DTCL 桥梁健康监测系统设计方案

DTCL 桥梁健康监测系统 1．概述 随着交通建设事业的蓬勃发展，一些大跨度和超大跨度的桥梁相继建成，人们对这些大 型重要桥梁的安全性、耐久性与正常使用功能日渐关注和重视。桥梁健康监测系统和智能控 制技术正成为国内外桥梁学术界和工程界的研究热点，对于不同类型的桥梁建立了各种规模 的桥梁健康监测。 2．目的 通过对桥梁进行健康监测，分析桥梁的结构健康状态，评估结构的可靠性，为桥梁的管 理与维护提供科学依据。 3．监测项目 桥梁健康监测系统的主要监测项目有： 1）结构监测，包括内部应力监测，外部应力监测、变形监测及锈蚀监测； 2）气象监测，主要是桥梁所在位置的降水量和大气条件（温、湿度，气压、风等）； 3）振动监测，主要监测桥梁在三方向所受的振动情况； 4．DTCL 桥梁健康监测系统功能 本公司制定了桥梁健康监测系统的设计方针，为桥梁监测提供最优惠的解决方案，从测量传 感器到监测中心软件，力求整个监测系统性能稳定、可靠性高，测试精度满足要求，在施工 和运行阶段可以长时间不间断地对目标参数进行监测。 4.1 系统硬件基本功能 1）可根据客户提供的监测模型，确定监测参量，配备桥梁自动化监测所需的各种测试传感 器，确定采集通道及扩展通道。 2)配备远程监测单元（RTU）系统机箱、电缆及接口装置以符合实际桥梁环境，系统具有电 源保护装置、避雷装置等硬件设备，把信号受干扰程度降至最低，尽量减少系统的安装误差。 3）数据传输可采用有线和无线两种方式与监测中心通讯。对于有线方式，可采用一般电缆 通讯或光纤通讯，可实现串口通讯、网络通讯或其他有线通讯方式。对于无线方式，可实现 GPRS 或 CDMA 网络通讯的数据传输，数据采用全透明方式，最大支持五个数据中心，同时 具有手机短信报警管理系统，简捷得知设备运行状况，完成远程控制的需要。 4）保障 DTCL 桥梁监测系统各个仪器设备的正常运行，满足今后系统在硬件节点的增加等要 求。 4.2 系统软件主要功能 1）可实时监测桥梁的各测点测量参数，桥梁数据以数字或曲线图形式实时显示、和打 印，可根据需要设定测点数据，对原始数据不仅可进行滤波、计算等处理，还可加入结构模 型的相关计算。 2）监测数据能够以多种数据库形式保存并可进行历史数据查询，还可以直接生成 EXCEL 或 其他形式报表。 3）操作界面清晰直观，工具条与按钮操作。显示界面可分为主界面和各子界面，各界面间 切换灵活。界面图案可按客户要求绘制改动。 4）数据的图形方式显示，包括时间历程曲线图、X/Y 坐标图、模拟图、直方图等形式。 5）具有数据越限报警功能，现场即时上传报警信息时，主机会出现明显的报警画面和报警 信息，同时还可提供各种声光报警等多媒体提示。 6）能对系统中的每一用户进行口令和操作权限的管理，能对不同的用户分配不同的系统访 问、操作权限级别，保障运行系统的安全性。 7）实现对系统信息打印的管理功能，提供实时打印、定时打印、随机打印功能。支持对图 形、报表、曲线、报警信息、各种统计计算结果等的打印。 8）在线编辑、维护、修改、扩展功能。系统软件满足开放性的要求，并满足数据库容 量的扩充、系统软件功能的增强等方面的要求。 5．系统技术构架 DTCL 桥梁健康监测系统主要由现场信号传感器、远程监测单元、监测中心数据处理与 分析三部分构成。技术构架图如下： 桥梁监测系统基本技术构架图 5.1 现场信号传感器 1）气象监测传感器，用来监测桥梁位置处的气象参数，主要有风速、风向、气压、降雨量 及温湿度。 2）振动监测传感器，用以监测桥梁在三方向所受到的振动力作用。 3）结构监测传感器，用于结构监测的传感器按不同结构，也有不同的布设。主要有以下传 感器类型：a) 内部应力监测传感器，包括了埋入式应变计、钢筋计及温度计。b）外部应力 监测传感器，包括表面应变计、锚索计和荷重计。c）变形监测传感器，包括裂缝计、倾斜 计、挠度计、连通管变位计及 GPS 定位监测系统。d）锈蚀监测传感器。 4)锈蚀监测传感器，监测混凝土结构的锈蚀。 5.2 远程监测单元 远程监测单元（RTU）系统主要由数据采集系统、电源系统、GPRS 无线数据传输终端、防雷 器件、接线与通讯接口、防水工业机箱等组成。 各种传感器信号按顺序接入输入信号模块中，经由防雷板处理后，进入 DT 采集器中传感器 采集通道，采集的数据通过串口与 GPRS 无线数据传输终端连接后，便可按 TCP/IP 远程 与数据存储与处理系统进行通讯了。远程监测单元的工作、结构示意图如下。 远程监测单元的工作、结构示意图 数据采集器 电源系统 GPRS 无线数据传输终端 防雷器件 接线与通讯接口 工业防水机箱 5.3 系统的配置容量 远程监测单元系统的容量可以根据实际监测目标的多少进行配置，系统内部数据采集器的选 用与联网方式也会有所不同。 如果桥梁的测量范围大，监测点数多，或者还需对其加固效果或水文气象等诸多参量进行监 测，那么系统可按以下三种方式扩容： 1）直接在远程监测单元 RTU 内部增加 DT 采集器组合（非 CEM 模块），采用内部 RS485 组 网连接方式，这种方式的连接数目最多可有 32 个。 2）按监测单元位置或功能增加并划分远程监测单元 RTU 的数量，监测中心与各 RTU 单元用 TCP/IP 无线网络、RS-485 数据总线或光纤等形式组成分布式数据采集网络，通过监测中心软 件进行数据管理。 5.4 监测中心数据处理与分析系统 采用具有奔腾 4处理器及WindowsXP操作系统的主机，主机安装在具有网络系统的场所内， 通过互联网对采集器传送来的数据进行分析、处理，对各种测量参数进行实时监测和记录。 应用软件采用工程监测专用的组态软件进行开发。软件设计开发流程图见下图: DTCL 桥梁监测系统软件设计开发流程图 6．监测中心数据管理系统示范界面图 数据实时显示 报警显示界面 绘制数据曲线 7．DTCL 桥梁监测系统的先进性分析 1）系统的质量和稳定性 2）系统的兼容性 3) 系统抗干扰性能 4) 先进的远程通讯 5）强大的软件功能