实时在线系统

1、实时在线监测系统 实时在线监测系统的讨论 伴随着信息化测绘时代的来临，以数字化信息为核心的传感网技术对工程领域中的设计、施工、监测和管理模式产生了深远影响。 以前纯人工定时实地的监测方法难以满足实际需求，借助卫星定位、测量机器人、传感器、网络通讯等技术，传感网模式的现代化监测系统相继产生。传统的监测模式存在的问题主要存在以下三点问题:（1）变形信息获取手段多样。不同学科对变形监测实施方案的要求不同，因此选用的监测仪器和方法也不尽相同。一般土木类针对构建物的内部结构探测来评估工程安全问题，因此选择各类物理传感器作为监测手段；而测绘类往往针对构建物的几何变形分析来评估工程安全问题，大都使用大地测量

2、仪器。实际上，工程监测需要将多学科知识进行综合运用。(2)监测理论与方法的更新。在信息化监测时代，变形监测过程中包含的数据采集、通讯、处理、预测、分析、评估与预警都渗入了新的理论与技术，尤其是由控制论、信息论、运筹学、灰色理论、系统动力学和模糊数学构成的系统科学体系为自然界复杂现象的研究带来新方法。显然传统的人工周期实地测量、手工计算与绘图等技术手段已被逐步的替代。(3)变形监测评估预警的系统化。在地学和工程领域中的变形体产生形变的原因错综复杂，需要研究各变形预测模型特点、适用条件并将其有机结合与综合分析，从而解决复杂的变性分析与预报问题。以險道监测为例，多数土木学者研究随道的变形监测主要集中

3、在围岩稳定分析等方面，而实际中将当成一个动态系统，进行实时监测、控制、预测的一体化研究较少。实时变形监测系统的设计原则（1）先进性原则（2）实用性原则（3）可靠性原则（4）经济合理性原则（5）数据共享原则（6）模块化设计原则工程监测大型建筑物监测系统地铁隧道监测系统结构工程监测系统GPS实时监测系统软件与硬件设计传感器硬件设计测量机器人软件设计大型建筑物监测系统 有关国计民生的大型建筑物有大坝、桥梁、地铁、高层建筑等等。尽管每个项目都有着不同的地质条件、不同的环境因素，具体的方案制定与项目实施过程也不尽相同，不可能完全“克隆”，但基本的监测思路、数据处理的基本原理却有着相似之处。隧道变形监测特

4、点（1）从形变特点看，隧道工程往往同时包含累积性变形和突发性变形，需要综合使用静态监测和动态监测。（2）从监测内容看，隧道工程需要同时监测具有方向性的矢量信息（如位移、应力、应变）与非方向性的标量信息（如渗流、衬棚质量），需要多层次监测。（3）从监测周期看，隧道工程监测周期长，观测频率随着监测进度而调整，仪器的选择、预警等级的设计都需要与时俱进。（4）从监测精度看，隧道工程对不同时期的监测精度要求不同，施工期间因应力调整变形较大，精度要求稍低；而运营期间位移变化通常很小，相应的观测精度要求更高。（5）从监测范围看，隧道工程覆盖范围广，不仅要监测结构体本身,还需要进行区域监测,做到宏观监测与微观

5、监测相结合。（6）从数据釆集看，隧道工程往往存在环境恶劣、野外数据釆集难等问题，因此需要实现远程自动化数据采集方式。三维建模 一般来说,如果待建物体较为规则简单，可以使用编程语言直接建模；如果待建物体较为复杂，则可以借助第三软件，导出三维模型文件进行后处理。 在实际应用中，可综合使用这两种方法。因为需要构建的三维模型往往比较复杂，图形软件接口(如OpenGL)提供的实体模型却比较少也比较规则，难以建立复杂的三维实体，而三维建模软件却非常容易实现。但是三维建模软件主要注重建模，结合工程实际进行交互非常困难，难以与监测预警系统进行集成。此时跨平台的OpenGL可以方便地实现变形监测信息与三维模型的

6、结合，同时集成到监测预警系统中。系统的开发GPRS网络通讯模块开发TM30在线控制模块开发数据处理中心程序设计工程三维可视化程序设计网络数据库的部署与开发系统性能优化方法地铁运行变形监测结构工程变形监测 施工监测是大型钢结构施工控制的基础，这是因为大型钢结构施工过程复杂，影响其施工顺利完成的因素很多：如所用材料性能与设计取值之间的差异；先期形成结构（构件）的截面特性等与分析取值之间的误差；施工荷载与计算取值之间的差异；结构模拟分析模型与实际情况之间的差别;；施工测量存在的误差；施工条件与工艺非理想化的影响以及结构设计参数和状态参数实测中存在的误差等。工程实例 某廊桥位于宁波市商务核心区，其主体

7、采用钢结构，跨度为71.8m，宽度为13.5m，总高度为38.7m，钢结构总重量约1300t, 1轴与2轴、9轴与10轴为四根箱型柱，2轴与9轴之间的结构由两端八根立柱支撑，廊桥18.4m以上两侧立面上下弦为箱型梁，上下弦通过垂直立杆和斜腹杆进行连接，垂直立杆为箱型，主斜腹杆为箱型，次斜腹杆为方管。1轴与3轴之间18.4m以下结构构件为箱型截面；18.4m以上结构。9轴与10轴之间结构以及3轴与9轴18.4m以上结构为层状，结构构件为H型钢，与两侧构件通过圆管进行连接。箱形截面的柱和梁通过刚性连接而成，支撑与主要构件间的连接均为铰接,，支座和下部混凝土结构采用预埋件进行刚性连接，柱脚铰接。结构

