桥梁荷载监测系统无线解决方案2009.docVIP

桥梁荷载监测数据采集系统无线解决方案2009桥梁荷载监测数据采集系统无线解决方案一、概述目前，为了保证桥梁的安全，在重要桥梁上都安装了荷载安全监测系统，但是这些监测的数据不能够及时反馈到数据中心，而是安排多人多次人工采集，然后再上传，这样不仅浪费了宝贵的人力物力财力，而且也不及时。为了解决这一矛盾，我们根据客户要求远程采集荷载监测数据的需求，提出GPRS/GSM无线解决方案。由于桥梁的特殊环境，对桥梁上的荷载监测设备进行实时采集也就具有其特殊性。桥梁上过往着无数的车辆，人流，因此在系统设计时要充分考虑各种干扰因素，在设备选型时充分考虑这些干扰因素对系统的影响及本系统对其它系统的干扰，同时采用先进的软硬件技术，排除干扰，保证本系统和其它无线系统都能安全可靠运行。所以工程设计中，应当解决好下述几个问题：1 通讯系统选择：目前的通讯方式多种多样，总的可分为有线和无线。在有线方式中，有载波，串口数字通讯、光纤等。有线通讯其特点是抗干扰能力强，对无线系统的干扰小，但其成本高，施工难度大，维护难。无线通讯现在广泛使用的是无线扩频、微波和移动通讯技术（GPRS 和GSM）。前面两种通讯技术由于使用的是低频段无线信号，因此它的抗干扰能力较弱。而无线移动通讯，目前在国内的应用正方兴未艾，其原因在于：国内GSM网络覆盖率高，很多偏远山区GSM信号都已覆盖，GSM网络技术先进，通讯可靠，性能稳定。GPRS是基于GSM网络的数字通讯技术，可以永远在线地无间断地进行双向数据通讯。利用GPRS和GSM无线数字通讯公网为通讯平台组网简单、快捷，通讯可靠性高，无须进行网络维护，且用GSM通讯设备建网造价远低于用无线数字超短波设备，运行费用低廉。同时GSM和GPRS采用了较高的无线频段，使用了先进的通讯编码技术，因此具有非常高的抗干扰能力，而且GPRS和GSM的通讯功率小（小于2w），因此不会对过往的飞行器上的通讯设备和机场上的其它通讯设备产生干扰。综上所述，在本系统中，GPRS无线通讯为本系统的最佳通讯系统。2 数据采集设备：除了通讯系统应具有较高的抗干扰能力外，系统的数据采集终端同样需具有较高的抗干扰能力，才能保证数据的完整性和可靠性。数据终端必须满足有关电子设备抗电磁干扰的标准，同时在施工过程中必须采取相应的抗干扰措施，如接地等。3 中央计算机系统：计算机系统是整个数据采集系统的心脏，因此计算机能够稳定可靠运行是整个系统稳定可靠的保证。本系统在设计时在计算机硬件选型时充分考虑了用户的这种需求，选用目前国际知名品牌的高可靠的工控机和服务器，操作系统采用微软的非常稳定的Windows 2003 系列操作系统，应用软件采用先进的“线程监控自恢复”技术和看门狗技术，从而保证整个系统的各个环节都能稳定运行。二、桥梁荷载监测数据采集系统无线解决方案技术说明1概述该系统由安装在桥梁附近的荷载监测数据终端、通信传输系统、主站系统等单元组成。2系统结构桥梁荷载监测数据采集系统由主站系统、数据中心以及相应的通信系统构成。主站系统是桥梁监测数据采集系统的上层子系统，它除了完成基本的接收采集数据功能外，还充分考虑了与其它系统现有的及可能出现的其它计算机系统的联网，完全实现了桥梁监测数据采集系统对站端设备的实时监测、控制及管理。主站系统完全采用总线局域网、分布式处理的方式集成，结构非常简单，使得工程和运行维护非常简单方便，这种结构无论对降低整个工程投资还是减少运行维护费用，都是十分明显的。而且，这种结构对于用户今后升级、扩容非常方便灵活。监控子站实现各种数据采集和控制功能，它将实时数据上传到主站，并接受主站的参数下载和控制命令，实现对监测设备的监测和控制。数据中心主要在采用GPRS/GSM通讯方式时使用，它通过广域网和GPRS进行通讯，实现监控子站与主站之间的数据转接功能。桥梁监测数据采集系统拓扑结构如上图所示。3监测数据采集终端终端为用户选定的带有通讯接口的桥梁荷载采集终端。 4主站系统41主站系统软件平台4.1.1 操作系统 采用MICROSOFT公司的WINDOWS 2003 中文版。1. 支持抢占式多任务，具有良好的实时性能。2. 支持虚拟内存管理，每个进程可获得4G虚拟内存。支持超大型应用。3. 程序的内存空间受到保护，而不会被其他程序侵犯，具有可靠性。4. 多种手段实现进程间的数据交换.具有开放性。5. 登录系统既保护用户数据，也保护系统管理员数据，达到系统安全。桥梁监测数据采集系统无线解决方案拓扑结构4.1.2 网络采用MICROSOFT公司的WINDOWS NT网络。1. 支持客户/服务器结构，实现分布式处理/计算。2. 支持NETBEUI，TCP/IP等协议，既适用于局域网又适用于广域网。3. 符合ISO的开放式系统互连模型要求，是真正的开放式系统。