軟件在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中處于較為核心的地位。從時間角度,橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)軟件架構(gòu)有一個從分散化到集成化,然后又到分布化發(fā)展過程;從橋梁規(guī)模上,從單橋監(jiān)測系統(tǒng)到多橋監(jiān)測系統(tǒng)然后到目前大規(guī)模橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)升級迭代過程;從工程實施上,有軟件和硬件安裝分別發(fā)包,有按橋梁打包發(fā)包,還有數(shù)據(jù)軟件單獨一家承擔(dān)其他均分散發(fā)包的不同工作模式。如此,從設(shè)計角度,須基于現(xiàn)有的軟件開發(fā)基礎(chǔ)和條件,針對不同規(guī)模的橋梁監(jiān)測和項目實施模式,對軟件架構(gòu)進行具體設(shè)計,以能夠支撐所在項目的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的實施和長期運維及數(shù)據(jù)分析。
(1)傳感器子系統(tǒng)
根據(jù)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計中不同的監(jiān)測參數(shù)選擇對應(yīng)的傳感器,傳感器子系統(tǒng)中不包括軟件,在設(shè)計中往往需要繪制傳感器布點圖,通過布點圖能夠?qū)彶椴键c位置和數(shù)量的合理性,同時能夠精準(zhǔn)統(tǒng)計傳感器數(shù)量和型號。
(2)數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集能夠把傳感器獲取的沒有任何物理意義的模擬信號(電壓、電流和光信號等)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化信號,同時信號轉(zhuǎn)變成有物理意義的數(shù)據(jù),如應(yīng)變,振動等。不同傳感器應(yīng)用不同的采集設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集,這部分需要設(shè)計傳感器與采集設(shè)備之間的拓撲關(guān)系。對采集行為的控制,包括診斷,采集頻率調(diào)整,時鐘同步性設(shè)計等也通過采集設(shè)備來實現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)包括硬件,也包括采集與控制和診斷等軟件。
根據(jù)橋梁空間位置,在橋梁上布設(shè)多個采集站,每個采集站可包含不同類型不同數(shù)量采集設(shè)備,同時配備共用的配電、數(shù)據(jù)匯線和往遠端傳輸?shù)慕粨Q機等。采集站只是具有不同采集設(shè)備在一個地點的位置意義,不能作為獨立的子系統(tǒng)來看待。有的傳感器是無線傳感器,無線傳感器往往是把數(shù)字量向外傳輸。此類傳感器內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)采集模塊和無線發(fā)射模塊,從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上仍然與上述監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分相符合。
(3)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)包括各種數(shù)據(jù)傳輸線路和相關(guān)的交換機等設(shè)備。傳輸網(wǎng)絡(luò)包括幾種:①從傳感器到DAU傳輸網(wǎng)絡(luò),暫且稱呼為局部傳輸網(wǎng)絡(luò);②從DAU到橋梁交換機的傳輸網(wǎng)絡(luò),暫且稱為二級傳輸網(wǎng)絡(luò);③從橋頭交換機到監(jiān)控中心交換機的傳輸網(wǎng)絡(luò),暫且稱為“骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)”;④監(jiān)控中心的布線等。
隨著通信技術(shù)的發(fā)展,之前從橋位到監(jiān)控中心往往使用光纖,目前來看可以采用無線傳輸網(wǎng)絡(luò),比如4G網(wǎng)絡(luò)。以往從DAU到橋頭交換機也采用光纖傳輸,目前甚至可以直接從DAU將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心,甚至直接上傳到云端。
(4)數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)目的是獲取數(shù)據(jù),對數(shù)據(jù)進行處理,為橋梁安全評估和養(yǎng)護提供支持。數(shù)據(jù)處理包括兩個層面,第一層面是計算機能夠自動實現(xiàn)的,這部分工作劃分在數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng),第二層面是需要專業(yè)知識和專業(yè)軟件,需要專業(yè)人士通過人機交互才能完成的,劃分在結(jié)構(gòu)健康評估子系統(tǒng)中。數(shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)主要包括:能夠自動實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理,如最大值統(tǒng)計,頻譜變換,雨流統(tǒng)計,軸載統(tǒng)計等等。數(shù)據(jù)顯示與展示。數(shù)據(jù)庫,包括自建數(shù)據(jù)庫還是把數(shù)據(jù)傳到云端進行管理。數(shù)據(jù)共享等策略和管理等。
(5)結(jié)構(gòu)健康評估系統(tǒng)
結(jié)構(gòu)評估系統(tǒng)不單單指橋梁承載能力評估,凡是需要知識模型,需要人工進行分析的計算統(tǒng)稱為橋梁評估系統(tǒng)的應(yīng)有功能。比如基于加速度數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)模態(tài)識別分析、結(jié)構(gòu)損傷識別分析、汽車荷載模型統(tǒng)計分析、風(fēng)荷載統(tǒng)計分析以及橋梁承載能力評估等,這些評估分析往往需要購買或者開發(fā)相應(yīng)的專業(yè)軟件。
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