監(jiān)測系統(tǒng)設備信息

1、1 平臺總體設計1.1 監(jiān)（檢）測項目1.1.1 監(jiān)測布點表 11 監(jiān)測布點一覽表監(jiān)測項目傳感器類型測點數(shù)量采樣頻率環(huán)境風荷載風速風向儀21Hz環(huán)境溫濕度大氣溫濕度計31分鐘/次結構應力應變計10220Hz結構溫度溫度傳感器211分鐘/次斜拉索索力加速度索力計201分鐘/次動力特性單向加速度計1950Hz地震地震傳感器150Hz交通荷載動態(tài)稱重2實時塔頂及主梁位移GPS510Hz順橋向變位位移計121Hz視頻監(jiān)控攝像頭10實時路面結冰路面狀況遙感傳感器21分鐘/次2 平臺硬件2.1 傳感器系統(tǒng)2.1.1 環(huán)境風荷載監(jiān)測設備風速風向儀機械式風速儀的設備技術指標如下表所示。表 21 機械式風速儀技

2、術指標項目技術指標風速測量范圍0100m/s精度±0.3m/s風向測量范圍0360°精確度±2°2.1.2 環(huán)境溫濕度監(jiān)測設備環(huán)境溫濕度計環(huán)境溫濕度計的技術指標如下表所示。表 22 環(huán)境溫濕度計技術指標項目技術指標空氣相對濕度測量范圍0-100 %RH精度±1.5 %RH操作溫度-4060空氣溫度測量范圍-50至50精度±0.3 °C操作溫度-40602.1.3 結構應力應變監(jiān)測設備光纖光柵應變計光纖光柵應變計的技術指標如下表所示。表 23 光纖光柵應變計技術指標項目技術指標測量范圍±1500精度±3分辨

3、率±1波長范圍1525nm1565nm適宜溫度范圍-40802.1.4 結構溫度監(jiān)測設備光纖光柵溫度計光纖光柵溫度計的技術指標如下表所示。表 24 光纖光柵溫度計技術指標項目技術指標測量范圍-40120分辨率0.1精度±0.52.1.5 結構動力特性監(jiān)測設備加速度計加速度計的技術指標如下表所示。表 25 加速度計技術指標項目技術指標量程范圍±2g頻率響應DC-120 Hz動態(tài)范圍> 120dB靈 敏 度2.5V/g90V/g工作溫度-20 - +45 2.1.6 交通荷載監(jiān)測設備動態(tài)稱重系統(tǒng)動態(tài)稱重系統(tǒng)的技術指標如下表所示。表 26 動態(tài)稱重系統(tǒng)技術指標項目

4、技術指標承重范圍30T/軸速度范圍5180公里/小時稱重精度<7%（車速25180公里/小時），95%以上可信度可分類車型交通部頒布的標準車型2.1.7 斜拉索索力監(jiān)測設備索力計索力計的技術指標如下表所示。表 27 索力計技術指標項目技術指標測量范圍±2g±5g分辨率0.002g頻率響應0.05400Hz非線性度2%FS使用溫度-25652.1.8 塔頂與主梁位移監(jiān)測設備GPSGPS的技術指標如下表所示。表 28 GPS技術指標項目技術指標精度靜態(tài)基線：3mm+0.5ppm快速靜態(tài)基線：5mm+0.5ppm動態(tài)點位水平：10mm+1ppm動態(tài)點位豎向：20mm+1pp

5、m初始化時間8秒定位速度10Hz時間延遲0.03秒工作環(huán)境溫度：-40+75濕度：100RH輸出1電源輸入端口，3串口，1終端口，1天線接口。2.1.9 地震監(jiān)測設備地震儀地震儀采用三向加速度計，技術指標如下表所示。表 29 加速度計技術指標項目技術指標量程范圍±2g頻率響應DC-120 Hz動態(tài)范圍> 120dB靈 敏 度2.5V/g90V/g工作溫度-20 - +45 2.1.10 順橋向位移監(jiān)測設備光纖光柵位移計光纖光柵位移計的技術指標如下表所示。表 210 光纖光柵位移計技術指標項目技術指標測量范圍01000mm（定制）線性度±1%工作溫度-40802.1.1

