基于labview的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究

基于labview的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)研究

橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀該橋結構成本高、投資大、運營或使用壽命長。在服務期，環(huán)境侵蝕、材料老化和長期荷載、疲勞和突變效應等非利因素的聯(lián)合影響不可避免地導致結構和系統(tǒng)損傷的積累和抗應力衰減，從而不可避免地導致普遍和環(huán)境事故的發(fā)生。在極端條件下，可能會發(fā)生災難。健康監(jiān)測系統(tǒng)可以較全面地把握橋梁結構建造與服役全過程的受力與損傷演化規(guī)律,是保障大型橋梁的建造和服役安全的有效手段之一。結構健康監(jiān)測系統(tǒng)研究已經(jīng)成為航空航天、國防、復合材料、土木工程等領域的熱點研究方向。各國均在新建的和已服役的重要工程結構上增設健康監(jiān)測系統(tǒng)。美國20世紀80年代中后期開始在多座橋梁上布設監(jiān)測傳感器,監(jiān)測環(huán)境荷載、結構振動和局部應力狀態(tài),用以驗證設計假定、監(jiān)視施工質(zhì)量和實時評定服役安全狀態(tài)。例如,佛羅里達州的SunshineSkywayBridge橋上安裝了500多個傳感器。美國僅1995年,就投資1.44億美元,在90座大壩上配備了安全監(jiān)測設備。香港青馬大橋安裝了500個加速度傳感器、粘貼了大量的應變片并安裝了一套GPS系統(tǒng),用以長期監(jiān)測橋梁服役安全性。原中海石油渤海公司為了確保海洋平臺的服役安全,對海冰條件和平臺狀態(tài)進行了長達10余年的監(jiān)測,在此基礎上,歐進萍等初步實現(xiàn)了渤海JZ20-2MUQ平臺結構的實時監(jiān)測與安全評定,并進一步研究了遠程網(wǎng)絡監(jiān)測的技術。大型橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)與傳統(tǒng)檢測方法的差別在于系統(tǒng)的實時性、自動化、集成化和網(wǎng)絡化。健康監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器子系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng),損傷識別、模型修正、安全評定、可靠度預測和安全預警子系統(tǒng),數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。上述各子系統(tǒng)分別在不同的硬件上和軟件環(huán)境下運行,分別承擔健康監(jiān)測系統(tǒng)的不同功能,它們之間協(xié)同工作,完成和實現(xiàn)健康監(jiān)測系統(tǒng)對重大工程結構健康與安全的診斷與預警功能。健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成技術就是在一個公共的環(huán)境下,對各個子系統(tǒng)進行統(tǒng)一的控制和管理,使不同功能的子系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上進行聯(lián)動和協(xié)同工作,實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息、資源和任務共享。系統(tǒng)的集成程度決定了健康監(jiān)測系統(tǒng)的智能化程度。目前健康監(jiān)測系統(tǒng)研究的熱點課題主要為智能傳感器和損傷識別方法,在橋梁上已經(jīng)安裝的監(jiān)測系統(tǒng)以離線監(jiān)測系統(tǒng)居多,即監(jiān)測系統(tǒng)主要由傳感器和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)組成,通過傳感器和數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集橋梁結構的荷載和反應,然后離線進行橋梁的損傷識別、模型修正和安全評定以及數(shù)據(jù)存儲。而實時在線的健康監(jiān)測系統(tǒng)目前應用較少。本文對在線橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的組成、結構和功能等進行了深入分析,進一步分析了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能、特點、實現(xiàn)方法與硬軟件系統(tǒng),研究了完成橋梁健康監(jiān)測任務對各個子系統(tǒng)協(xié)同工作的要求;提出了以LabWindows/LabVIEW為橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心軟件,由它“指揮”、調(diào)用和驅(qū)動各個子系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)的交互與通訊;以數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫作為橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫,它不僅存儲橋梁結構及其監(jiān)測數(shù)據(jù)的全部信息,同時所有的數(shù)據(jù)交互均通過該數(shù)據(jù)庫完成;建議采用Brower/Server系統(tǒng)模式將橋梁結構健康監(jiān)測的各子系統(tǒng)相互結合,建立基于網(wǎng)絡平臺的開放式的實時在線智能健康監(jiān)測系統(tǒng);此外,橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的運行會積累大量的數(shù)據(jù),本文對如何有效地分析健康監(jiān)測系統(tǒng)獲得的海量數(shù)據(jù),揭示橋梁結構的作用、響應與性能,進行了分析。