu)全壽命安全監(jiān)測系統(tǒng)軟件，利用感知層、傳輸層、應(yīng)用層和用戶層所主要構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高度自動(dòng)化處理方式，采集施工期、荷載試驗(yàn)階段以及運(yùn)營期的結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)、人工巡檢數(shù)據(jù)，分析和挖掘隱藏在監(jiān)測數(shù)據(jù)和檢測數(shù)據(jù)中結(jié)構(gòu)荷載與環(huán)境作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)與行為模式、結(jié)構(gòu)性能演變趨勢，發(fā)現(xiàn)隱藏于數(shù)據(jù)中的新現(xiàn)象，實(shí)時(shí)感知、識別、診斷、評估結(jié)構(gòu)的損傷與安全狀態(tài)及其演化規(guī)律，快速驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、快速評估與預(yù)警結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使得本系統(tǒng)適用于橋梁、高層建筑、大跨空間結(jié)構(gòu)、隧道、邊坡、公路等工程結(jié)構(gòu)。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。