6、1 交通監(jiān)控設備攝像機攝像機的技術指標如下表所示。表 11 攝像機技術指標項目技術指標清晰度高清控制度可控2.1.12 路面結冰監(jiān)測設備路面狀況傳感器路面狀況傳感器的技術指標如下表所示。表 212 路面狀況傳感器技術指標項目技術指標水層厚度02mm冰層厚度02mm雪厚度010mm2.2 數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2.2.1.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)采集在外場設立2個采集工作站，用于采集外場的傳感器數(shù)據(jù)。傳感器系統(tǒng)的信號有電壓信號、485信號和其它數(shù)字或模擬信號，考慮到動態(tài)稱重、光纖光柵傳感器以及路面結冰的特殊性和專業(yè)性，在本方案中將針對不同類型的傳感器采用兩種數(shù)據(jù)采集模式。圖 21 監(jiān)測數(shù)

7、據(jù)采集拓撲圖如上圖所示，本系統(tǒng)中采用兩種采集模式：1） 采集模式一常規(guī)模擬信號采集模式常規(guī)模擬信號采集模式使用PXI采集計算機，用于氣象設備、加速度計、索力計的采集，即采用位于外場工作站機柜的PXI專用采集計算機采集常規(guī)的電壓及串口信號，并進行本地存儲及向監(jiān)控中心服務器傳輸實時和歷史數(shù)據(jù)。2） 采集模式二專用服務器采集模式專用服務器采集模式指光纖傳感器采集、動態(tài)稱重儀采集和路面狀況傳感器的采集，均通過專用服務器（放置于外場工作站機柜及監(jiān)控中心機房）進行專業(yè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和管理，并向監(jiān)控中心服務器傳輸實時和歷史數(shù)據(jù)。專用服務器采集模式通過共享PXI的同步時鐘卡的GPS時鐘實現(xiàn)時間同步功能。表 2

8、13 各傳感器系統(tǒng)輸出信號及采集模式序號傳感器系統(tǒng)名稱輸出信號類型采集模式1機械式風速儀485采集模式一2溫濕度計05VDC采集模式一3結構應變計光信號采集模式二4結構溫度計光信號采集模式二5位移計光信號采集模式二6索力計05VDC采集模式一7單向加速度計±5VDC采集模式一8三向加速度計±5VDC采集模式一9動態(tài)稱重數(shù)據(jù)采集模式二10GPS數(shù)據(jù)采集模式二11路面狀況傳感器數(shù)據(jù)采集模式二相關采集設備的主要技術指標如下：表 214 數(shù)據(jù)采集儀（PXI）技術指標技術指標機箱8槽數(shù)控制器CPU 2.26 GHz Intel Core 2/2G/120G高速采集卡1通道數(shù)8，分辨率

9、24位高速采集卡2通道數(shù)32，分辨率16位表 215 光纖光柵解調儀技術指標項目技術指標波長范圍C波段（1525nm1565nm）精 度3pm分 辨 率0.1pm掃描頻率1Hz100Hz連接形式FC/APC表 216 通用信號調理設備/索力信調理技術指標項目技術指標通道數(shù)16通道電源輸入AC220V電源輸出DC±12V2.2.1.2 視頻信號采集視頻信號主要是接入附近的交換機，交換機通過環(huán)網(wǎng)進入視頻信號中心交換機，最后進入視頻服務器，進行存儲、顯示等。圖 22視頻信號采集拓撲圖2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)健康監(jiān)測數(shù)據(jù)和視頻信號分別傳輸，各自組成獨立的傳輸網(wǎng)絡。2.2.2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸

