一种基于云平台的桥梁健康监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于云计算技术的桥梁健康监测系统，属于桥梁健康监测领域。
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【背景技术】
[0003]近年来随着计算机技术、通信技术、嵌入式传感器等技术的不断发展，利用计算机系统进行自动健康监测已经成为目前桥梁监测所采取主要方法。随着各级政府对桥梁养护管理的愈发重视，桥梁健康监测系统作为一种重要的桥梁养护辅助决策手段得到了广泛应用，有利的保障了桥梁的运营安全。通过对国内外已有桥梁健康监测系统的分析，发现多数桥梁健康监测系统均设计成一个独立的体系。虽然对单体桥梁而言，可以起到增强桥梁养护管理的作用，但对同一管理部门下辖多座桥梁，如仍采用“各自为营”，相互独立建设的方式，势必会造成系统硬件的浪费和系统管理维护的高成本。
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【发明内容】
[0005]为了解决已有监测中存在的诸多问题的需要而进行的，可以更有效的整合资源，为桥梁安全评估提供直接的参考依据。
[0006]本发明得技术方案包括:
(1)数据采集单元，分散安装在需要监测的各个桥梁现场，负责实时采集各种传感器数据。
[0007](2)数据转发单元，安装在需要监测的各个桥梁现场，负责将数据采集单元实时采集的各种数据转发到数据中心的云存储单元。
[0008](3)云存储单元，使用HBase分布式数据库技术来存储大量监测数据，设计时考虑大容量、高检索速率、高可靠性等因素，此外还需要考虑数据加密和容灾备份等；
(4)云计算处理单元，云计算处理单元负责将云存储单元的数据进行计算和处理，使用Map/Reduce并行编程计算模型，将计算和处理后的内容通过客户端提供给用户使用。
[0009](5)客户端单元，客户端单元是用户访问的入口，负责将用户所需求的数据展示给用户，供用户查阅，主要方式有Web页面或移动客户端。
[0010]所述数据采集单元负责实时采集各种传感器的数据，数据转发单元负责将数据采集单元的实时数据通过WALN传输到云存储单元，云储存单元负责数据的存储，供后期数据搜索和数据分析使用，云计算处理单元负责对实时数据或历史数据进行计算和处理，将计算和处理后的结果通过客户端单元提供给用户使用，客户端单元是系统的入口。因此，数据采集单元和数据转发单元相连，数据转发单元和云存储单元相连，云存储单元和云计算处理单元相连，云计算和处理单元和客户端单元相连，各单元共同协作，组成桥梁健康监测系统。
[0011]有益效果本系统具有以下优点:
1.从系统资源成本与利用方面考虑:传统的单桥单系统模式决定了每座桥梁都需要配置一整套的IT基础设备，这就会导致整个系统IT基础设备成本提高和资源评价利用率的降低。基于云平台的系统，每座桥梁公用一套IT基础设备，这样平均资源利用率会大大提尚。
[0012]2.从系统的开发部署周期考虑:传统的监测系统，每座桥梁都需要从底层开始配置IT设施架构，需要配置单独的服务器和监控室。对于每一座桥梁都需要重复进行这一整套过程，是非常耗时和低效的。基于云平台的监测系统只需要在每座桥梁上配置采集系统和转发系统即可，省去了一部分工作，部署效率大大提高了。
[0013]3.从系统的后期运维考虑:在系统投入使用后，随着业务的更新升级，一方面包括数据量的增加，另一方面新增业务功能的逐步添加，传统的每一套系统都要单独的业务升级，势必造成运维成本的增大。基于云平台的监测系统统一进行业务升级和扩展，后期运维成本更低。
[0014]4.海量数据的计算、存储和管理:对于桥梁监测系统而言，每时每刻都会产生大量监测数据，一方面，桥梁现场监测室很少配备能应对海量监测数据的专业技术力量，经常会发生面对大量数据却不能及时得到有效信息的现象；另一方面，随着时间的推移，传统的系统必不可少的会要求增加存储设备容量，扩展数据库空间；其次，每个桥梁监测中心的数据分别存储，相互之间形成信息孤岛。分散式的数据存储，既不利于以一套统一开发标准对数据进行维护管理，也不能够实现存储资源的整合化和集约化。本发明的技术方案可以有效解决上述问题。
[0015]因此本系统可以有效的规避和解决已有监测系统存在的种种问题，具有较高的工程使用价值和广阔的市场前景。
[0016]
【附图说明】
[0017]图1所示为基于云平台的桥梁健康监测系统框图。
[0018]图2所示为基于云平台的桥梁健康监测系统组成单元图。
[0019]图3所示为云存储单元整体架构。
【具体实施方式】
[0020]为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
[0021]—、根据系统框图和系统组成单元图制定工作计划和分配工作任务:结合图1所示的云平台桥梁健康监测系统框图，我们可以看出，本系统主要由感知层(包括各种传感器)、传输层(包括光纤宽带网络)、支撑层(云计算、云存储和云处理技术)和应用层(提供的各种服务)组成。结合图2所示的系统组成单元图，我们可以看出本系统组要由数据采集单元、数据传输单元、云存储单元、云处理单元和客户端单元组成。数据采集单元负责负责进行数据的实时采集，由数据传输单元将数据传输到云存储单元进行数据存储，云处理单元负责将源数据进行处理，满足不同的用户需求，客户端单元是数据访问的入口，用户可以通过本单元进行数据浏览和数据分析工作。分析两图，我们可以根据系统单元组成采购各种物理设备，根据系统分层制定工作步骤、工作计划及进行工作的合理分配等等，接下来的工作需要按照本步骤制定的工作步骤和工作计划展开。
