實(shí)時(shí)在線系統(tǒng)

1、實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的討論 伴隨著信息化測(cè)繪時(shí)代的來(lái)臨，以數(shù)字化信息為核心的傳感網(wǎng)技術(shù)對(duì)工程領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測(cè)和管理模式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。 以前純?nèi)斯ざ〞r(shí)實(shí)地的監(jiān)測(cè)方法難以滿足實(shí)際需求，借助衛(wèi)星定位、測(cè)量機(jī)器人、傳感器、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，傳感網(wǎng)模式的現(xiàn)代化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相繼產(chǎn)生。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模式存在的問(wèn)題主要存在以下三點(diǎn)問(wèn)題:（1）變形信息獲取手段多樣。不同學(xué)科對(duì)變形監(jiān)測(cè)實(shí)施方案的要求不同，因此選用的監(jiān)測(cè)儀器和方法也不盡相同。一般土木類針對(duì)構(gòu)建物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)探測(cè)來(lái)評(píng)估工程安全問(wèn)題，因此選擇各類物理傳感器作為監(jiān)測(cè)手段；而測(cè)繪類往往針對(duì)構(gòu)建物的幾何變形分析來(lái)評(píng)估工程安全問(wèn)題，大都使用大地測(cè)量

2、儀器。實(shí)際上，工程監(jiān)測(cè)需要將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用。(2)監(jiān)測(cè)理論與方法的更新。在信息化監(jiān)測(cè)時(shí)代，變形監(jiān)測(cè)過(guò)程中包含的數(shù)據(jù)采集、通訊、處理、預(yù)測(cè)、分析、評(píng)估與預(yù)警都滲入了新的理論與技術(shù)，尤其是由控制論、信息論、運(yùn)籌學(xué)、灰色理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和模糊數(shù)學(xué)構(gòu)成的系統(tǒng)科學(xué)體系為自然界復(fù)雜現(xiàn)象的研究帶來(lái)新方法。顯然傳統(tǒng)的人工周期實(shí)地測(cè)量、手工計(jì)算與繪圖等技術(shù)手段已被逐步的替代。(3)變形監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警的系統(tǒng)化。在地學(xué)和工程領(lǐng)域中的變形體產(chǎn)生形變的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，需要研究各變形預(yù)測(cè)模型特點(diǎn)、適用條件并將其有機(jī)結(jié)合與綜合分析，從而解決復(fù)雜的變性分析與預(yù)報(bào)問(wèn)題。以險(xiǎn)道監(jiān)測(cè)為例，多數(shù)土木學(xué)者研究隨道的變形監(jiān)測(cè)主要集中

3、在圍巖穩(wěn)定分析等方面，而實(shí)際中將當(dāng)成一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制、預(yù)測(cè)的一體化研究較少。實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則（1）先進(jìn)性原則（2）實(shí)用性原則（3）可靠性原則（4）經(jīng)濟(jì)合理性原則（5）數(shù)據(jù)共享原則（6）模塊化設(shè)計(jì)原則工程監(jiān)測(cè)大型建筑物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)地鐵隧道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)GPS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件與硬件設(shè)計(jì)傳感器硬件設(shè)計(jì)測(cè)量機(jī)器人軟件設(shè)計(jì)大型建筑物監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 有關(guān)國(guó)計(jì)民生的大型建筑物有大壩、橋梁、地鐵、高層建筑等等。盡管每個(gè)項(xiàng)目都有著不同的地質(zhì)條件、不同的環(huán)境因素，具體的方案制定與項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程也不盡相同，不可能完全“克隆”，但基本的監(jiān)測(cè)思路、數(shù)據(jù)處理的基本原理卻有著相似之處。隧道變形監(jiān)測(cè)特