10、監(jiān)測類傳感器數(shù)據(jù)傳輸拓撲結構如下圖所示：圖 23監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與傳輸拓撲圖整個系統(tǒng)由2臺工業(yè)以太網(wǎng)交換機和1臺健康監(jiān)測中心交換機組成雙纖自愈環(huán)網(wǎng)的形式構成，全網(wǎng)基于TCP/IP協(xié)議集，運行動態(tài)路由協(xié)議，確保傳輸網(wǎng)絡的穩(wěn)定、可靠。系統(tǒng)中的任一數(shù)據(jù)采集工作站通過附近的線纜接入現(xiàn)場的工業(yè)以太網(wǎng)交換機，由交換機接入整個數(shù)據(jù)采集傳輸網(wǎng)中。工作站與網(wǎng)絡上其他任一服務器或工作站都存在2條通路可以到達，在網(wǎng)絡上的任一處光纖斷開的情況下，系統(tǒng)中的各工作站依然可以正常工作。通信光纜將由監(jiān)控中心沿引橋敷設至主橋的外場工作站，形成光纖環(huán)網(wǎng)并將現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心的服務器系統(tǒng)。監(jiān)測數(shù)據(jù)可以通過Internet或者其他

11、系統(tǒng)提供外部人員的訪問（Internet接入及其他系統(tǒng)傳輸網(wǎng)絡的設計不在本系統(tǒng)范圍內）。在數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡中，通過VLAN劃分的方式將原始數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與其它接入TCP/IP網(wǎng)絡的系統(tǒng)分離，只有數(shù)據(jù)接收服務器能夠直接讀取到采集的原始數(shù)據(jù)，以減少過多連接對數(shù)據(jù)傳輸所構成的安全威脅。表 217 工業(yè)以太網(wǎng)交換機技術指標項目技術指標指標24口+2SFP二層交換機，1對長距離GLC-LH-SM光模塊電源輸入AC220V表 218 監(jiān)測數(shù)據(jù)中心交換機技術指標項目技術指標VLAN支持端口數(shù)24接口速率10/100/1000接口型號RJ45 10/100/1000M端口（24口）其他支持4個1000Base-FX

12、單?；蚨嗄９饫w接口；帶網(wǎng)絡管理功能2.2.2.2 視頻信號傳輸視頻信號的傳輸拓撲圖如下所示：圖 24視頻信號采集與傳輸拓撲圖外場設備利用百兆工業(yè)級節(jié)點交換機組成2個百兆自愈環(huán)網(wǎng)接入管理用房，其中上游側5個交換機組成1個環(huán)網(wǎng)，下游側5個交換機組成1個環(huán)網(wǎng)，每個環(huán)網(wǎng)在監(jiān)控中心設立1個接入交換機，接入交換機接入視頻監(jiān)控的主干交換機。表 219 節(jié)點交換機/工業(yè)接入交換機技術指標項目技術指標指標2光口，6電口帶2對光模塊電源輸入AC220V表 220 視頻監(jiān)控中心交換機技術指標項目技術指標VLAN支持端口數(shù)48接口速率10/100/1000接口型號RJ45 10/100/1000M端口（48口）其他支

13、持4個1000Base-FX單模或多模光纖接口；帶網(wǎng)絡管理功能2.2.3 輔助支持系統(tǒng)2.2.3.1 外場機柜外場機柜設立2處，參數(shù)如下：允許工作溫度范圍：-20+80；防水，防潮，防塵，滿足防護IP55工業(yè)標準；抗主要的化學腐蝕，特別是鹽的腐蝕。機柜內需保持2530恒溫，空調工作溫度范圍為-20+502.2.3.2 遠程電源控制器由于大橋距離較遠，為方便設備管理控制，需要對電源進行遠程管理；同時由于機柜內設備工作環(huán)境的要求較高，必須對機柜內部的溫濕度進行實施監(jiān)控?；谝陨弦?，系統(tǒng)必須具有相應的功能。系統(tǒng)外場每個機柜配置1個8口遠程控制器。2.2.3.3 UPS不間斷電源工作站機柜各自采集相

14、應位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)通訊網(wǎng)絡匯報給中心機房。各工作站機柜共同承擔結構健康的監(jiān)測責任，所以需要為各工作站機柜里的監(jiān)測設備配套一個穩(wěn)定不斷電的供電設計，並考慮緊急情況下斷電后，設備仍可持續(xù)工作到供電回復正常。UPS主機帶溫濕度傳感器?；谏鲜鲈O計思路，對機房及各工作站機柜除提供正常配電容量及配線外，再搭配不間斷電源及可供電2小時的電池容量，以確保供電萬無一失。其中外場機柜用電UPS選用3KVA在線式不間斷電源，監(jiān)控中心的機柜需要30KVA在線式不間斷電源，其中監(jiān)控中心的UPS在線不間斷電源由相關單位統(tǒng)一提供。2.2.3.4 綜合布線（1）主干光纜主干光纜48芯，布設2條，從中心機房引出后沿大橋敷設