最后,在已經(jīng)布設的傳感器子系統(tǒng)、已經(jīng)開發(fā)的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、已經(jīng)編制的損傷識別與模型修正及安全評定軟件的基礎上,為山東濱州黃河公路大橋(三塔斜拉橋)集成了一套健康監(jiān)測系統(tǒng)。1系統(tǒng)集成方案與分析1.1數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)包括智能傳感器子系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng),損傷識別與模型修正和安全評定子系統(tǒng),數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)。其中傳感器子系統(tǒng)為硬件系統(tǒng),功能為感知橋梁結構的荷載和效應信息,并以電、光、聲、熱等物理量形式輸出,該子系統(tǒng)是健康監(jiān)測系統(tǒng)最前端和最基礎的子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與處理及傳輸子系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分,硬件系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)傳輸電纜/光纜、數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D)卡等;軟件系統(tǒng)將數(shù)字信號以一定方式存儲在計算機中。數(shù)據(jù)采集通用軟件平臺有VC++、LabWindows或LabVIEW等。采集的數(shù)據(jù)經(jīng)預處理后存儲在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)是聯(lián)系傳感器子系統(tǒng)與數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的橋梁。損傷識別、模型修正和安全評定子系統(tǒng)由損傷識別軟件、模型修正軟件和結構安全評定軟件組成。在該系統(tǒng)中,一般首先運行損傷識別軟件,一旦識別橋梁發(fā)生損傷,即運行模型修正軟件和安全評定軟件。損傷識別軟件通常由計算分析軟件平臺開發(fā),如MATLAB等;模型修正和安全評定軟件一般是結構分析軟件,如ANSYS和橋梁結構分析設計專門軟件等。損傷識別是在橋梁結構反應信息基礎上進行的,橋梁結構反應信息由數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集后存儲在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中,因此,損傷識別軟件運行時,首先能夠從數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中自動讀取橋梁反應信息數(shù)據(jù)。橋梁損傷識別和模型修正以及安全評定的結果將作為橋梁歷史檔案數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中,因此,損傷識別和模型修正以及安全評定的結果將能夠自動存入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)核心為數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫管理橋梁建造信息、幾何信息、監(jiān)測信息和分析結果等全部數(shù)據(jù),它是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心,承擔著健康監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理功能。健康監(jiān)測系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間的關系和流程如圖1所示。1.2應用系統(tǒng)集成的技術方案從上述分析中可以看出,橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成,每個子系統(tǒng)承擔著不同的功能,由不同的硬件和軟件實現(xiàn)。健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成是指將系統(tǒng)內(nèi)不同功能的子系統(tǒng)在物理上、邏輯上、功能上連接在一起,以實現(xiàn)信息綜合和資源共享,提高系統(tǒng)維護和管理的自動化水平及協(xié)調(diào)運行能力。系統(tǒng)集成的原則為:模塊化、開放性、可擴充性、可靠性、容錯性和易操作性。