4、點(diǎn)（1）從形變特點(diǎn)看，隧道工程往往同時(shí)包含累積性變形和突發(fā)性變形，需要綜合使用靜態(tài)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。（2）從監(jiān)測(cè)內(nèi)容看，隧道工程需要同時(shí)監(jiān)測(cè)具有方向性的矢量信息（如位移、應(yīng)力、應(yīng)變）與非方向性的標(biāo)量信息（如滲流、襯棚質(zhì)量），需要多層次監(jiān)測(cè)。（3）從監(jiān)測(cè)周期看，隧道工程監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)，觀測(cè)頻率隨著監(jiān)測(cè)進(jìn)度而調(diào)整，儀器的選擇、預(yù)警等級(jí)的設(shè)計(jì)都需要與時(shí)俱進(jìn)。（4）從監(jiān)測(cè)精度看，隧道工程對(duì)不同時(shí)期的監(jiān)測(cè)精度要求不同，施工期間因應(yīng)力調(diào)整變形較大，精度要求稍低；而運(yùn)營(yíng)期間位移變化通常很小，相應(yīng)的觀測(cè)精度要求更高。（5）從監(jiān)測(cè)范圍看，隧道工程覆蓋范圍廣，不僅要監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)體本身,還需要進(jìn)行區(qū)域監(jiān)測(cè),做到宏觀監(jiān)測(cè)與微觀

5、監(jiān)測(cè)相結(jié)合。（6）從數(shù)據(jù)釆集看，隧道工程往往存在環(huán)境惡劣、野外數(shù)據(jù)釆集難等問(wèn)題，因此需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集方式。三維建模 一般來(lái)說(shuō),如果待建物體較為規(guī)則簡(jiǎn)單，可以使用編程語(yǔ)言直接建模；如果待建物體較為復(fù)雜，則可以借助第三軟件，導(dǎo)出三維模型文件進(jìn)行后處理。 在實(shí)際應(yīng)用中，可綜合使用這兩種方法。因?yàn)樾枰獦?gòu)建的三維模型往往比較復(fù)雜，圖形軟件接口(如OpenGL)提供的實(shí)體模型卻比較少也比較規(guī)則，難以建立復(fù)雜的三維實(shí)體，而三維建模軟件卻非常容易實(shí)現(xiàn)。但是三維建模軟件主要注重建模，結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)行交互非常困難，難以與監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行集成。此時(shí)跨平臺(tái)的OpenGL可以方便地實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè)信息與三維模型的

6、結(jié)合，同時(shí)集成到監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)中。系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)GPRS網(wǎng)絡(luò)通訊模塊開(kāi)發(fā)TM30在線控制模塊開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)處理中心程序設(shè)計(jì)工程三維可視化程序設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的部署與開(kāi)發(fā)系統(tǒng)性能優(yōu)化方法地鐵運(yùn)行變形監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)工程變形監(jiān)測(cè) 施工監(jiān)測(cè)是大型鋼結(jié)構(gòu)施工控制的基礎(chǔ)，這是因?yàn)榇笮弯摻Y(jié)構(gòu)施工過(guò)程復(fù)雜，影響其施工順利完成的因素很多：如所用材料性能與設(shè)計(jì)取值之間的差異；先期形成結(jié)構(gòu)（構(gòu)件）的截面特性等與分析取值之間的誤差；施工荷載與計(jì)算取值之間的差異；結(jié)構(gòu)模擬分析模型與實(shí)際情況之間的差別;；施工測(cè)量存在的誤差；施工條件與工藝非理想化的影響以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)和狀態(tài)參數(shù)實(shí)測(cè)中存在的誤差等。工程實(shí)例 某廊橋位于寧波市商務(wù)核心區(qū)，其主體

7、采用鋼結(jié)構(gòu)，跨度為71.8m，寬度為13.5m，總高度為38.7m，鋼結(jié)構(gòu)總重量約1300t, 1軸與2軸、9軸與10軸為四根箱型柱，2軸與9軸之間的結(jié)構(gòu)由兩端八根立柱支撐，廊橋18.4m以上兩側(cè)立面上下弦為箱型梁，上下弦通過(guò)垂直立桿和斜腹桿進(jìn)行連接，垂直立桿為箱型，主斜腹桿為箱型，次斜腹桿為方管。1軸與3軸之間18.4m以下結(jié)構(gòu)構(gòu)件為箱型截面；18.4m以上結(jié)構(gòu)。9軸與10軸之間結(jié)構(gòu)以及3軸與9軸18.4m以上結(jié)構(gòu)為層狀，結(jié)構(gòu)構(gòu)件為H型鋼，與兩側(cè)構(gòu)件通過(guò)圓管進(jìn)行連接。箱形截面的柱和梁通過(guò)剛性連接而成，支撐與主要構(gòu)件間的連接均為鉸接,，支座和下部混凝土結(jié)構(gòu)采用預(yù)埋件進(jìn)行剛性連接，柱腳鉸接。結(jié)構(gòu)