15、，覆蓋整個橋面，形成整個大橋的主干鏈路。其中一條給健康監(jiān)測，另外一條給視頻監(jiān)控。視頻監(jiān)控要沿上下游橋面形成環(huán)網(wǎng)。（2）主干橋架在上下游、兩主塔分別布設主干橋架，用于放置各類傳感器線纜電纜、通訊光纜等（3）管道傳感器到主干橋架之間需要設置管道溝通，如索力、加速度、風速儀等。（4）傳感器電纜傳感器電纜按照相關要求要求放入橋架管道內，標示標牌清楚。（5）供配電外場2處機柜需要供電，需要大橋方統(tǒng)一提供，大小3KVA。2.3 數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)2.3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)服務器2.3.1.1 系統(tǒng)構成整個監(jiān)測數(shù)據(jù)服務器系統(tǒng)由數(shù)據(jù)處理與控制服務器，數(shù)據(jù)庫服務器，結構安全評估服務器，動態(tài)稱重服務器（應用服務器）構成

16、。Ø 數(shù)據(jù)處理與控制服務器在此部分服務器的主要功能為接收底層工作站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并做簡單的數(shù)據(jù)處理，對它的要求主要體現(xiàn)在對數(shù)據(jù)并發(fā)性接收的相應能力。故在此配備一臺高性能LINUX/UNIX服務器。Ø 數(shù)據(jù)管理服務器整個平臺運行會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，其中大部分數(shù)據(jù)在經(jīng)過預處理后都將輸入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以為以后的查詢、運算、統(tǒng)計打好基礎。由于數(shù)據(jù)庫軟件采用的是Oracle系統(tǒng)，而Oracle系統(tǒng)在LINUX/UNIX系統(tǒng)下將發(fā)揮更大的效能，故在此配備一臺高性能LINUX/UNIX服務器。Ø 結構安全評估服務器此服務器主要功能是進行數(shù)據(jù)的在線分析處理，對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行二

17、次處理，數(shù)據(jù)融合處理，進行在線評估與預警，運行人工檢測數(shù)據(jù)子系統(tǒng)的核心應用，接收應用服務器的請求，進行將各項處理并將結果返回。該服務器運行的是整個大橋平臺的核心功能，需要處理大量的數(shù)據(jù)。故在此配備一臺高性能LINUX/UNIX服務器。Ø 動態(tài)稱重/GPS服務器服務器（應用服務器）此服務器主要功能是用于動態(tài)稱重/GPS統(tǒng)數(shù)據(jù)的接收、分析與處理。作為動態(tài)稱重系統(tǒng)/GPS系統(tǒng)的專用服務器。注：基本的網(wǎng)絡設備管理要求，可以通過軟件系統(tǒng)中的設備狀態(tài)監(jiān)控、管理功能來實現(xiàn)。從經(jīng)濟實用的角度出發(fā)，不單獨采購網(wǎng)管軟件?？紤]到整個監(jiān)測系統(tǒng)將產(chǎn)生大量重要數(shù)據(jù)需存檔，采用在數(shù)據(jù)庫服務器上做RAID5的方式對

18、系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行存儲和備份，保證5年的數(shù)據(jù)存儲要求。2.3.1.2 技術參數(shù)表 321 應用服務器技術參數(shù)要求項目數(shù)據(jù)庫服務器數(shù)據(jù)處理與控制服務器結構安全評估服務器GPS/動態(tài)稱重傳感器CPU四核CPU四核CPU四核CPU四核CPU處理器個數(shù)2221系統(tǒng)內存16GB或更高8GB或更高8GB或更高4GB存儲RAID5卡，可用容量10T600G600G600G連接支持千兆以太網(wǎng)連接支持千兆以太網(wǎng)連接支持千兆以太網(wǎng)連接支持千兆以太網(wǎng)連接操作系統(tǒng)UNIX，LinuxUNIX，LinuxUNIX，Linux2.3.2 監(jiān)控中心機柜監(jiān)控中心需要3個臺標準機柜來放置監(jiān)測數(shù)據(jù)服務器以及網(wǎng)絡設備，機柜內需要配置1臺

