實時在線系統(tǒng)

1、實時在線監(jiān)測系統(tǒng) 實時在線監(jiān)測系統(tǒng)的討論 伴隨著信息化測繪時代的來臨，以數(shù)字化信息為核心的傳感網(wǎng)技術(shù)對工程領域中的設計、施工、監(jiān)測和管理模式產(chǎn)生了深遠影響。 以前純?nèi)斯ざ〞r實地的監(jiān)測方法難以滿足實際需求，借助衛(wèi)星定位、測量機器人、傳感器、網(wǎng)絡通訊等技術(shù)，傳感網(wǎng)模式的現(xiàn)代化監(jiān)測系統(tǒng)相繼產(chǎn)生。傳統(tǒng)的監(jiān)測模式存在的問題主要存在以下三點問題:（1）變形信息獲取手段多樣。不同學科對變形監(jiān)測實施方案的要求不同，因此選用的監(jiān)測儀器和方法也不盡相同。一般土木類針對構(gòu)建物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測來評估工程安全問題，因此選擇各類物理傳感器作為監(jiān)測手段；而測繪類往往針對構(gòu)建物的幾何變形分析來評估工程安全問題，大都使用大地測量

2、儀器。實際上，工程監(jiān)測需要將多學科知識進行綜合運用。(2)監(jiān)測理論與方法的更新。在信息化監(jiān)測時代，變形監(jiān)測過程中包含的數(shù)據(jù)采集、通訊、處理、預測、分析、評估與預警都滲入了新的理論與技術(shù)，尤其是由控制論、信息論、運籌學、灰色理論、系統(tǒng)動力學和模糊數(shù)學構(gòu)成的系統(tǒng)科學體系為自然界復雜現(xiàn)象的研究帶來新方法。顯然傳統(tǒng)的人工周期實地測量、手工計算與繪圖等技術(shù)手段已被逐步的替代。(3)變形監(jiān)測評估預警的系統(tǒng)化。在地學和工程領域中的變形體產(chǎn)生形變的原因錯綜復雜，需要研究各變形預測模型特點、適用條件并將其有機結(jié)合與綜合分析，從而解決復雜的變性分析與預報問題。以險道監(jiān)測為例，多數(shù)土木學者研究隨道的變形監(jiān)測主要集中

3、在圍巖穩(wěn)定分析等方面，而實際中將當成一個動態(tài)系統(tǒng)，進行實時監(jiān)測、控制、預測的一體化研究較少。實時變形監(jiān)測系統(tǒng)的設計原則（1）先進性原則（2）實用性原則（3）可靠性原則（4）經(jīng)濟合理性原則（5）數(shù)據(jù)共享原則（6）模塊化設計原則工程監(jiān)測大型建筑物監(jiān)測系統(tǒng)地鐵隧道監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測系統(tǒng)GPS實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件與硬件設計傳感器硬件設計測量機器人軟件設計大型建筑物監(jiān)測系統(tǒng) 有關國計民生的大型建筑物有大壩、橋梁、地鐵、高層建筑等等。盡管每個項目都有著不同的地質(zhì)條件、不同的環(huán)境因素，具體的方案制定與項目實施過程也不盡相同，不可能完全“克隆”，但基本的監(jiān)測思路、數(shù)據(jù)處理的基本原理卻有著相似之處。隧道變形監(jiān)測特

4、點（1）從形變特點看，隧道工程往往同時包含累積性變形和突發(fā)性變形，需要綜合使用靜態(tài)監(jiān)測和動態(tài)監(jiān)測。（2）從監(jiān)測內(nèi)容看，隧道工程需要同時監(jiān)測具有方向性的矢量信息（如位移、應力、應變）與非方向性的標量信息（如滲流、襯棚質(zhì)量），需要多層次監(jiān)測。（3）從監(jiān)測周期看，隧道工程監(jiān)測周期長，觀測頻率隨著監(jiān)測進度而調(diào)整，儀器的選擇、預警等級的設計都需要與時俱進。（4）從監(jiān)測精度看，隧道工程對不同時期的監(jiān)測精度要求不同，施工期間因應力調(diào)整變形較大，精度要求稍低；而運營期間位移變化通常很小，相應的觀測精度要求更高。（5）從監(jiān)測范圍看，隧道工程覆蓋范圍廣，不僅要監(jiān)測結(jié)構(gòu)體本身,還需要進行區(qū)域監(jiān)測,做到宏觀監(jiān)測與微觀

