一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橋梁健康監測領域，特別涉及一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線型實時監測系統。
[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展，利用計算機系統進行自動健康監測已經成為目前橋梁監測所采取主要方法。在監測的各種參數中，橋梁線形監測是橋梁監測的重要組成部分，是橋梁安全性評價的一項重要指標。橋梁線形監測主要通過橋梁的撓度監測來實現，因此橋梁動、靜撓度測量方法的研究和儀器設備的開發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]傳統用于橋梁線性監測的方法，有百分尺法、連通管法和GPS法等，單傳統方法都有較大的弊端，很難滿足現在的工程實際需求。百分尺法是很傳統的測量方法，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別于傳統的測量方法，具有精度高、量程大、安裝方便和易于實現的優點，具有很高的工程實用價值。
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【發明內容】
[0006]—種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監測系統包括:
(1)數據采集單元，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，較以往系統而言，精度提高十倍以上，可以獲得更為精確的監測數據；
(2)數據傳輸單元，采用超五類屏蔽雙絞線，具有很高的防電磁輻射能力，消除干擾造成的數據漂移和數據缺失等問題；采用有線傳輸的方式較無線傳輸更為合理，可以大大提高數據傳輸的準確性；
(3)數據處理單元，采用三角函數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而言更為精確，也更為合理；
(4)數據存儲單元，較以往系統數據存儲橋梁本地而言，本系統數據存儲于云端，數據保密性和安全性更高，便于統一存儲和管理，也可以大大降低單個系統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生的形變；主要包括實時顯示和歷史數據顯示功能，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據通過數據傳輸單元傳輸到數據處理單元，數據處理單元通過三角函數累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，數據處理單元將實時處理后的數據存入數據存儲單元，顯示單元通過調用數據存儲單元的數據進行實時數據顯示或歷史數據顯示，即數據采集單元通過數據傳輸單元和數據處理單元相連；數據處理單元的輸出端和數據存儲單元的輸入端相連，數據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測系統。
[0008]
有益效果
本系統可以為橋梁的安全評估和實時監測提供直接參考，具有安裝簡單、數據精度高、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所示為監測系統組成單元圖。
[0011]圖2所示為傳感器安裝布局簡圖。
[0012]圖3所示為監測系統架構圖。
[0013]
【具體實施方式】
[0014]為詳細說明本發明的技術內容、構造特征、所實現的目的及效果，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，本系統的主要組成單元包括:數據采集單元、數據傳輸單元、數據處理單元、數據存儲單元和顯示單元，數據采集單元負責采集實時的監測數據，由數據傳輸單元將這些數據傳輸到數據處理單元，數據處理單元按照監測要求處理這些源數據，然后將處理后的數據傳輸到數據存儲單元進行保存，供后期對橋梁安全的評估使用，數據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據，下面的工作將圍繞系統組成單元圖進行展開。
[0016]—、硬件環境的搭建:首先應該對傳感器進行選型，選擇滿足監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測精度和成本等因素繪制而成。
[0017]二、編寫數據采集程序:根據傳感器通信協議，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據程序。
[0018]三、設計大容量數據庫:由于采樣速率較高，系統在使用一段時間后會產生大量的歷史數據，我們要考慮添加索引或使用觸發器動態分表以提高查詢速率，此外還要對數據庫進行合理設計和優化以減少其占用的存儲空間。
[0019]四、數據處理程序:本系統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擬合橋梁撓度曲線。
[0020]五、數據展示和分析系統:一套基于B/S架構橋梁監測的系統，采用MyeclipselO開發，使用java SSH框架，其中使用Struts作為系統的整體基礎架構，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。數據庫采用Sql Server 2005數據庫，運行環境為Tomcat6.0。在部分地方采用Ajax技術，實現數據的異步交換、Unity3D交互實現3D和web頁面的數據交換，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為監測系統架構圖，數據采集層由圖中所示的各個傳感器組成，采集數據由數據采集層上傳至數據存儲層(數據庫)，監測系統調取數據進行數據處理顯示。監測系統前臺主要包括數據展示和各種傳感器的信息查看等等，監測系統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
能夠對歷史數據進行查詢，查詢條件應包括時間、設備類型、設備編號等。數據能以數值曲線形式展示，同時能對數值曲線進行放大、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據進行比較分析，得出其變化趨勢和規律。
[0024]3.時間序列分析
將同一時間內不同測點的主句進行比較分析，得出各測點數值變化之間的相關性規律。
[0025]4.報警日志
可按時間、類型、處置狀態等條件對報警信息進行統計查詢。對報警信息的各項具體內容形成規范的日志和報表。
【主權項】
1.一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監測系統，包括:數據采集單元，數據傳輸單元，數據處理單元，數據存儲單元，顯示單元，其特征在于: 數據采集單元通過數據傳輸單元和數據處理單元相連；數據處理單元的輸出端和數據存儲單元的輸入端相連，數據存儲單元的輸出端和顯示單元的輸入端相連； 所述數據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； 所述數據傳輸單元采用超五類屏蔽雙絞線； 所述數據處理單元采用全新的三角函數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； 所述數據存儲單元將本系統數據存儲于云端； 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據通過數據傳輸單元傳輸到數據處理單元，數據處理單元通過三角函數累加算法將實時獲取的傾角值轉變成撓度值，數據處理單元將實時處理后的數據存入數據存儲單元，顯示單元通過調用數據存儲單元的數據進行實時數據顯示或歷史數據顯示。
【專利摘要】一種基于高精度傾角傳感器的橋梁線形實時監測系統，該系統主要由數據采集單元、數據傳輸單元、數據處理單元、數據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。本系統可以為橋梁的安全評估和實時監測提供直接參考，具有安裝簡單、數據精度高、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
【申請號】CN201510645924
【發明人】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