一種新型多點分布式遠程橋梁監測系統研究
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3 多點分布式遠程橋梁監測系統
基于軟總線平臺的多點分布式遠程橋梁監測系統，包括多個橋梁監測現場系統、軟總線平臺和具有數據處理單元的監測中心計算機，如圖2所示。橋梁監測現場系統包括安裝在橋梁上的傳感器、采集儀、智能控制單元以及與智能控制單元相連的本地控制計算機。軟總線平臺包括安裝和運行在本地控制計算機和監測中心計算機上的軟總線單元。采集儀采集傳感器的數據，智能控制單元接收采集儀采集的數據并轉發到本地控制計算機，本地控制計算機安裝并運行軟總線單元，將接收到的數據通過軟總線單元轉發到監測中心計算機，數據處理單元根據接收到的數據執行具體的數據處理操作。監測中心計算機是通過軟總線平臺與智能控制單元通信的，軟總線平臺上本地控制計算機和監測中心計算機的各個軟總線單元是通過互聯網絡（Internet、移動網絡等）相通信的，所以監測中心計算機不必固定，多個橋梁監測現場系統也可以分布在互聯網絡遍及的地方，只要橋梁監測現場系統的本地控制計算機與監測中心計算機能夠相互通信，即可在本地控制計算機和監測中心計算機上布設軟總線平臺，整個監測系統就能在軟總線平臺上實現通信。本文引用地址：http://www.104case.com/article/195411.htm
系統的主要特點如下：
(1)基于軟總線平臺的分布式遠程網絡控制技術，采用軟總線提供的開放式軟件架構，通過總線核分離上層監測軟件和底層現場監測系統通信協議，支持新的硬件系統和軟件系統的無縫集成,支持多種現場總線技術?；谲浛偩€的標準網絡接口(如Ethernet)，將高層橋梁監測軟件和底層各種類型的橋梁監測現場系統通過網絡互聯起來，通信基于TCP/IP協議棧，從而實現多座橋梁設施的松耦合分布式遠程監測。
(2)已建的、在建的各種類型橋梁監測系統都可以通過軟總線平臺納入到整個監測系統，組建大型監測網絡，實現一個城市或區域橋梁設施的松耦合分布式遠程監測。
(3)在橋梁監測系統中引入軟通信平臺，突破了傳統的單一專用橋梁監測系統和目前基于標準網絡接口的遠程橋梁監測系統，可節約監控成本，提高監控效率和性能，實現一個城市或區域多座路橋設施的分布式一體化集中監控。
4 建立實驗測試系統
采用LabMap軟總線[5]建立具有兩個橋梁監測子系統的實驗測試模型，如圖3所示。
LabMap是一種工業控制軟總線，具有兩個層次的抽象接口：應用軟件接口和硬件驅動接口。LabMap軟總線支持網絡功能，它將整個網絡功能抽象成一個高度優化的網絡接口[6]。
實驗測試系統中兩個橋梁監測現場系統的設備，主要有數據采集系統、現場總線系統和各類振弦式傳感器，數據采集系統采用DataTaker DT80g智能采集系統，現場總線采用Wago現場采集總線系統，傳感器主要采用北京基康的振弦式橋梁監測傳感器。
實驗系統的硬件設備還包括聯網設備和控制PC(運行軟總線LabMap及HMI)，各硬件系統設備互聯方式如圖3所示。
(1)交換機、本地控制PC1、Wago現場總線采集系統和各種橋梁監測傳感器聯網組成橋梁監測現場子系統1。該子系統采用10.10.10.0/24網段。本地控制PC和Wago現場總線采集系統之間基于標準的Modbus/TCP通信，通信接口為標準的以太網口。
(2)DT80g智能型數據采集器、本地控制PC2和各種橋梁監測傳感器組成橋梁監測現場子系統2。該子系統采用20.20.20.0/24網段。DT80g通過RS485串行口連接控制PC，通信方式為串行通信。
(3)兩個橋梁監測子系統和遠端控制PC通過路由器實現互聯，各端口配置不同網段，組成分布式網絡，以模擬實際的網絡應用環境。
本實驗系統不僅可對各個橋梁監測現場子系統的應變、應力、溫度、位移、傾斜等物理特性進行本地實時監測，也可從遠程監控終端實現對兩個橋梁監測現場子系統的分布式監測及基于Internet的數據共享和對比分析。
如在遠端PC對子系統1的應變進行監測，采用GK-4200型應變計。其采集值和工程應變量的轉換的理論和修正公式如式(1)和式(2)，修正考慮了弦初始狀態和溫度的影響。
其中，R0為初始測量值，R1為當前測量值，Gf為理論系數3.304，CF1為用于振弦儀器的鋼材溫度膨脹系數12.2 uε/℃。測試結果略。
橋梁在運行期間由于會受到氣候、氧化、腐蝕或老化等因素,及長期在恒載或活載的作用下遭受損壞，其強度和剛度會隨時間的增加而降低，這不僅影響了安全行車，更會使該橋的使用壽命縮短。因此對橋梁的健康狀況進行實時監測和長期統計分析具有重要的意義。
為了減少城市或區域內多座橋梁設施的監控維護成本，提高監控能力，對多座橋梁實施松耦合分布式遠程監控是一個可行的途徑。但目前已建立的單一橋梁健康監測系統采用了不同的監控技術和網絡結構，直接通過某種硬件設備適配實現互聯，難度高，代價大。在橋梁監測系統中引入軟通信平臺，利用軟通信平臺提供現有各種橋梁監測現場系統的不同技術接口和統一的通信平臺，可實現各種不同橋梁監測現場子系統的分布式接入和集中監控。通過實驗網絡測試證明，基于軟總線LabMap的多點分布式遠程橋梁監測系統是一種可行的實現方案。
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