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桥梁安全监测及巡检养护系统的探索与实践—— 监测平台 

2020-10-9 14:00:16  89 安全监测
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3.1  平台架构

BHM以平台化管理为依托,监测项目之间平行添加、同步运行、统一管理。数据接口集成多方通信协议、数据统计兼顾时域频域、数据解析统筹在线离线、数据展示多维时空动态联动。安全监测平台系统结构如图8所示。
图片15.png 8 监测平台系统结构图
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统一数据标准:按照一套编码规则集成多方通信协议,使数据按相同格式从采集端流入平台内。
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集成数据分析:基于Redis技术、混合编程方式促进监测数据与分析程序的高效融合,将监测数据转化为结构状态信息。
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多元信息交互基于门户网站、移动终端将实时、预警、统计、分析等多元信息向用户推送,使结果信息蜕变为决策依据。
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3.2  功能模块

为满足监测项目集群在平台中的统一管理,并兼顾数据到信息的闭环流转。对监测平台的功能模块进行具体切分,横向上实现监测桥梁的平行管理,灵活配置;纵向上促进数据获取、数据解析与数据展示的有效集成,使桥梁安全监测体系中的“人、事、物”得到串联。各个模块具体功能及实现方式见以下各节。file:///C:\Users\ADMINI~1\AppData\Local\Temp\ksohtml3232\wps3.png
· 平台管理、监测管理模块实现对多个监测项目的平行添加与动态配置。
· 实时监测、数据与统计、安全预警模块对安全监测的原始数据、统计数据、预警数据进行统一查询与管理。
· 在线分析、离线分析模块分别基于实时监测与历史存储数据对结构状态进行分析与评价。
· 监测报告模块按不同的时间维度对统计数据、预警数据、分析结果进行展示。
· 移动终端模块实现多种监测信息在移动终端的查看。
3.2.1
平台管理模块

BHM系统多采用“一桥一开发”的模式实现,既不能满足桥梁集群监测管理需求,也会因重复开发造成资源浪费,更不利于系统版本的迭代升级。为解决这一问题,本系统采用监测平台的管理模式,在平台的基础上根据实际需求配置多个项目,不同的监测项目直接与路网内桥梁监测实体映射。 图片14.png 平台管理模块如图9。 图片13.png 9 平台管理模块页面展示
3.2.2
监测管理模块

监测管理模块用于配置项目运行所需的各类基础参数。该模块实现监测项目对桥梁实体、设备实体的映射,通过二维视图与三维模型标记的手段对传感器设备进行精准定位,实现设备的统一管理。
为了使系统能够广泛地适用于各类桥梁的监测方案,对《JT/T 1037—2016.公路桥梁结构安全监测系统技术规程[S]》等监测规范中的相关规定进行抽象,对公路桥梁所需的监测内容进行总结,并使其与表征测点空间位置的监测部件、监测截面融合,形成一套可映射任何桥梁结构、传感器布设方案的监测树。采用数据字典对各级节点进行管理,使监测树具有良好的通用性与可扩展能力。 图片12.png 监测管理的终极目标是将各个传感器测点按照统一规则融合于系统之中,基于监测树管理模式对测点进行编号,采用“监测单元-监测部件/截面-监测内容-传感器序号”的格式对传感器进行管理,使一套编号规则即适用于系统解析又能达到见名知意的效果。监测项目管理模块如图10。 图片11.png 10 监测项目管理页面展示
3.2.3
实时监测模块

为使用户快捷、高效地获取监测数据,该模块以测点监测树为核心,以二维视图、三维模型为表现,全方位调取各个监测点位的实时数据。时程窗口兼顾各级阈值,使异常情况一览无余;页面展示统筹总体预警情况与监测内容极值状况,使桥梁工作状态一目了然;视图测点协同展示配置参数,使设备信息尽收眼底。 图片10.png 根据用户获取数据的习惯与侧重需求,系统将实时监测划分为三种不同的展示模式:
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综合数据展示模式:该模式将监测树、单元视图、截面视图、统计数据、预警情况、实时通道窗口等多种元素综合于一体,使用户在该种模式下尽可能多的获取监测桥梁的各类信息。
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通道数据展示模式:该模式由监测树与实时数据窗口两种元素组合而成,侧重于同时查看多个测点通道的实时数据。
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模型数据展示模式:该模式改进传统二维视图调取并展示数据的方式,采用以桥梁3D模型为核心,将传感器测点标记在桥梁模型上,在获取具体位置的同时可以直接查看测点的实时数据,实现模型与数据的双向驱动。
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基于实时监测数据展示如图11。 图片9.png 11 多种实时监测数据展示模式
3.2.4
在线分析模块