8、樓面花紋鋼板采用Q235B，其余構(gòu)件均采用Q345B結(jié)構(gòu)鋼。監(jiān)測(cè)方法 基于無(wú)線傳感技術(shù)的應(yīng)力、振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工程采用基于無(wú)線傳感技術(shù)的應(yīng)力與振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)更加方便、快捷和安全。可以根據(jù)需要調(diào)整監(jiān)測(cè)頻率，在整個(gè)吊裝過(guò)程中對(duì)目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行持續(xù)的數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸，迅速對(duì)數(shù)據(jù)做出判斷，保證吊裝過(guò)程安全。（1）應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法 應(yīng)力監(jiān)測(cè)采用無(wú)線振弦式應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。振弦式傳感器是目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的一種直接輸出振弦的自振頻率信號(hào)的非電量電測(cè)的傳感器，具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄移小、溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，與工程、科研中普遍應(yīng)用的電阻應(yīng)變計(jì)相比，有著突出的優(yōu)越性。另外

9、，本工程地處寧波，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的天氣情況可知，雨水天氣較多，采用電阻應(yīng)變片，對(duì)于防水等問(wèn)題是一個(gè)難題。振弦式傳感器可以同時(shí)測(cè)量測(cè)點(diǎn)附近的溫度。（2）振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法 采用一種低成本、低功耗、功能完善的無(wú)線三軸加速度芯片傳感器。該傳感器制作精細(xì),采用單極低通濾波，自動(dòng)溫補(bǔ)，測(cè)量敏感度可根據(jù)需要在士1.6g6g內(nèi)調(diào)節(jié)，既可測(cè)量動(dòng)態(tài)加速度（如振動(dòng)加速度），又能測(cè)量靜態(tài)加速度（如重力加速度），可根據(jù)重力調(diào)零而無(wú)需輔助設(shè)備。其內(nèi)含休眠模式更加適用于節(jié)能管理。（3）結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè) 吊裝過(guò)程中，兩側(cè)反力架會(huì)產(chǎn)生變形，變形的大小是結(jié)構(gòu)能否正常對(duì)接的關(guān)鍵；吊裝部分結(jié)構(gòu)的重量大且不對(duì)稱，吊裝過(guò)程中可能會(huì)產(chǎn)生較大撓度，甚至傾

10、斜。結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位移監(jiān)測(cè)按大地測(cè)量學(xué)原理，在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上安裝反射片，采用徠卡TPS1200全自動(dòng)全站儀（測(cè)量機(jī)器人）進(jìn)行三維坐標(biāo)測(cè)量。測(cè)量機(jī)器人能連續(xù)或定時(shí)對(duì)多個(gè)目標(biāo)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別、找準(zhǔn)、跟蹤、測(cè)角、測(cè)距和三維坐標(biāo)測(cè)定，系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，測(cè)量精度高，能全天候作業(yè)。GPS GPS 實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件部分主要完成數(shù)據(jù)的采集及分包傳輸?shù)裙δ埽瑐鹘y(tǒng)的大地測(cè)量型接收機(jī)不包含數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸功能，且價(jià)格較為昂貴。在滑坡、大壩等相關(guān)形變監(jiān)中，我們通常需要將 GPS 接收機(jī)長(zhǎng)期固定到監(jiān)測(cè)區(qū)域，采用常規(guī)的大地測(cè)量型接收機(jī)勢(shì)必造成較大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，所以我們可以選擇 GPS OME 板

