专利名称：基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及桥梁安全实时监控技术领域，具体涉及一种基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统。
背景技术：
桥梁建设是国家重要的基础建设之一，桥梁工程是关系社会和经济协调发展的生命线工程。桥梁建设的快速发展，巨大的资金投入，在经济社会中的显赫作用，使得人们对桥梁的安全性、耐久性越来越重视。与此同时，我国的桥梁面临着与国际上众多国家的桥梁同样的问题，那就是有一大批桥梁已进入老龄阶段，一些桥梁早已出现各种病害，却常年带病运营，潜伏着巨大的安全隐患。此外，因当初的设计荷载标准与当今的实际荷载条件已不
相当而带来的结构安全的检测评估问题；很多桥梁承载能力不足、桥面宽度不符合当前的行车要求。不及时消除桥梁建设、运行中的安全隐患，势必造成经济和人员的巨大损失，而不合理的、过早的改造又是一项巨大的经济负担，将耗费大量资金，并引发交通中断等许多社会问题。超期超载使用的各种危桥、旧桥不在少数，车毁人亡的桥梁事故时有发生。为提高桥梁治理水平，更准确判定桥梁实际工作状况，为桥梁加固或大修提供依据，在桥梁外观病害检查的基础上，对现有服役桥梁进行安全监控，实时掌握桥梁安全状态数据成为保障交通安全促进社会和谐的重大课题。长期以来，对于桥梁的安全检测一直以人工方法为主。人工检测监控不仅需要大量的人力物力，而且不能及时发现问题，不能完全满足桥梁安全监控信息采集的需要。桥梁安全实时监控系统采用应力、应变、位移、速度、加速度等力学传感器，以及温度、湿度等环境传感器构成传感网络，通过现代通信技术将采集信息实时传输到信息中心分析和处理，从而实现对桥梁安全状况的实时监控、分析、评估，以及危险桥梁的及时预警。目前，国内外大型桥梁安全监控系统多针对单个桥梁进行数据采集与检测，由于测点众多且分布分散，彼此之间相距甚远，且数据传输多通过有线网络完成，不仅安装布线麻烦、成本高，而且也难以实现对多个大型桥梁(桥梁集群)安全状况的同时监控。Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备(如PDA、手机)等终端以无线方式互相连接的技术。由于Wi-Fi的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。Wi-Fi网络技术的迅猛发展，为集群式桥梁安全监控提供了良好的通信网络基础。本发明将Wi-Fi网络技术运用于桥梁安全监控系统中，通过软件和硬件的自主开发，实现集群式桥梁安全实时监控系统。
发明内容本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，本系统采用在被监控的桥梁上安装桥梁安全状态数据采集与处理子系统，在后台安装桥梁安全实时监控中心，并采用Wi-Fi网络技术来实现桥梁安全状态数据采集与处理子系统与桥梁安全实时监控中心之间的数据传输，从而降低了施工难度与成本，监控点的布置更为灵活。本发明目的还在于提供上述基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统的实现方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，包括设置于桥梁上的桥梁安全状态数据采集与处理子系统，用于实时采集桥梁的安全状态参数并生成桥梁安全监控数据，采用无线方式上传至桥梁安全实时监控中心设置于后台的桥梁安全实时监控中心，用于接收桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据，并藉此得出安全状态评估、比较及寿命预测，以及桥梁维护保养策略； 本基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统包括多个桥梁安全状态数据采集与处理子系统，各子系统均通过无线方式与桥梁安全实时监控中心进行数据传输。以此实现集群式桥梁安全实时监控。所述桥梁安全状态数据采集与处理子系统与桥梁安全实时监控中心之间的通信方式为Wi-Fi网络技术。具体采用的接入形式，可根据桥梁、监控中心所在区域的具体通信方式的信号覆盖面积与信号强度选择。具体的实现方案是所述桥梁安全状态数据采集与处理子系统设置有桥梁环境监控子系统，实时测量桥梁环境参数，包括风向风速、温湿度、气压等；桥梁整体振动监控子系统，测量桥梁整体结构沿纵、横向振动参数；桥梁结构应力应变监控子系统，结构的动静态应力应变参数；数据预处理与无线发送系统，按照测量桥梁环境参数、桥梁整体结构形变参数、结构的动静态应力应变参数等各种不同参数的采集频率要求，对原始参数进行平滑滤波处理，经整理后，形成桥梁安全监控数据存储到新建的数据存储表，通过无线方式定期将桥梁安全监控数据发送到集群式桥梁安全监控中心。所述桥梁环境监控子系统设置有风向风速传感器、温湿度传感器、气压传感器等；所述桥梁整体振动监控子系统设置有GPS振动测量系统；测量桥梁整体沿横纵方向振动参数。所述桥梁结构应力应变监控子系统设置有电阻式应力应变传感系统或者光纤光栅传感系统，均用于结构的动静态应力应变参数，通过对结构动应力应变的监控，可以较好地掌握桥梁的受动态荷载(车辆、地震、台风)下结构的响应。