19、KVM來便于服務器間切換。3 平臺軟件整個軟件系統(tǒng)分為如下五部分：監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集模塊、人工檢測數(shù)據(jù)管理模塊、安全分析評估預警模塊。3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)自動采集模塊（1）對所有傳感器信號按照相應的采集制度和采樣頻率進行實時數(shù)據(jù)采集和預處理；（2）連續(xù)傳輸來自傳感器系統(tǒng)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、狀態(tài)和警告信息，以便進行必要的顯示、報警和存儲；（3）所有來自不同傳感器的時間序列數(shù)據(jù)保持同步；（4）數(shù)據(jù)傳輸更新速度滿足實時顯示要求，最大延時不超過2秒的要求；（5）報警和狀態(tài)信息的更新速度滿足顯示、確認和存儲的實時性要求，時間間隔不超過2秒的要求；（6）對于每個傳感器，根據(jù)它們相應的工程單位和傳感器讀數(shù)設置適當?shù)臐M

20、度值；（7）所有連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)以小時為單位進行保存，采用二進制壓縮文件格式；（8）按照相同的文件結構、單一的每小時文件名和不同采樣頻率，自動集成原始和導出的時間序列數(shù)據(jù)以及每小時文件；（9）序列數(shù)據(jù)的文件頭具有詳細的采集信息及事件信息，如：數(shù)據(jù)速度、通道號、數(shù)據(jù)時段、數(shù)據(jù)讀數(shù)開始時間和事件信息等；（10）系統(tǒng)動態(tài)數(shù)據(jù)庫環(huán)形緩沖存儲最多可保持45天的原始數(shù)據(jù)，緩沖時間長度可由系統(tǒng)管理員調整；（11）所有系統(tǒng)操作和警告信息記入按時間順序的可追溯事件日記。報警的出現(xiàn)和恢復監(jiān)測要提供交互式的顯示；（12）對于特殊傳感器的獨立數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過COM接口的方式對其進行軟件集成，COM接口完成各種數(shù)據(jù)的交

21、換，并盡可能對原采集軟件的正常工作影響最小。（13）配有系統(tǒng)備份軟件，確保數(shù)據(jù)的安全性；（14）提供對所選的輸出時間序列數(shù)據(jù)和每小時統(tǒng)計摘要信息。（15）實時采集大橋視頻信號。圖 31 傳感器自動時程曲線3.2 人工檢測數(shù)據(jù)管理模塊該子系統(tǒng)包括以下功能：、（1）人工檢測數(shù)據(jù)管理：通過該模塊管理各種檢測數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)，支持人工巡檢病害信息的統(tǒng)計分析；（2）文件管理：對檢測類數(shù)據(jù)形成的文件進行管理，便于查詢展示等。3.3 安全分析評估預警模塊該模塊分為結構安全評估、綜合監(jiān)控與預警、突發(fā)事件處置。3.3.1 結構安全評估該模塊對傳感器監(jiān)測、人工檢測得到的各類定量、定性的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理分析，然后按照一定的預警評估模型，得到結構安全狀態(tài)的評估和預警報告，據(jù)此給出結構的管養(yǎng)建議。建立完整的結構綜合預警安全評估系統(tǒng)，具體包括三個層次的內容：（1）專業(yè)的數(shù)據(jù)處理功能數(shù)據(jù)的預處理：主要進行統(tǒng)計運算，比如設定時段內的最大最小值、均值、方差、標準差、變化幅值等，計算結果作為初級預警的輸入，并用以判定信號是否正常；數(shù)據(jù)的二次預處理：主要包括數(shù)據(jù)的時域、頻域、時頻域分析、特殊數(shù)據(jù)專業(yè)分析及顯示；數(shù)據(jù)的邏輯組內融合處理和組間相關分析處理：在結構健康評估服務器內完成，主要