導(dǎo)語(yǔ)：遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)用論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:本文在闡述結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式的基礎(chǔ)上,對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室原型系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),建立了由不同類型傳感器、不同傳輸方式組成的遠(yuǎn)程分布式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理論研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞:遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè);實(shí)驗(yàn)室;平臺(tái);硬件設(shè)備

TheApplicationResearchontheLaboratoryPlatformofLong-distanceMonitoringSystem

OUYANGHeJia

InformationCenter;theChildren''''sHospital;ChongqingMedicalUniversity400014

Abstract:basedondescribingtheformofstructuralremotemonitoringsystem,thelaboratoryprototypeofremotemonitoringsystemisdesigned,andthedistributedlong-distancehealthmonitoringsystemwithdifferenttypesofsensorsandtransmissionformsisconstructedwhichprovidesalaboratoryplatformfortheoreticalstudiesofstructuralmonitoringsystem.

Keywords:long-distancemonitoring;Laboratory;platform;hardwareequipment

引言

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,特別是Internet技術(shù)的發(fā)展,信息高速公路的開(kāi)通,推動(dòng)了遠(yuǎn)程診斷技術(shù)的產(chǎn)生與廣泛應(yīng)用。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ㄐ旁O(shè)備連接起來(lái)的一個(gè)分布式監(jiān)測(cè)與集中型診斷系統(tǒng),它可以同時(shí)將多個(gè)對(duì)象的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集中到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心進(jìn)行統(tǒng)一管理、控制和診斷。遠(yuǎn)程傳輸從總體上來(lái)說(shuō)有:C/S(Client/Server客戶端/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)、B/S(Browser/Server瀏覽器/服務(wù)器)結(jié)構(gòu)以及面向Agent的CORBA技術(shù)[1]。

1.遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式[1]:文中闡述了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ猛ㄐ旁O(shè)備連接設(shè)備和技術(shù);

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基于集中式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和分布式在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),采用若干臺(tái)中心計(jì)算機(jī)作為損傷診斷服務(wù)器,在結(jié)構(gòu)關(guān)鍵位置上建立狀態(tài)觀測(cè)點(diǎn),通過(guò)在觀測(cè)點(diǎn)上永久安裝的傳感器獲取結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,經(jīng)過(guò)信號(hào)預(yù)處理、A/D轉(zhuǎn)換后輸入本地監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī),然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)連續(xù)實(shí)時(shí)地采集結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù),而在技術(shù)力量較強(qiáng)的科研院所、大學(xué)建立遠(yuǎn)程分析診斷中心,為結(jié)構(gòu)提供遠(yuǎn)程技術(shù)支持和保障,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將觀測(cè)點(diǎn)連接成一個(gè)復(fù)雜的監(jiān)測(cè)網(wǎng),任何一個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都可以提出請(qǐng)求服務(wù)的要求,在異地的診斷服務(wù)中心接到請(qǐng)求服務(wù)的信息后,可以提供各種服務(wù),并返回診斷結(jié)果。同時(shí),遠(yuǎn)程服務(wù)中心也可以從網(wǎng)上直接獲取目前各觀測(cè)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)信號(hào)、歷史數(shù)據(jù)以及本地診斷的結(jié)果,從而形成一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。一旦出現(xiàn)本地系統(tǒng)不能處理的現(xiàn)象,可以在短時(shí)間內(nèi)調(diào)動(dòng)互連網(wǎng)內(nèi)的所有診斷資源,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的早期損傷診斷和及時(shí)維修,使結(jié)構(gòu)安全使用。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由作為監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)、傳感檢測(cè)子系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)的局域網(wǎng)子系統(tǒng)、Internet和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)中心子系統(tǒng)組成,其系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

傳感檢測(cè)子系統(tǒng)的工作主要是由各種各樣的傳感器、變送器和采集設(shè)備完成,也稱為數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。

本地監(jiān)測(cè)與損傷診斷子系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊將各監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集處理單元采集的最底層結(jié)構(gòu)對(duì)象實(shí)時(shí)工作狀態(tài)信息寫入狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù),并在屏幕上顯示工程結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)可視化狀況,對(duì)損傷狀況進(jìn)行預(yù)警。同時(shí),若在本地?zé)o法識(shí)別損傷狀況時(shí),則向遠(yuǎn)程損傷診斷中心發(fā)出求救請(qǐng)求,將實(shí)時(shí)信息轉(zhuǎn)換成能夠被遠(yuǎn)程損傷診斷中心識(shí)別的信號(hào)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,通過(guò)Internet將信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)程診斷中心,尋求診斷方案,將遠(yuǎn)程診斷的結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器,并更新本地監(jiān)測(cè)顯示[2]。