所述数据预处理与无线发送系统设置有SAM9G10微处理器，用于按照测量桥梁环境参数、桥梁整体结构振动参数、结构的动静态应力应变参数等各种不同参数的采集频率要求，对原始参数进行平滑滤波处理，经整理后，形成桥梁安全监控数据存储到数据存储表；无线通信模块，用于将数据存储表中的桥梁安全监控数据发送到桥梁安全实时监测中心。所述风向风速传感器、温湿度传感器、气压传感器分别通过D/A转换模块与SAM9G10微处理器相连接，所述无线通信模块通过CAN接口与SAM9G10微处理器相连接，所述GPS振动测量系统通过CAN接口与SAM9G10微处理器相连接，当所述桥梁结构应力应变监测子系统设置有电阻式应力应变传感系统时，电阻式应力应变传感系统通过CAN接口与SAM9G10微处理器相连接，当所述桥梁结构应力应变监控子系统设置有光纤光栅传感系统时，光纤光栅传感系统通过TCP/IP网络接口与SAM9G10微处理器相连接。所述电阻式应力应变传感系统包括应力应变仪、应力传感器、应变传感器，应力传感器、应变传感器均与应力应变仪相连接。所述光纤光栅传感系统包括光纤光栅解调仪、应力传感器、应变传感器，应力传感器、应变传感器均与光纤光栅解调仪相连接。优选的，所述无线通信模块采用WI-FI无线通信模块。所述桥梁安全实时监控中心设置有桥梁结构分析模型，用于将每个桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁·安全监控数据输入到对应桥梁的结构模型，计算得出在当前环境及受力状态下不同桥梁的桥梁安全指标参数，包括结构变形、结构疲劳状态、结构动态响应等；集群式桥梁安全监控分析系统，根据桥梁结构分析模型得出的各个桥梁安全指标参数，通过桥梁设计指标、相关桥梁规范的对比、分析，以及相似环境不同结构桥梁、相似结构不同环境桥梁安全状态的对比性分析，分别得出所监控桥梁集群的安全状态、寿命预测，以及统筹的维护保养策略和措施。上述基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统的实现方法，步骤如下桥梁安全状态数据采集与处理子系统实时采集桥梁的安全状态参数并生成桥梁安全监控数据，采用无线方式上传至桥梁安全实时监控中心；桥梁安全实时监控中心接收多个桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据，并藉此得出安全状态评估、比较及寿命预测，以及桥梁维护保养策略。本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果本发明基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，本系统采用在具体桥梁安装桥梁安全状态数据采集与处理子系统，在后台安装桥梁安全实时监控中心，并采用Wi-Fi网络技术来实现桥梁安全状态数据采集与处理子系统与桥梁安全实时监控中心之间的数据传输，从而降低了施工难度与成本，监控点的布置更为灵活。而且，可以设置多个桥梁安全状态数据采集与处理子系统，各子系统均通过无线方式与桥梁安全实时监控中心进行数据传输。以此实现集群式桥梁安全实时监控。通过集群式桥梁安全监控，可实现对散布在较大区域内的多座桥梁安全状态数据的横向比较、统一管理、彻底改变了以往单座桥梁安全监控系统彼此之间无法实现信息共享的“信息孤岛”局面，既便于对多座桥梁的统一维护、管理，也便于对区域环境内多座桥梁安全状况的纵向、横向分析比较与研究。
图I是实施例中基于WI-FI通信技术的集群式桥梁安全实时监控系统的整体结构示意图；[0040]图2是实施例中数据采集与处理子系统的结构示意图；图3是实施例中桥梁安全实时监控中心的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。如图I所示，包括设置于桥梁(1、2. . . η)上的桥梁安全状态数据采集与处理子系统；设置于后台的桥梁安全实时监控中心；各子系统均通过WI-FI无线网络与桥梁安全实时监控中心进行数据传输。 如图2所示，桥梁安全状态数据采集与处理子系统设置有桥梁环境监控子系统，设置有风向风速传感器、温湿度传感器、气压传感器等，实时测量桥梁环境参数，包括风向风速、温湿度、气压等；桥梁整体变形监控子系统，设置有GPS振动测量系统，测量桥梁整体振动参数；桥梁结构应力应变监控子系统，设置有光纤光栅传感系统用于结构的动静态应力应变参数，通过对结构动应力应变的监控，可以较好地掌握桥梁的受动态荷载(车辆、地震、台风)下结构的响应；数据预处理与无线发送系统，按照测量桥梁环境参数、桥梁整体结构形变参数、结构的动静态应力应变参数等各种不同参数的采集频率要求，对原始参数进行平滑滤波处理，经整理后，形成桥梁安全监控数据存储到新建的数据存储表，通过无线方式定期将桥梁安全监控数据发送到集群式桥梁安全监控中心。设置有SAM9G10微处理器，用于按照测量桥梁环境参数、桥梁整体结构形变参数、结构的动静态应力应变参数等各种不同参数的采集频率要求，对原始参数进行平滑滤波处理，经整理后，形成桥梁安全监控数据存储到数据存储表；WI-FI无线通信模块，用于将数据存储表中的桥梁安全监控数据发送到桥梁安全实时监控中心。