8、楼面花纹钢板采用Q235B，其余构件均采用Q345B结构钢。监测方法 基于无线传感技术的应力、振动监测系统工程采用基于无线传感技术的应力与振动监测系统，监测更加方便、快捷和安全。可以根据需要调整监测频率，在整个吊装过程中对目标对象进行持续的数据采集与无线传输，迅速对数据做出判断，保证吊装过程安全。（1）应力监测方法 应力监测采用无线振弦式应力应变监测系统。振弦式传感器是目前国内外普遍采用的一种直接输出振弦的自振频率信号的非电量电测的传感器，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点，与工程、科研中普遍应用的电阻应变计相比，有着突出的优越性。另外

9、，本工程地处宁波，根据现场的天气情况可知，雨水天气较多，采用电阻应变片，对于防水等问题是一个难题。振弦式传感器可以同时测量测点附近的温度。（2）振动监测方法 采用一种低成本、低功耗、功能完善的无线三轴加速度芯片传感器。该传感器制作精细,采用单极低通滤波，自动温补，测量敏感度可根据需要在士1.6g6g内调节，既可测量动态加速度（如振动加速度），又能测量静态加速度（如重力加速度），可根据重力调零而无需辅助设备。其内含休眠模式更加适用于节能管理。（3）结构变形监测 吊装过程中，两侧反力架会产生变形，变形的大小是结构能否正常对接的关键；吊装部分结构的重量大且不对称，吊装过程中可能会产生较大挠度，甚至倾

10、斜。结构关键节点的位移监测按大地测量学原理，在监测点上安装反射片，采用徕卡TPS1200全自动全站仪（测量机器人）进行三维坐标测量。测量机器人能连续或定时对多个目标测点进行自动识别、找准、跟踪、测角、测距和三维坐标测定，系统自动化程度高，测量精度高，能全天候作业。GPS GPS 实时变形监测系统的硬件设计 GPS 实时监测系统硬件部分主要完成数据的采集及分包传输等功能，传统的大地测量型接收机不包含数据的远程传输功能，且价格较为昂贵。在滑坡、大坝等相关形变监中，我们通常需要将 GPS 接收机长期固定到监测区域，采用常规的大地测量型接收机势必造成较大的经济浪费，所以我们可以选择 GPS OME 板

11、按需设计出经济且能满足监测需求的 GPS 接收机。另外，在实时监测中，有时不仅仅需要 GPS 传感器，还需要集成一些例如位移计、加速度计、测斜仪等其他传感器，故为满足 GPS 实时监测的需求有必要对其硬件系统做出专门的设计与研究。MSP430F149 单片机OEM star GPS 板卡嵌入式 GPRS DTU128*64 液晶显示屏MSP430 单片机 IAR 硬件开发平台GPS GPS 硬件接收机二次研发供电单元设计MSP430 单片机与 OEM star 的通讯实现GPRS 通讯实现屏幕显示功能模块研发GPS 接收机整体组装GPS GPS 实时变形监测系统软件设计与研发功能需求 Lab

12、VIEW Lab VIEW 开发平台 基于图形的编程语言，它和文本编程语言有很大区别，它的程序代码是基于图形的代码，采用“所见即所得”可视化技术建立人机界面，开发人员不需写任何文本程序代码，只需按照需求分析设计的流程图思路来直观的开发软件系统。图形化编程语言一般包含较丰富的界面控件和图形Lab VIEW 是目前普及率仅次于C/C+的编程语言，以庞大的数据采集功能和可视化的编程技术见长，其开发周期远远小于其他文本编程语言。数据库管理子系统 数据库管理子系统主要实现对实时监测结果与分析结果的存储与管理，是 GPS 实时变形监测系统的重要组成部分。LabVIEW 本身没有数据库访问和连接功能，但是

13、LabVIEW 实现数据库的连接并不特别困难。 利用 NI 公司开发的 Database Connectivity Toolkit 工具包，该工具包集成了大量访问数据库的函数，支持对 SQL server，MySQL,Acsess 等数据库的访问，使用较方便节省开发时间，运行速度良好传感器网络 整个系统由传感器节点、自动采集数据处理模块、远程无线数据传输模块、监控主机（数据采集管理软件）四部分组成。传感器节点主要负责采集数据，汇聚节点主要由MCU和控制器组成，MCU负责对传感器节点的数据进行转换并加入通信协议，控制器主要对时钟进行监测与上位机保持同步；无线通信模块负责远程无线通信数据的发送和接

14、收；监控主机负责实时接收采集到的传感器数据，并将接收的数据保存到后台数据库。系统的数据流系统硬件部分的设计传感器模块设计传感模块由传感器电路、调制电路和模拟信号开关组成。传感器电路先将沉降、位移、倾斜、应力应变等信号转换为电信号，然后通过模拟信号开关，对各种信号进行切换，各种信号共用一片放大器及 A/D 转换电路，由控制电路给出的控制信号依次将两种模拟信号选通，经过调制电路进行放大，输出模拟信号。前置放大电路设计多路模拟信号开关A/D A/D 转换芯片电路A/D 转换器的选型原则(l)确定 A/D 转换器的位数。(2)选择 A/D 转换器的转换速率。(3)选择合适的量程。(4)判断是否需要采样/保持器。(5)选择 A/D 器件的输出接口。测量机器人系统软件构成 自动监测系统的构成分为数据采集系统、数据通讯和数据分析系统三大部分功能。数据采集