系統(tǒng)集成的目標為:(1)對系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)進行統(tǒng)一控制和管理,并提供用戶界面,使系統(tǒng)在用戶界面上方便地進行操作。(2)采用開放的數(shù)據(jù)結構,共享信息資源。系統(tǒng)集成提供一個開放的平臺,建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫,使各子系統(tǒng)可以自由選擇所需數(shù)據(jù),充分發(fā)揮各子系統(tǒng)的功能,提高系統(tǒng)的運行效率。由于健康監(jiān)測系統(tǒng)的集成主要是通過軟件系統(tǒng)實現(xiàn)健康監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件的接口,因此,系統(tǒng)集成的問題即具體為在某一通用軟件平臺上的各功能軟硬件之間的接口和調(diào)用問題,這一通用軟件平臺稱為系統(tǒng)集成的“核心軟件”。此外,健康監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測信息與分析結果均需要存入數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中,所有子系統(tǒng)均從數(shù)據(jù)庫中讀取和調(diào)用數(shù)據(jù),因此,將數(shù)據(jù)庫稱為健康監(jiān)測系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)中心”。其次,由于健康監(jiān)測系統(tǒng)是多用戶的,無論是現(xiàn)場的技術人員,還是橋梁維護的管理者和決策者,都需要時刻了解橋梁各方面狀況,因此系統(tǒng)必須設置客戶端以滿足這方面的功能需要,所以系統(tǒng)集成涉及到另外一個重要的問題就是系統(tǒng)的體系結構(即系統(tǒng)模式)的選擇。通常系統(tǒng)模式有以下幾種:(1)主機/終端模式。(2)C/S模式,即Client/Server模式。(3)B/S模式,即Brower/Server模式。上述三種模式中,前兩種由于資源浪費、僅限于局域網(wǎng)使用、系統(tǒng)管理和維護任務重等原因不適合用于健康監(jiān)測系統(tǒng)。而B/S模式是基于Internet技術發(fā)展起來的一種新的應用模式,客戶機可以通過局域網(wǎng)或Internet得到所需內(nèi)容,將系統(tǒng)的用戶接口界面從局域網(wǎng)延伸到Internet。系統(tǒng)管理維護時,不必更新所有的客戶端軟件,只需修改服務器端軟件就可以進行系統(tǒng)的升級。綜上所述,橋梁結構智能健康監(jiān)測系統(tǒng)集成模式應選擇基于網(wǎng)絡平臺的B/S模式。2軟件實現(xiàn)2.1建設橋梁結構健康監(jiān)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的特點為:監(jiān)測信息連續(xù)變化、數(shù)據(jù)顯示與安全評定的實時性要求高、數(shù)據(jù)量大,并且要求所有傳感器的歷史數(shù)據(jù)都完整保存以供相關人員離線分析。因此,整個系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫應由高性能的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)構成,記錄并管理橋梁結構服役狀態(tài)的監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史檔案。中心數(shù)據(jù)庫承擔著記錄和管理橋梁結構全系統(tǒng)信息和全壽命過程數(shù)據(jù)的作用,是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心。它需要滿足如下的功能:(1)能有組織地、動態(tài)地存儲大量關聯(lián)數(shù)據(jù),并供多個用戶訪問,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的充分共享、交叉訪問以及與應用程序的高度獨立性,起到將現(xiàn)場采集網(wǎng)絡與上層管理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡連接的作用。(2)快速存儲動態(tài)變化的實時數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫中的所有實時數(shù)據(jù)都要隨監(jiān)測對象的狀態(tài)變化而不斷刷新,它作為整個監(jiān)測系統(tǒng)的核心部分必須在線運行,而且使數(shù)據(jù)與分析結果能夠?qū)崟r顯示。(3)實現(xiàn)各功能模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞、數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享。(4)中心數(shù)據(jù)庫需要與Internet結合,使遠程用戶可以通過WWW瀏覽器對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢和瀏覽。橋梁結構健康監(jiān)測系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫一般包括以下子數(shù)據(jù)庫:(1)橋梁結構信息數(shù)據(jù)庫,主要存儲橋梁結構的設計資料,如橋梁結構的CAD設計圖紙等。