[0022]二、桥梁现场采集和转发单元的搭建:根据步骤一制定的工作计划，首先我们应该搭设感知层，在桥梁现场依据传感器安装布置图，进行布线和安装各种传感器，将各个传感器和数据采集单元相连，采集单元和数据转发单元相连，数据转发单元通过以太网或者3G/4G网络将实时采集的数据上传到数据中心的云存储单元，进行数据存储。
[0023]三、云存储单元的架构设计:如图3所示，云存储单元整体架构可以划分为四个层次，自底向上依次是:数据存储层、数据管理层、数据服务层及用户访问层。数据存储层:各种传感器数据统一存放在云储存系统中，形成一个海量的数据池，设计时要考虑吞吐性能和高并发、高容量的要求；数据管理层:云存储单元的数据管理层为上层提供不同服务间公共管理的统一视图。通过设计统一的用户管理、安全管理、副本管理及策略管理等公共数据管理功能，将底层存储及上层应用无缝衔接起来，实现多存储设备之间的协同工作，以更好的性能对外提供多种服务；数据服务层:根据不同用户的不同需求，可以开发出不同的应用接口，提供相应的服务；用户访问层:通过用户访问层，任何一个授权的用户都可以在任何地方，使用一台联网的终端设备，按照标准的公用应用接口来登录云存储平台，享受云存储服务。
[0024]四、云计算处理单元设计:设计时应考虑按需服务、高扩展性、自服务自动化和服务可度量等要求。按需服务:云计算是一个把信息技术作为服务(IT as a Service)提供的一种方式。这种服务的概念都是从消费方(用户)角度出发，而不是从服务提供方出发考虑问题，因此，云计算要求按需服务，即用户可以根据需求即时得到服务；高扩展性:云计算平台的资源池相对于单个用户的需求而言是比较大的，因此考虑到会有大量不同用户共用一个资源池，他们之间的资源使用模式一般存在一定的互补性，所以对于某个用户的需求而言，云计算具有很高的扩展性；自服务自动化:自服务就要求提供尽量简单的用户操作界面，简化用户操作，降低用户使用服务的难度，只有这样自服务才能被用户所接受，而且由于是人机交互，因此服务响应速度的要求就会更高。所有这一切都需要通过后台自动化的方式才能实现，也就是说后台自动化是前台自服务的保障；服务可度量:云计算作为服务提供的方式，需要对服务进行度量。一般服务提供方和用户之间需要有一个服务水平协议(SLA)。这样对于私有云来说，可以根据服务情况进行内部费用核算。而对于公有云来说，服务可度量就是计费的前提，然后根据实际使用量来进行计费。
[0025]五、客户端单元设计:这里对应图1中的应用层，客户端单元是用户访问系统的入口，总体原则:以用户为中心，应满足界面友好，易于上手的特性；清楚一致的设计，Web页面和移动客户端界面和风格保持一致，所有具有相同含义的术语保持一致，且易于理解；较快的相应速度，用户输入指令后，应较快的将结果反应给客户。
【主权项】
1.一种基于云平台的桥梁健康监测系统，其特征在于，包括: 数据采集单元，数据转发单元，云存储单元，云计算处理单元，云计算处理单元，客户端单元，数据采集单元和数据转发单元相连，数据转发单元和云存储单元相连，云存储单元和云计算处理单元相连，云计算和处理单元和客户端单元相连， 所述数据采集单元负责实时采集各种传感器的数据，数据转发单元负责将数据采集单元的实时数据通过WALN传输到云存储单元，云储存单元负责数据的存储，供后期数据搜索和数据分析使用，云计算处理单元负责对实时数据或历史数据进行计算和处理，将计算和处理后的结果通过客户端单元提供给用户使用，客户端单元是系统的入口。2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于:云存储单元采用HBase分布式数据库技术来存储大量监测数据。3.根据权利要求1或2所述的监测系统，其特征在于:云计算处理单元采用Map/Reduce并行编程计算模型。
【专利摘要】一种基于云平台的桥梁健康监测系统，该系统主要由数据采集单元、数据转发单元、云存储单元、云计算处理单元和客户端单元组成。数据采集单元安装在需要检测的各个桥梁处，负责采集桥梁上各种传感器的数据；数据转发负责将数据采集单元采集的实时数据通过以太网发送到云平台的云存储单元；云存储单元负责数据的存储，方便数据后期分析和搜索使用；云计算处理单元提供数据搜索和统计计算功能等；客户端单元是用户访问系统的入口，负责和用户进行交互，主要访问方式有Web浏览器方式和移动客户端方式。本系统将桥梁监测数据进行统一管理、统一存储和统一计算，可以根据用户需求定制系统功能，复用性高，具有较高的工程应用价值。
【IPC分类】H04L29/08, G08C17/02
【公开号】CN105306557
【申请号】CN201510647315
【发明人】张亚运, 钱国明, 何聪
【申请人】南京邮电大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年10月9日