5、監(jiān)測相結(jié)合。（6）從數(shù)據(jù)釆集看，隧道工程往往存在環(huán)境惡劣、野外數(shù)據(jù)釆集難等問題，因此需要實現(xiàn)遠程自動化數(shù)據(jù)采集方式。三維建模 一般來說,如果待建物體較為規(guī)則簡單，可以使用編程語言直接建模；如果待建物體較為復雜，則可以借助第三軟件，導出三維模型文件進行后處理。 在實際應用中，可綜合使用這兩種方法。因為需要構(gòu)建的三維模型往往比較復雜，圖形軟件接口(如OpenGL)提供的實體模型卻比較少也比較規(guī)則，難以建立復雜的三維實體，而三維建模軟件卻非常容易實現(xiàn)。但是三維建模軟件主要注重建模，結(jié)合工程實際進行交互非常困難，難以與監(jiān)測預警系統(tǒng)進行集成。此時跨平臺的OpenGL可以方便地實現(xiàn)變形監(jiān)測信息與三維模型的

6、結(jié)合，同時集成到監(jiān)測預警系統(tǒng)中。系統(tǒng)的開發(fā)GPRS網(wǎng)絡通訊模塊開發(fā)TM30在線控制模塊開發(fā)數(shù)據(jù)處理中心程序設計工程三維可視化程序設計網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的部署與開發(fā)系統(tǒng)性能優(yōu)化方法地鐵運行變形監(jiān)測結(jié)構(gòu)工程變形監(jiān)測 施工監(jiān)測是大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制的基礎，這是因為大型鋼結(jié)構(gòu)施工過程復雜，影響其施工順利完成的因素很多：如所用材料性能與設計取值之間的差異；先期形成結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的截面特性等與分析取值之間的誤差；施工荷載與計算取值之間的差異；結(jié)構(gòu)模擬分析模型與實際情況之間的差別;；施工測量存在的誤差；施工條件與工藝非理想化的影響以及結(jié)構(gòu)設計參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)實測中存在的誤差等。工程實例 某廊橋位于寧波市商務核心區(qū)，其主體

7、采用鋼結(jié)構(gòu)，跨度為71.8m，寬度為13.5m，總高度為38.7m，鋼結(jié)構(gòu)總重量約1300t, 1軸與2軸、9軸與10軸為四根箱型柱，2軸與9軸之間的結(jié)構(gòu)由兩端八根立柱支撐，廊橋18.4m以上兩側(cè)立面上下弦為箱型梁，上下弦通過垂直立桿和斜腹桿進行連接，垂直立桿為箱型，主斜腹桿為箱型，次斜腹桿為方管。1軸與3軸之間18.4m以下結(jié)構(gòu)構(gòu)件為箱型截面；18.4m以上結(jié)構(gòu)。9軸與10軸之間結(jié)構(gòu)以及3軸與9軸18.4m以上結(jié)構(gòu)為層狀，結(jié)構(gòu)構(gòu)件為H型鋼，與兩側(cè)構(gòu)件通過圓管進行連接。箱形截面的柱和梁通過剛性連接而成，支撐與主要構(gòu)件間的連接均為鉸接,，支座和下部混凝土結(jié)構(gòu)采用預埋件進行剛性連接，柱腳鉸接。結(jié)構(gòu)

8、樓面花紋鋼板采用Q235B，其余構(gòu)件均采用Q345B結(jié)構(gòu)鋼。監(jiān)測方法 基于無線傳感技術(shù)的應力、振動監(jiān)測系統(tǒng)工程采用基于無線傳感技術(shù)的應力與振動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測更加方便、快捷和安全?？梢愿鶕?jù)需要調(diào)整監(jiān)測頻率，在整個吊裝過程中對目標對象進行持續(xù)的數(shù)據(jù)采集與無線傳輸，迅速對數(shù)據(jù)做出判斷，保證吊裝過程安全。（1）應力監(jiān)測方法 應力監(jiān)測采用無線振弦式應力應變監(jiān)測系統(tǒng)。振弦式傳感器是目前國內(nèi)外普遍采用的一種直接輸出振弦的自振頻率信號的非電量電測的傳感器，具有抗干擾能力強、受電參數(shù)影響小、零點飄移小、溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動、壽命長等特點，與工程、科研中普遍應用的電阻應變計相比，有著突出的優(yōu)越性。另外

9、，本工程地處寧波，根據(jù)現(xiàn)場的天氣情況可知，雨水天氣較多，采用電阻應變片，對于防水等問題是一個難題。振弦式傳感器可以同時測量測點附近的溫度。（2）振動監(jiān)測方法 采用一種低成本、低功耗、功能完善的無線三軸加速度芯片傳感器。該傳感器制作精細,采用單極低通濾波，自動溫補，測量敏感度可根據(jù)需要在士1.6g6g內(nèi)調(diào)節(jié)，既可測量動態(tài)加速度（如振動加速度），又能測量靜態(tài)加速度（如重力加速度），可根據(jù)重力調(diào)零而無需輔助設備。其內(nèi)含休眠模式更加適用于節(jié)能管理。（3）結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測 吊裝過程中，兩側(cè)反力架會產(chǎn)生變形，變形的大小是結(jié)構(gòu)能否正常對接的關鍵；吊裝部分結(jié)構(gòu)的重量大且不對稱，吊裝過程中可能會產(chǎn)生較大撓度，甚至傾