4.1.3 数据库管理系统1. 实时数据库采用能全面支持实时应用的分布式数据库系统A. 具有国际标准数据库操作语言SQL接口；B. 实时数据库具有后备，一旦当前实时数据库被破坏，能及时恢复；C. 允许并行存取，在并行存取下能保证数据库的一致性。2. 应用数据库及历史数据库采用已广泛使用的，支持结构查询语言（SQL）标准的大型商用数据库（如SQL SERVER2000 或 ORACLE）。A. 便于维护，具有友好的维护界面；B. 能与实时数据库实现互访；C. 可供用户使用的开发工具完整，有完整的应用程序编程接口。4.1.4 编程语言采用MICROSOFT公司的面向对象的，可视化的程序设计语言VISUAL C+，Delphi及SQL,HTML,VBScript等语言。应用软件具有：通过API调用系统功能，ActiveX部件化，客户/服务器结构，既能运行在局域网又能运行在INTERNET/INTRANET上的特点。系统开发工具可以方便地生成，修改，扩充系统。4.2 保证系统性能要求的措施4.2.1 开放性方案采用的NT操作系统，SQL-SERVER或ORACLE数据库，TCP/IP协议，从根本上保证了开放性要求， 应用软件在高层通过SQL，低层通过命名管道，内存文件映射，TCP/UDP包交换等技术与第三方软件交换数据，实现了开放性要求。系统开发工具允许用户从零开始，按照需要的规模组建系统。4.2.2 安全性系统的控制操作（遥控遥调）必须经过严格的步骤，严格的逻辑检查，才能执行。实时运行的核心程序安排在独立的进程中，其内存空间受到保护，保证不受干扰。多线程技术及实时运行的核心线程优先级安排，以及与实时数据库并行的试运行数据库，保证所有在线维护及研究模式不中断，不干扰实时运行。证明正常，在线维护才被接受。NT用户管理及登录系统，保证了操作者等级、权限的实现。 应用软件中对数据读/写、系统生成、命令发布等均实施权限控制、合理性检查。4.2.3 可靠性环境监测发现故障隐患，防患于未然。主要设备及网络采取双机冗余技术，主、备设备采用热备用和数据库镜象，随时可切换。4.2.4 可用性由关键设备的备份，热插拔技术，群集配置以保证可用性。网上的计算机，其任务可以替代/转移/集中，某些机器不能工作，不影响系统的可用性。4.2.5 容错性硬、软件的出错由主备设备切换和在线的任务转移保证。通讯出错，由远动规约保证不影响系统运行。操作出错，试运行数据不被认可，系统放弃错误的操作。4.2.6 抗干扰主站系统设备具备防室内电磁干扰的能力。4.2.7 维护性对系统的硬、软件提供在线、离线的自检，联机检测维护手段/仿真程序。用户程序可以在各种层次加入 ，如“开放性 ”所述。4.2.8 扩展性分布式网络结构对设备的扩展非常简单：加插入一个以太网交换机端口。以太网交换机可级连。扩展工作不影响系统运行。应用软件实现ActiveX部件化，系统功能的扩展，变动，只须加/减控件。附录：GPRS业务介绍GPRS是通用分组无线业务(General Packet Radio Service)的英文简称，是在现有GSM系统上发展出来的一种新的承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)从一开始就可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。 GPRS理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在40100Kb/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用。 GPRS是一种新的移动数据通信业务，在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP或X.25服务。GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用，数据传输速率高达160Kbps。使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本。 GPRS的资源优势 1） 永远在线， 客户无需为每次数据的访问建立呼叫连接。 2） 高速传输， 目前传送速率可达到40kbit/s。 3） 流量计费， 客户可以一直在线，按照您接收和发送数据包的数据量来付费。 4） 自如切换， 客户在用移动电话上网冲浪的同时，可以接收语音电话。GPRS资费标准 月租费赠送的免费流量数（MB）超过赠送流量费（元/KB）自由套餐000.01经济套餐20100.01包月套餐50无无备注： 1、正常时段为每日7:00至23:00，优惠时段为每日23:00至次日7:00（包括节假