(2)結構外部荷載數(shù)據(jù)庫,主要記錄風荷載、溫度荷載、濕度、車輛荷載等的時程信息。(3)結構局部性態(tài)變量與整體性態(tài)變量數(shù)據(jù)庫,主要記錄梁、索、塔的應變、加速度、位移等信息。(4)結構模型數(shù)據(jù)庫,主要存儲基于成橋試驗的健康分析模型和基于模型修正的損傷橋梁結構分析模型。(5)傳感器信息數(shù)據(jù)庫,主要記錄傳感器在橋梁結構上的安裝位置信息、傳感器性能指標信息及傳感器與結構構件之間的對應關系。(6)結構動力性能數(shù)據(jù)庫,主要記錄結構振型、頻率、阻尼等動力學參數(shù)的健康值、理論計算值和損傷值等。(7)結構安全評定分析結果數(shù)據(jù)庫,主要記錄實時在線及離線的各種安全評定結果,以及專家評價結果等信息,該數(shù)據(jù)庫一般可以與橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行接口和數(shù)據(jù)共享。目前,將橋梁結構的施工監(jiān)控、成橋試驗、健康安全監(jiān)測與養(yǎng)護管理系統(tǒng)集成為橋梁建設與管理綜合安全系統(tǒng)是橋梁安全監(jiān)測的趨勢,因此,在中心數(shù)據(jù)庫中,本文還增加了兩個子數(shù)據(jù)庫。(8)施工監(jiān)控數(shù)據(jù)庫,主要記錄施工監(jiān)控過程的全部信息。(9)成橋試驗數(shù)據(jù)庫,主要記錄成橋試驗的加載工況、試驗與分析結果等?；谏鲜龇治?并結合計算機科學領域的最新研究成果,大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫SQLServer2000或Oracle等可作為橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫。2.2每個子系統(tǒng)及其軟件方案2.2.1作為數(shù)據(jù)采集軟件的開發(fā)平臺數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)連接監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設備和軟件系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集軟件最基本的功能是能夠?qū)崟r采集和顯示傳感器信號,實時存儲數(shù)據(jù),并對數(shù)據(jù)采集硬件進行實時設置。由于監(jiān)測系統(tǒng)實時性的要求,在采集的數(shù)據(jù)判斷為異常數(shù)據(jù)時,它必須能觸發(fā)其他模塊工作,因此,還要求數(shù)據(jù)采集軟件能夠觸發(fā)調(diào)用其他軟件模塊。目前,數(shù)據(jù)采集軟件開發(fā)平臺有多種選擇,數(shù)據(jù)采集軟件編程方法已從原來的C語言、VisualBasic和VisualC++向可視圖形化編程語言發(fā)展。目前美國NI公司的LabVIEW和HP公司的VEE軟件開發(fā)平臺應用較廣泛。其中VEE主要面向儀器控制;而LabVIEW是一種圖形化的軟件開發(fā)環(huán)境,與傳統(tǒng)編程語言有著相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結構、程序調(diào)試工具,以及具有層次化、模塊化的編程特點。NI公司的另一專業(yè)數(shù)據(jù)采集開發(fā)平臺LabWindows是一個用C語言構建數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的交互式軟件開發(fā)環(huán)境,可以模塊化方式對C語言進行編輯、編譯、連接和調(diào)試,與LabVIEW相比,開發(fā)軟件更加靈活,代碼執(zhí)行效率更高,適用于開發(fā)更復雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),但是其開發(fā)過程對于非專業(yè)人員來講稍復雜一些。目前,LabWindows/LabVIEW已經(jīng)成為數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、分析等方面的領先開發(fā)平臺。鑒于LabWindows/LabVIEW的上述特點,其可以作為數(shù)據(jù)采集軟件的開發(fā)平臺;同時由于其具備核心軟件平臺的特征,還可以將LabWindows/LabVIEW作為系統(tǒng)的核心軟件平臺,調(diào)用其他子系統(tǒng)的分析軟件。2.2.2有限元分析技術應用健康監(jiān)測的大量數(shù)據(jù)最終的作用是為橋梁結構的運營和養(yǎng)護服務。對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析可得到用于進行橋梁結構分析的荷載和效應信息。荷載數(shù)據(jù)中,風荷載需長期觀測,以期得到橋位處脈動陣風功率譜、不同高度處風荷載的空間相關性等數(shù)據(jù),用于橋梁結構動力性能分析;同樣,長期的溫度和車輛荷載數(shù)據(jù)統(tǒng)計也可為橋梁結構提供相應的荷載信息。在荷載效應數(shù)據(jù)中,對加速度傳感器測試的數(shù)據(jù)進行分析,獲得該橋結構的多階模態(tài)頻率、斜拉索的索力以及結構振動響應;對光纖光柵傳感器的測試數(shù)據(jù)進行分析,獲得該橋結構的受力狀態(tài);不僅如此,橋梁的應變、加速度、變形等還可以與規(guī)范允許值實時比較,而且也可以作為損傷識別、模型修正以及結構安全評定等的必要信息加以應用。