在线分析模块基于现场采集到的数据进行实时在线分析,也就是说边采集边分析。通过混合编程的开发模式,将分析算法封装为可执行文件嵌入到系统中,实现在线分析功能基于B/S架构的实时在线的模态识别,实现将采集系统的“第一手数据”直接通过内存传递给数据解析模块(无需经过数据库/数据文件的中转),识别结果的展示与实际物理时间滞后不超过30s,且7×24小时全自动运行。在线分析模块通过桥梁结构响应数据反演结构服役性能愿景是对可能造成结构损伤的重大灾难事故进行预警和灾后结构快速评估。搭建具有开放架构的实时在线分析平台,及时纳入最新科研成果,是实现愿景的第一步。目前已集成到系统中的在线模块包括模态识别、承载力评估与车流特性分析三个基础模块,分别实现对振动监测数据、应变监测数据、车流监测数据的在线分析与评估。 图片8.png 模态识别及车流特性分析展示如图12。 图片7.png 12 模态识别及车流特性分析
3.2.5
离线分析模块

离线分析模块处理常规环境下的结构监测数据愿景是通过长期结构响应数据,反演的结构性能,追踪结构服役性能长期演变过程,掌握过去、分析现在、预测未来。建立开放架构的离线分析模块,为其他方法提供接口,及时纳入最新的结构评估算法是实现愿景的第一步。
本系统离线分析模块包含结构分析、传感器优化、模型修正、模态分析、车流模拟、承载力评估和疲劳评估,详细内容将另文介绍。
3.2.6
安全预警模块

安全预警模块按照实现顺序分为预警管理、预警查询、预警统计与安全告警。
图片6.png
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预警管理:预警管理包括报警条件、报警方式和受警人员三部分。报警条件有阀值报警、趋势报警、突变报警、关联报警四种,JT/T 1037—2016. 公路桥梁结构安全监测系统技术规程[S]》、《T/CECS 529—2018. 大跨桥梁结构健康监测系统预警阈值设置标准》中的相关规定只是其特例;报警方式有监控室、电脑端、移动端的图、声、光、电,以及给相应人员发短信/微信/打电话;一定报警级别会自动以给定的报警方式自动通知指定人员。
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预警查询:针对监测项目历史的预警次数进行查询与筛选,每条预警记录包含该次报警的开始、结束时间、持续时间、监测极值等特征参数。
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预警统计:分别以年、月、周为时间周期对各个监测项目的预警次数、超限时长等参数进行统计与对比。
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安全告警:对满足告警条件的事件分别以短信、邮件、小程序通知的方式向用户发出消息。为了避免系统频繁对用户发出告警,该模块可针对告警条件进行设置,通过对超阈值的时间进行控制,筛选较为严重的事件向用户发出通知。
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安全预警模块功能如图13。 图片5.png 13 安全预警模块页面展示
3.2.7
数据与统计模块

数据与统计模块按数据流转过程中监测数值的演变形式划分为原始数据展示、数据基本统计、数据专项统计。
图片4.png
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原始数据查询:基于监测树对各个测点的历史数据进行查询、批量下载等操作。
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数据基本统计:分别以十分钟、小时、日、月、年为周期对测点数据进行特征统计,并按照时间与空间两种方式进行展示。
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数据专项统计:主要针对较为特殊的监测数据诸如:风荷载、交通流等进行专项统计,挖掘出冰冷数据背后丰富的信息。
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数据统计与分析模块如图14。 图片3.png 14 统计与分析模块页面展示
3.2.8
监测报告模块

通过人工干预+商业软件”编制报告的方式效率十分低效,无法满足BHM时效性的要求,与初心相悖BHM系统必须能够自动生成绝大部分的报告。
监测报告模块按照用户预先设定的报告模板,分别以日、周、月、季、年为周期,对各类原始数据、统计数据、预警数据、分析数据进行汇总并生成报告文本从不同时间尺度和数据维度上揭示监测数据特性。 图片2.png 监测报告展示如视频1。
视频1 监测报告内容展示
3.2.9
移动终端模块

针对桥梁病害、事故的突发性与随机性,为确保监测数据与分析结果可以第一时间传递给用户,采用“监测系统+移动终端”的模式借助手机等移动设备的普遍应用与即时查看的特点,管理人员可在任何时间、任何地点对监测结果进行关注与决策。
基于微信小程序开发移动终端。提供针对通道数据、统计数据、预警信息、分析结果等多种监测信息的查看,兼顾实时性与可追溯性,为用户决策提供支持。 图片1.png


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