10、斜。結(jié)構(gòu)關鍵節(jié)點的位移監(jiān)測按大地測量學原理，在監(jiān)測點上安裝反射片，采用徠卡TPS1200全自動全站儀（測量機器人）進行三維坐標測量。測量機器人能連續(xù)或定時對多個目標測點進行自動識別、找準、跟蹤、測角、測距和三維坐標測定，系統(tǒng)自動化程度高，測量精度高，能全天候作業(yè)。GPS GPS 實時變形監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設計 GPS 實時監(jiān)測系統(tǒng)硬件部分主要完成數(shù)據(jù)的采集及分包傳輸?shù)裙δ?，傳統(tǒng)的大地測量型接收機不包含數(shù)據(jù)的遠程傳輸功能，且價格較為昂貴。在滑坡、大壩等相關形變監(jiān)中，我們通常需要將 GPS 接收機長期固定到監(jiān)測區(qū)域，采用常規(guī)的大地測量型接收機勢必造成較大的經(jīng)濟浪費，所以我們可以選擇 GPS OME 板

11、按需設計出經(jīng)濟且能滿足監(jiān)測需求的 GPS 接收機。另外，在實時監(jiān)測中，有時不僅僅需要 GPS 傳感器，還需要集成一些例如位移計、加速度計、測斜儀等其他傳感器，故為滿足 GPS 實時監(jiān)測的需求有必要對其硬件系統(tǒng)做出專門的設計與研究。MSP430F149 單片機OEM star GPS 板卡嵌入式 GPRS DTU128*64 液晶顯示屏MSP430 單片機 IAR 硬件開發(fā)平臺GPS GPS 硬件接收機二次研發(fā)供電單元設計MSP430 單片機與 OEM star 的通訊實現(xiàn)GPRS 通訊實現(xiàn)屏幕顯示功能模塊研發(fā)GPS 接收機整體組裝GPS GPS 實時變形監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計與研發(fā)功能需求 Lab

12、VIEW Lab VIEW 開發(fā)平臺 基于圖形的編程語言，它和文本編程語言有很大區(qū)別，它的程序代碼是基于圖形的代碼，采用“所見即所得”可視化技術(shù)建立人機界面，開發(fā)人員不需寫任何文本程序代碼，只需按照需求分析設計的流程圖思路來直觀的開發(fā)軟件系統(tǒng)。圖形化編程語言一般包含較豐富的界面控件和圖形Lab VIEW 是目前普及率僅次于C/C+的編程語言，以龐大的數(shù)據(jù)采集功能和可視化的編程技術(shù)見長，其開發(fā)周期遠遠小于其他文本編程語言。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)主要實現(xiàn)對實時監(jiān)測結(jié)果與分析結(jié)果的存儲與管理，是 GPS 實時變形監(jiān)測系統(tǒng)的重要組成部分。LabVIEW 本身沒有數(shù)據(jù)庫訪問和連接功能，但是

13、LabVIEW 實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的連接并不特別困難。 利用 NI 公司開發(fā)的 Database Connectivity Toolkit 工具包，該工具包集成了大量訪問數(shù)據(jù)庫的函數(shù)，支持對 SQL server，MySQL,Acsess 等數(shù)據(jù)庫的訪問，使用較方便節(jié)省開發(fā)時間，運行速度良好傳感器網(wǎng)絡 整個系統(tǒng)由傳感器節(jié)點、自動采集數(shù)據(jù)處理模塊、遠程無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控主機（數(shù)據(jù)采集管理軟件）四部分組成。傳感器節(jié)點主要負責采集數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點主要由MCU和控制器組成，MCU負責對傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換并加入通信協(xié)議，控制器主要對時鐘進行監(jiān)測與上位機保持同步；無線通信模塊負責遠程無線通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接

14、收；監(jiān)控主機負責實時接收采集到的傳感器數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)硬件部分的設計傳感器模塊設計傳感模塊由傳感器電路、調(diào)制電路和模擬信號開關組成。傳感器電路先將沉降、位移、傾斜、應力應變等信號轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過模擬信號開關，對各種信號進行切換，各種信號共用一片放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，由控制電路給出的控制信號依次將兩種模擬信號選通，經(jīng)過調(diào)制電路進行放大，輸出模擬信號。前置放大電路設計多路模擬信號開關A/D A/D 轉(zhuǎn)換芯片電路A/D 轉(zhuǎn)換器的選型原則(l)確定 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。(2)選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。(3)選擇合適的量程。(4)判斷是否需要采樣/保持器。(5)選擇 A/D 器件的輸出接口。測量機器人系統(tǒng)軟件構(gòu)成 自動監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)三大部分功能。數(shù)據(jù)采集