目前已經(jīng)發(fā)展了多種損傷識別方法,如頻響函數(shù)法、曲率模態(tài)法等,均為首先對橋梁結構的振動響應信號進行模態(tài)分析,然后得到不同損傷識別方法的損傷指標。損傷識別軟件可以采用科學計算軟件MATLAB進行開發(fā),損傷識別所需要的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用,損傷識別的結果將存入中心數(shù)據(jù)庫中。模型修正可分為基于整體性態(tài)信號的模型修正和基于局部性態(tài)的模型修正,兩者所需要的結構整體動力響應結果和結構局部應力應變測試結果可從數(shù)據(jù)庫中獲取。通過整體和局部修正后的有限元模型的計算結果與橋梁的實測結果之間的誤差最小。模型修正可采用結構分析軟件,如ANSYS,配合MATLAB實現(xiàn)。修正的健康模型和損傷模型將存入數(shù)據(jù)庫中。橋梁的安全評定分為正常使用狀態(tài)安全評定和極限承載力狀態(tài)安全評定。正常使用極限狀態(tài)一般以橋梁的變形(與橋梁線形比較)和振動加速度(影響行車與人的舒適度)、橋面應力(與橋面開裂控制應力比較)等作為指標。極限承載力狀態(tài)安全評定分為基于構件的安全評定、橋梁整體安全評定和可靠度預測三個方面,基于構件安全評定方法主要是比較監(jiān)測所得的橋梁應力、變形、加速度、橋梁性能及其衰減速率等指標與橋梁結構設計規(guī)范規(guī)定的變量允許值的大小,確定構件的安全性;橋梁整體安全評定和結構可靠度預測等需要結構分析軟件完成,而結構分析軟件可以采用ANSYS或?qū)ｉT橋梁結構分析軟件。橋梁結構安全評定與模型修正直接關聯(lián),一般不必由核心軟件平臺LabWindows/LabVIEW調(diào)用數(shù)據(jù)庫的結果,但損傷識別和模型修正軟件的驅(qū)動運行需要LabWindows/LabVIEW指揮完成。采用ANSYS進行橋梁結構有限元模型修正和安全評定的方法為:首先將ANSYS標準化命令流分解為模型流、加載流和求解流三部分;在得到損傷單元信息后,可將該單元的ANSYS模型重新定義,并寫入健康模型流中,使得健康模型流被修正為損傷模型流;建立損傷橋梁的有限元模型后,就可以進行橋梁結構的受力分析和安全評定。2.3ad對matlab的調(diào)用軟件集成主要包括兩個方面的內(nèi)容,一是指各子系統(tǒng)軟件之間的接口、調(diào)用及合理的觸發(fā)機制,二是指各軟件同數(shù)據(jù)庫之間的接口、通訊。正如前述,健康監(jiān)測系統(tǒng)的核心軟件為LabWindows/LabVIEW,其他的軟件有計算分析軟件MATLAB、結構分析軟件(ANSYS或?qū)ｉT的橋梁結構分析軟件)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件,所有軟件的運行和調(diào)用需要通過LabWindows/LabVIEW來完成。其中LabVIEW可以采用三種方法對MATLAB進行調(diào)用,一種方法是LabVIEW使用ActiveX技術來調(diào)用MATLAB腳本程序;另一種方法是采用MATLAB節(jié)點,將MATLAB代碼直接輸入到LabVIEW中運行;第三種方法是先將MATLAB程序編譯為標準的動態(tài)鏈接庫(DLL),然后通過LabVIEW提供的調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點實現(xiàn)動態(tài)鏈接庫函數(shù)的調(diào)用,這種方法效率較高,適合大型的MABLAB分析程序。另外,LabWindows也可以通過將MATLAB語句轉(zhuǎn)換為C語句或調(diào)用DLL的方式調(diào)用MATLAB。通過以上兩種方法,即可實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時在線分析。調(diào)用MATLAB的觸發(fā)機制可以采用設定閾值進行觸發(fā),當某種類型傳感器信號值與事先設定的閾值比較后如果前者達到或超越后者為真,即調(diào)用MATLAB進行模態(tài)和損傷識別分析。LabWindows/LabVIEW可以調(diào)用系統(tǒng)中任何路徑的可執(zhí)行文件,采用該種方法即可實現(xiàn)對ANSYS的調(diào)用。這種情況下ANSYS的分析方法為采用批處理式分析方法執(zhí)行命令流文件,并且可將指定單元構件的某項力學指標直接寫入文本文件中,供其他程序調(diào)用查詢或存入數(shù)據(jù)庫中。LabWindows/LabVIEW與數(shù)據(jù)庫之間可采用三種方式通訊,使數(shù)據(jù)采集軟件在動態(tài)顯示數(shù)據(jù)的同時,在程序后臺實時將數(shù)據(jù)全部存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。第一種方式為使用LabWindows/LabVIEW的工具包DatabaseConnectivityToolkit;第二種方式為利用LabWindows/LabVIEW的ActiveX功能,調(diào)用MicrosoftADO控件,利用SQL語言訪問數(shù)據(jù)庫;第三種方式為采用第三方數(shù)據(jù)庫訪問工具包LabSQL。上述三種方式都可以將所有數(shù)據(jù)實時存入中心數(shù)據(jù)庫中。MATLAB與數(shù)據(jù)庫之間的通訊可采用MATLAB的DatabaseToolbox工具箱。