所述风向风速传感器、温湿度传感器、海水盐度传感器分别通过D/A转换模块与SAM9G10微处理器相连接，所述无线通信模块通过CAN接口与SAM9G10微处理器相连接，所述GPS变形测量系统通过CAN接口与SAM9G10微处理器相连接，所述桥梁结构应力应变监控子系统设置有光纤光栅传感系统，光纤光栅传感系统通过TCP/IP网络接口与SAM9G10微处理器相连接。所述光纤光栅传感系统包括光纤光栅解调仪、应力传感器、应变传感器，应力传感器、应变传感器均与光纤光栅解调仪相连接。如图3所示，所述桥梁安全实时监控中心设置有桥梁结构分析模型，用于将每个桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据输入到对应桥梁的结构模型，计算得出在当前环境及受力状态下不同桥梁的结构变形、结构疲劳状态、结构动态响应、钢筋锈蚀等桥梁安全指标参数；集群式桥梁安全监控分析系统，根据桥梁结构分析模型得出的各个桥梁安全指标参数，通过桥梁设计指标、相关桥梁规范的对比、分析，以及相似环境不同结构桥梁、相似结构不同环境桥梁安全状态的对比性分析，分别得出所监控桥梁集群的安全状态、寿命预测，以及统筹的维护保养策略和措施。上述基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统的实现方法，步骤如下桥梁安全状态数据采集与处理子系统实时采集桥梁的安全状态参数并生成桥梁安全监控数据，采用WI-FI方式上传至桥梁安全实时监控中心；桥梁安全实时监控中心接收多个桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据，并藉此得出安全状态评估、比较及寿命预测，以及桥梁维护保养策略；发明的特点是桥梁安全实时监控中心可同时显示、分析多座桥梁的安全监控状况，便于决策者根据不同的经费预算，优化统筹区域内的桥梁集群维护保养；通过集群式桥梁安全监控，可实现对散布在较大区域内的多座桥梁安全状态数据的横向比较、统一管理、彻底改变了以往单座桥梁安全监控系统彼此之间无法实现信息共享的“信息孤岛”局面，更便于对区域内相似环境、不同结构桥梁或不同环境、相似结构桥梁安全状况的纵向、横向分析比较与研究，从而有利于促进桥梁结构的优化设计，并实现多座桥梁的养护与加固。
权利要求1.基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，其特征在于，包括 设置于桥梁上的桥梁安全状态数据采集与处理子系统，用于实时采集桥梁的安全状态、参数并生成桥梁安全监控数据，采用Wi-Fi方式上传至桥梁安全实时监控中心； 设置于后台的桥梁安全实时监控中心，用于接收桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据，并藉此得出安全状态评估、寿命预测，以及桥梁维护保养策略； 本发明基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统包括多个桥梁安全状态数据采集与处理子系统，各子系统均通过无线方式与桥梁安全实时监控中心进行数据传输。
2.根据权利要求I所述的基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，其特征在于所述桥梁安全状态数据采集与处理子系统与桥梁安全实时监控中心之间的通信方式为Wi-Fi通信方式。
3.根据权利要求I所述的基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，其特征在于，所述桥梁安全状态数据采集与处理子系统设置有 桥梁环境监控子系统，实时测量桥梁环境参数，包括风向风速、温湿度、气压等；桥梁整体振动监控子系统，测量桥梁整体结构沿纵、横向振动参数； 桥梁结构应力应变监控子系统，结构的动静态应力应变参数； 数据预处理与无线发送系统，按照测量桥梁环境参数、桥梁整体结构形变参数、结构的动静态应力应变参数等各种不同参数的采集频率要求，对原始参数进行平滑滤波处理，经整理后，形成桥梁安全监控数据存储到新建的数据存储表，通过无线方式定期将桥梁安全监控数据发送到集群式桥梁安全监控中心。
4.根据权利要求3所述的基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统，其特征在于，所述桥梁环境监控子系统设置有 风向风速传感器、温湿度传感器、海水盐度传感器； 所述桥梁整体变形监控子系统设置有GPS振动测量系统，测量桥梁整体结构振动；所述桥梁结构应力应变监控子系统设置有电阻式应力应变传感系统或者光纤光栅传感系统，均用于结构的动静态应力应变参数。
专利摘要本实用新型提供一种基于Wi-Fi网络技术的集群式桥梁安全实时监控系统。在桥梁安全实时监控中心可同时显示、分析多座桥梁的安全监控状况，便于决策者根据不同的经费预算，优化统筹区域内的桥梁集群维护保养；通过集群式桥梁安全监控，可实现对散布在较大区域内的多座桥梁安全状态数据的横向比较、统一管理、彻底改变了以往单座桥梁安全监控系统彼此之间无法实现信息共享的“信息孤岛”局面，更便于对区域内相似环境、不同结构桥梁或不同环境、相似结构桥梁安全状况的纵向、横向分析比较与研究，从而有利于促进桥梁结构的优化设计，并实现对多座桥梁的养护与加固。
文档编号H04L29/08GK202694545SQ201220138068
公开日2013年1月23日 申请日期2012年4月3日 优先权日2012年4月3日
发明者宋金博 申请人:宋金博