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和損傷診斷中心主要由知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)、推理模塊、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)模塊組成。推理模塊是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和損傷診斷系統(tǒng)的核心,主要完成由損傷現(xiàn)象尋找損傷原因、判斷損傷程度和損傷類型的過(guò)程,采用模糊反向推理算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法或基于小波分析算法等實(shí)現(xiàn)多種有效的推理。知識(shí)庫(kù)包括規(guī)則庫(kù)、概念庫(kù)和圖形庫(kù)是遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)的知識(shí)部分。隨著結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行將可能出現(xiàn)原有的知識(shí)庫(kù)中沒(méi)有的新的狀況,知識(shí)庫(kù)管理和機(jī)器學(xué)習(xí)則不斷地修正和更新知識(shí)庫(kù),從而完善原有的知識(shí)庫(kù)。

隨著監(jiān)測(cè)對(duì)象向巨型化、復(fù)雜化發(fā)展,對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要布設(shè)的觀測(cè)點(diǎn)越來(lái)越多,產(chǎn)生的中間數(shù)據(jù)和狀況評(píng)估數(shù)據(jù)也越來(lái)越多,而且有些數(shù)據(jù)需要多次使用,這樣,為了使數(shù)據(jù)能夠充分共享,不產(chǎn)生冗余,應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化統(tǒng)一管理是必要的,在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中,將健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行分類管理,分別建立對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù),如實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)估系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、工程模型數(shù)據(jù)庫(kù)、評(píng)估結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)等,可以將這些數(shù)據(jù)庫(kù)集中在一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)很大時(shí),也可以將這些數(shù)據(jù)庫(kù)分布在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)地方,形成分布式數(shù)據(jù)庫(kù),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)共享。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)是建立在客戶機(jī)/服務(wù)器基礎(chǔ)上的,目前很多數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)都支持C/S服務(wù),如SQLServer2000、Oracle、Sybase、DB2等商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)軟件。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)可以采用多層數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.實(shí)驗(yàn)室原型系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室原型試驗(yàn)平臺(tái)就是應(yīng)用于工程實(shí)踐環(huán)節(jié)的中間平臺(tái)。在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)經(jīng)常會(huì)進(jìn)行一些嘗試性的試驗(yàn),如果全部采用高靈敏度設(shè)備,試驗(yàn)的投入就要大大增加,為了節(jié)約成本,又能達(dá)到試驗(yàn)平臺(tái)的功能目的,通常在試驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)中加入了簡(jiǎn)易設(shè)備系統(tǒng),在滿足要求的基礎(chǔ)上達(dá)到最佳性價(jià)比。

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

通常而言,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)由不同的子結(jié)構(gòu)部分組成。以常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)為例,它的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)平臺(tái)主要由電源、激振器、傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)分析、試驗(yàn)結(jié)果和試驗(yàn)過(guò)程網(wǎng)絡(luò)幾個(gè)部分組成。為了加強(qiáng)儀器設(shè)備的管理,為分散獨(dú)立的儀器設(shè)備設(shè)計(jì)了專門的機(jī)柜,它們通常為不間斷電源UPS的電池柜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)柜、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器柜和WEB服務(wù)器柜[2][3]。

2.2子系統(tǒng)功能

電源模塊為試驗(yàn)平臺(tái)各個(gè)組成部分提供電源,當(dāng)試驗(yàn)過(guò)程突然斷電時(shí)啟動(dòng)UPS電源,保證試驗(yàn)的順利完成。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)柜為獲取得到所需要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的設(shè)備儀器系統(tǒng),并解調(diào)為數(shù)字信號(hào),存儲(chǔ)到解調(diào)器的存儲(chǔ)區(qū),同時(shí)也可以將采集數(shù)據(jù)通過(guò)通信傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)中心。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器存儲(chǔ)整個(gè)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、經(jīng)過(guò)處理和計(jì)算的數(shù)據(jù)以及診斷分析結(jié)果。

WEB服務(wù)器主要是試驗(yàn)平臺(tái)的相關(guān)信息,例如試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程和試驗(yàn)的分析結(jié)果。2.3試驗(yàn)平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)分析時(shí),就需要安裝足夠的數(shù)據(jù)采集設(shè)備,在大量數(shù)據(jù)采集的情況下,如果將采集的數(shù)據(jù)集中到一臺(tái)機(jī)器上收集和處理,就會(huì)出現(xiàn)瓶頸現(xiàn)象,使集中式處理機(jī)由于負(fù)載過(guò)重不僅不能將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)教幚碇行?也容易使系統(tǒng)崩潰,因此,建議在試驗(yàn)平臺(tái)中,采用了分布式數(shù)據(jù)采集和分布式數(shù)據(jù)處理與分析的構(gòu)架,將電致采集的任務(wù)分配到多個(gè)工作站上,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集分配在一個(gè)工作站上。

2.4試驗(yàn)原型系統(tǒng)各子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

試驗(yàn)原型系統(tǒng)各子系統(tǒng)由模型實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行模擬，以結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為例，模型試驗(yàn)臺(tái)包括兩個(gè)放置結(jié)構(gòu)試驗(yàn)物理模型的臺(tái)面，一個(gè)方便移動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷暮J吊，兩個(gè)激振器。以及兩套與激振器相配套的功率放大器。