模態(tài)和損傷識別分析程序可以從數(shù)據(jù)庫中讀取相應原始數(shù)據(jù),并將分析結果直接存入數(shù)據(jù)庫中供查詢調(diào)用。健康監(jiān)測系統(tǒng)的軟件接口和通訊流程如圖2所示。2.4數(shù)據(jù)實時監(jiān)控基于網(wǎng)絡的健康監(jiān)測系統(tǒng)集成是指通過Internet對健康監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場的全部或部分模塊、信息進行設置、查詢等操作。在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中,有以下四方面的內(nèi)容可以實現(xiàn)遠程網(wǎng)絡管理:(1)傳感器信息顯示及其硬件設置由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由LabWindows/LabVIEW開發(fā),因此,傳感器信息顯示及其硬件設置可由LabWindows/LabVIEW的網(wǎng)絡功能實現(xiàn)?；赥CP/IP協(xié)議,LabVIEW應用程序開發(fā)平臺提供了三種網(wǎng)絡通訊方法,保證了上述遠程管理的可行性:1)TCP和UDP編程;2)DataSocket通訊;3)RemotePanels技術。上述三種技術中,第一種編程較為復雜,第三種不適于大量數(shù)據(jù)的遠程傳輸,只能用于少量傳感器的監(jiān)測系統(tǒng),第二種DataSocket通訊方式可以保證網(wǎng)上的實時高速數(shù)據(jù)交換,可用于布設有大量傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)。而LabWindows/CVI在網(wǎng)絡通訊和數(shù)據(jù)交換方面提供了四個相關函數(shù)庫。上述方式保證了技術人員可以隨時了解現(xiàn)場的監(jiān)測系統(tǒng)運行情況和系統(tǒng)參數(shù)的實時變化,并可及時調(diào)整現(xiàn)場傳感器的運行參數(shù),保證最大限度發(fā)揮傳感器的性能。(2)中心數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢大型網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫配合其前端開發(fā)工具,可方便地訪問、操作Web型數(shù)據(jù)庫。常用技術或語言有ASP、PHP等,最終可實現(xiàn)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫中所有指定信息的瀏覽、查詢、打印等功能。(3)專家網(wǎng)絡安全評價系統(tǒng)考慮到目前準確進行橋梁結構的損傷識別和健康安全評定還有一定的難度,因此可以在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中設置基于網(wǎng)絡的專家網(wǎng)絡健康安全評定模塊。該模塊的功能是將橋梁的部分數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡上共享,由國際同行采用各自的損傷識別、模型修正和安全評定方法對橋梁安全進行評定,并將分析結果提供給該橋的管理、養(yǎng)護部門;管理、養(yǎng)護部門也可以指定專家組通過網(wǎng)絡下載數(shù)據(jù),對橋梁的安全狀況進行會診。(4)與其他異構數(shù)據(jù)庫的接口由于系統(tǒng)中心數(shù)據(jù)庫為大型通用的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫,因此,健康監(jiān)測系統(tǒng)與其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或應用程序之間的接口即為中心數(shù)據(jù)庫與其他數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)或應用程序之間的接口。由于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)SQLServer2000或Oracle均為符合SQL語言標準的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),因此可以通過各種類型的應用程序和所有使用SQL或ODBC的軟件查看、分析和報告數(shù)據(jù)庫中的實時、歷史和其他數(shù)據(jù)。全部集成系統(tǒng)如圖3所示。3智能健康監(jiān)測系統(tǒng)國道205線山東濱州黃河公路大橋是一座三塔四跨斜拉橋,是國道205線跨越黃河的一座大型橋梁。該橋主橋為三塔斜拉橋,全長768(2×42+300+300+2×42)m,橋面寬32.8m,索塔為雙柱式。濱州黃河公路大橋是目前黃河上惟一的三塔斜拉橋,也是目前全國第三大三塔斜拉橋。為了把握該橋運營期間的服役狀態(tài),山東省交通廳公路局決定在該橋上安裝運營健康監(jiān)測系統(tǒng)。哈爾濱工業(yè)大學歐進萍教授承擔了“山東濱州黃河公路大橋運營智能健康監(jiān)測系統(tǒng)”的研究與實施工作。該橋的智能健康監(jiān)測系統(tǒng)集成工作采用了上述系統(tǒng)集成原則和技術,成功開發(fā)了基于網(wǎng)絡的具有遠程管理功能的智能健康監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)集成的具體方案為:(