11、按需設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)且能滿足監(jiān)測(cè)需求的 GPS 接收機(jī)。另外，在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中，有時(shí)不僅僅需要 GPS 傳感器，還需要集成一些例如位移計(jì)、加速度計(jì)、測(cè)斜儀等其他傳感器，故為滿足 GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求有必要對(duì)其硬件系統(tǒng)做出專門(mén)的設(shè)計(jì)與研究。MSP430F149 單片機(jī)OEM star GPS 板卡嵌入式 GPRS DTU128*64 液晶顯示屏MSP430 單片機(jī) IAR 硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)GPS GPS 硬件接收機(jī)二次研發(fā)供電單元設(shè)計(jì)MSP430 單片機(jī)與 OEM star 的通訊實(shí)現(xiàn)GPRS 通訊實(shí)現(xiàn)屏幕顯示功能模塊研發(fā)GPS 接收機(jī)整體組裝GPS GPS 實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與研發(fā)功能需求 Lab

12、VIEW Lab VIEW 開(kāi)發(fā)平臺(tái) 基于圖形的編程語(yǔ)言，它和文本編程語(yǔ)言有很大區(qū)別，它的程序代碼是基于圖形的代碼，采用“所見(jiàn)即所得”可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，開(kāi)發(fā)人員不需寫(xiě)任何文本程序代碼，只需按照需求分析設(shè)計(jì)的流程圖思路來(lái)直觀的開(kāi)發(fā)軟件系統(tǒng)。圖形化編程語(yǔ)言一般包含較豐富的界面控件和圖形Lab VIEW 是目前普及率僅次于C/C+的編程語(yǔ)言，以龐大的數(shù)據(jù)采集功能和可視化的編程技術(shù)見(jiàn)長(zhǎng)，其開(kāi)發(fā)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他文本編程語(yǔ)言。數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)管理子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析結(jié)果的存儲(chǔ)與管理，是 GPS 實(shí)時(shí)變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。LabVIEW 本身沒(méi)有數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)和連接功能，但是

13、LabVIEW 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的連接并不特別困難。 利用 NI 公司開(kāi)發(fā)的 Database Connectivity Toolkit 工具包，該工具包集成了大量訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的函數(shù)，支持對(duì) SQL server，MySQL,Acsess 等數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，使用較方便節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，運(yùn)行速度良好傳感器網(wǎng)絡(luò) 整個(gè)系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、自動(dòng)采集數(shù)據(jù)處理模塊、遠(yuǎn)程無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控主機(jī)（數(shù)據(jù)采集管理軟件）四部分組成。傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，匯聚節(jié)點(diǎn)主要由MCU和控制器組成，MCU負(fù)責(zé)對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并加入通信協(xié)議，控制器主要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)測(cè)與上位機(jī)保持同步；無(wú)線通信模塊負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程無(wú)線通信數(shù)據(jù)的發(fā)送和接

14、收；監(jiān)控主機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)接收采集到的傳感器數(shù)據(jù)，并將接收的數(shù)據(jù)保存到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)傳感器模塊設(shè)計(jì)傳感模塊由傳感器電路、調(diào)制電路和模擬信號(hào)開(kāi)關(guān)組成。傳感器電路先將沉降、位移、傾斜、應(yīng)力應(yīng)變等信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后通過(guò)模擬信號(hào)開(kāi)關(guān)，對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行切換，各種信號(hào)共用一片放大器及 A/D 轉(zhuǎn)換電路，由控制電路給出的控制信號(hào)依次將兩種模擬信號(hào)選通，經(jīng)過(guò)調(diào)制電路進(jìn)行放大，輸出模擬信號(hào)。前置放大電路設(shè)計(jì)多路模擬信號(hào)開(kāi)關(guān)A/D A/D 轉(zhuǎn)換芯片電路A/D 轉(zhuǎn)換器的選型原則(l)確定 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。(2)選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。(3)選擇合適的量程。(4)判斷是否需要采樣/保持器。(5)選擇 A/D 器件的輸出接口。測(cè)量機(jī)器人系統(tǒng)軟件構(gòu)成 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成分為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)三大部分功能。數(shù)據(jù)采集