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集中式监测&分布式监测

2020-9-21 08:40:18  100
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传统桥梁监测系统设计理念,是通过桥梁整体性动态量监测—如振动特性—构建损伤识别分析方法或指标,力争能够及时发现桥梁病害。多年实践证明,至今仍然没有较好的损伤识别方法或指标能够用于工程实践。损伤识别要求系统具有较强的集成度,尤其是追求不同监测项目之间的时钟同步性。这种理念指导下的监测系统设计往往选用通用性好的采集设备,如美国NI公司的PXI总线结构的采集仪器,凡是电信号输出的传感器信号都能采集,加之同一采集板卡内部通道的同步性较高,辅以不同采集仪之间利用GNSS时钟模块进行时钟同步,从而整个系统的时钟同步性还是能够得到保障的。我们把这种监测系统设计理念称呼为“集中式监测”(如此定义未必确切和严谨啊)。
数据采集控制角度,所有检测项目的采集控制均布设在监控中心,如图1。从商务模式上,由系统集成商负责每种监测项目从传感器、采集、采集控制、传输和分析的整个过程。监测系统集成商往往为土木领域工程类公司或高校,从知识结构上擅长于数据分析和结构分析。这些机构虽然也不乏有从事传感和采集方面人才,但是相比于专业型公司,仍然不具备技术上的比较优势。
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1 集中式监测系统架构示意图
最近几年桥梁监测传感器、采集设备和数据传输等技术发展很快,每种监测项目之间从硬件角度进行时钟同步性集成难度越来越大,尤其是无线传感器大量使用,往往是传感器端即转换成数字化信号。另一方面,从土木工程结构监测上不再过度追求损伤识别,而重点在于所监测项目的极值,对系统时间同步性设计也不再做过高的要求。在这种情况下,“分布式监测”理念逐渐为工程界所接受。
“分布式监测”包括两个层面,一个层面是技术角度各个监测项目之间具有较高的独立性,设备供应商希望以专业的技术负责某监测项目从传感器、采集及控制、数据传输和分析整个全过程,数据采集控制和数据分析可以从远程实现,图2。另一个层面是工程模式上,各个监测项目从传感器到数据采集到数据分析可以由专业型公司协作系统集成商来实现。比如笔者目前设计某大桥监测系统过程中与各家设备厂家联系沟通中发现,他们也不再满足于做单纯的设备供应商,而是希望与集成商一道共同为业主提供监测服务,并与集成商一道为业主提供后续系统运维服务。
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2分布式监测系统架构示意图
“分布式监测”模式下,专项监测的技术团队可以自建位于自家办公室的监控中心,对所承担的全部桥梁的该监测项目进行实时监测和定期数据分析服务。笔者最近采访的某WIM系统供应商便实现了对遍布全国范围内几十个大桥监测系统中的WIM监测的远程监测控制和数据分析。如此可以发挥各家的技术优势,共同提高整个监测系统的服务能力。
从长期数据分析经验角度,分布式监测也具有优势。如,声发射技术可以对主缆拉索或其他结构构件的进行断丝或开裂监测,这种数据分析需要大量的工程经验,数据越多分析越准确。如果单靠某座桥梁的小样本数据很难发挥出来这种技术的优势,如果设备厂家监测着大量的结构物,便会形成大数据经验,其分析水平肯定远远高于单桥梁集成商。
具体今后结构监测系统设计理念朝着哪个方向发展,且走且观之。

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