電源模塊為試驗(yàn)平臺(tái)各個(gè)組成部分提供電源，配有不間斷電源，并對(duì)每個(gè)機(jī)柜采用獨(dú)立空氣開(kāi)關(guān)控制，試驗(yàn)時(shí)可以自由配置試驗(yàn)資源。該系統(tǒng)包括動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)所需的信號(hào)調(diào)理器、直流電壓放大器、抗混濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、緩沖存儲(chǔ)器以及采樣控制和計(jì)算機(jī)通訊的全部硬件，而且提供了充分考慮用戶方便操作本系統(tǒng)所需的控制軟件及分析軟件，是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)、智能化的動(dòng)態(tài)信號(hào)測(cè)試分析系統(tǒng)。當(dāng)該系統(tǒng)需要的采集通道或者是采集信號(hào)的類型不夠時(shí)，可以進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)展可以在本臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行，也可以將采集任務(wù)分布到多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間可以通過(guò)以太網(wǎng)連接擴(kuò)展的多臺(tái)計(jì)算機(jī)。一臺(tái)計(jì)算機(jī)可控制N個(gè)模塊，每個(gè)模塊M個(gè)通道，則每臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可控制128個(gè)通道，能滿足多通道、高精度、高速動(dòng)態(tài)信號(hào)的測(cè)量需求，多臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)可由同步采樣時(shí)鐘控制同步采樣，通過(guò)以太網(wǎng)將各計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相連接，由網(wǎng)絡(luò)控制軟件模塊進(jìn)行全系統(tǒng)的集中操作控制及數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理，從而構(gòu)成多計(jì)算機(jī)并行同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展后的系統(tǒng)可以對(duì)應(yīng)變應(yīng)力、壓力、扭矩、荷重、溫度、位移、速度和加速度等物理量進(jìn)行自動(dòng)、準(zhǔn)確、可靠的動(dòng)態(tài)測(cè)試和分析。

數(shù)據(jù)采集模塊主要完成同步采樣、前置放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和DDS頻率合成功能，模塊具有1394接口和自定義并口接口擴(kuò)展。采集模塊的AD轉(zhuǎn)換器為16位，瞬時(shí)采樣頻率從100Hz到100KHz可切換。連續(xù)采樣的最高采樣頻率要根據(jù)系統(tǒng)所擴(kuò)展的通道數(shù)而定，在應(yīng)用中要注意最高采樣頻率的設(shè)置。

同時(shí)，在工程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)信號(hào)的采集和處理，也就是硬件是實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的前提條件，但是單由硬件不能構(gòu)成一個(gè)完整的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，和硬件系統(tǒng)同樣重要的是軟件系統(tǒng)，兩者構(gòu)成一個(gè)完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，兩者的性能都影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，所以軟件設(shè)計(jì)的方法和功能對(duì)系統(tǒng)的整體性能有很大的影響。實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)平臺(tái)的軟件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊、外激勵(lì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理模塊、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理評(píng)估模塊、網(wǎng)絡(luò)模塊四個(gè)模塊組成。通過(guò)在已有硬件的基礎(chǔ)上，將各軟件模塊集成為一個(gè)有機(jī)的整體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工程結(jié)構(gòu)運(yùn)行狀況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)。

2.5網(wǎng)絡(luò)模塊

不僅實(shí)驗(yàn)室成員可以查看試驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的實(shí)時(shí)工作狀況,還將試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)時(shí)工作狀態(tài)傳送到局域網(wǎng)或Internet上,其它用戶可以通過(guò)Web瀏覽方式訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)情況。這項(xiàng)功能由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和Web服務(wù)器完成。試驗(yàn)平臺(tái)開(kāi)發(fā)了自身Web服務(wù)器,可以將實(shí)驗(yàn)室的模型試驗(yàn)進(jìn)行遠(yuǎn)程。

Web的有兩種方式,一種是與常用的網(wǎng)絡(luò)一樣,在Web服務(wù)器設(shè)計(jì)過(guò)程中編寫具體模型試驗(yàn)需要被訪問(wèn)的數(shù)據(jù)網(wǎng)頁(yè),該網(wǎng)頁(yè)可以由多個(gè)有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)頁(yè)組成,網(wǎng)頁(yè)的數(shù)據(jù)來(lái)源于數(shù)據(jù)采集、分析處理、診斷分析和評(píng)估數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)。另一種方式就是應(yīng)用美國(guó)國(guó)家儀器有限公司開(kāi)發(fā)的在測(cè)量系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabView軟件平臺(tái),在該軟件平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的用戶軟件,可以通過(guò)該軟件的一個(gè)特殊功能,將模型試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上,這種網(wǎng)絡(luò)方式還是需要構(gòu)架實(shí)驗(yàn)室的Web服務(wù)器,但是不需要編寫很多網(wǎng)頁(yè),只要將被訪問(wèn)的軟件模塊在LabView的環(huán)境中即可,其它可以通過(guò)用戶軟件的事件響應(yīng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)訪問(wèn)。

3.結(jié)論

本文研究了結(jié)構(gòu)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)平臺(tái)各組成部分,建立了由不同類型傳感器、不同傳輸方式組成的遠(yuǎn)程分布式健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng),不僅為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理論研究提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái),還為結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用提供實(shí)踐依據(jù)。

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