土木工程结构健康状态远程监测系统的制作方法

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种土木工程结构健康状态远程监测系统。

背景技术：

随着我国经济水平的不断发展和全国各地的建设与开发，出现了很多大型土木工程，其中土木工程结构健康状态的监测是这些工程建设中的一个重要组成部分，例如监测压力、应变、距离、湿度和温度等。由于这些土木工程所处的地理位置和环境的差异，给数据的检测带来了很大的麻烦，并且检测工作持续时间长，不能及时地掌握工程结构的健康状态，因而不能及时地对出现问题的结构进行养护与维修，这就严重威胁到了大型土工工程的安全。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种土木工程结构健康状态远程监测系统，以解决土木工程结构健康状态的监测不方便和不及时的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

设计一种土木工程结构健康状态远程监测系统，包括下位机、无线传输模块和上位机，所述下位机通过无线传输模块与上位机远程连接，所述下位机包括分线器以及与分线器连接的信息采集模块，所述分线器与布置在监测现场的多个传感器连接，所述上位机包括工控机、健康诊断模块以及系统数据库，所述上位机分别与远端监控中心和应急处理单元连接。

优选的，所述健康诊断模块由应用逻辑服务器组成，包括结构模态参数识别模块、结构模型修正模块、结构损伤识别模块和结构状态评估模块，所述健康状态的监测包括对结构的安全性、耐久性和疲劳寿命的监测。

进一步的，所述健康诊断模块内置有现有的相关专家数据库。

优选的，所述对结构耐久性的监测包括监测混凝土强度、混凝土炭化深度、混凝土氯离子渗透深度、混凝土盐浸入程度、混凝土盐结晶程度、混凝土抗冻、钢筋锈蚀和钢梁锈蚀中的至少一种。

进一步的，所述无线传输模块还与手持终端无线连接。

优选的，所述远端监控中心由个人电脑和/或服务器内置嵌入式处理系统组成。

优选的，所述分线器由地址译码器、驱动电路、传感器插座以及继电器组成。

优选的，所述无线传输模块为3g无线通讯、蓝牙通讯、gsm通讯或wifi通讯中的任一种。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果在于：

1.本发明能够实时监测结构载荷变化、结构所处环境变化和结构的实际工作状况，并对结构损伤进行诊断与报警，对结构的状态进行评估，根据有限元模型的分析结果对传感器的布点进行优化，实现关键点的全方位监测，包括混凝土强度、混凝土炭化深度、混凝土氯离子渗透深度、混凝土盐浸入程度、混凝土盐结晶程度、混凝土抗冻、钢筋锈蚀和钢梁锈蚀，即能够实时准确地监测土木工程的健康状态；

2.本发明通过无线传输模块的搭建，实现监测数据的远距离通信，并在上位机人机友好界面下，实现远程遥控测量以及对所测得的数据进行自动分析与处理，比传统人工监测的方法更方便高效。

附图说明

图1为一种土木工程结构健康状态远程监测系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围。

以下实施例中所涉及的单元模块或传感器等器件，如无特别说明，则均为常规市售产品。

实施例1：一种土木工程结构健康状态远程监测系统，参见图1，包括下位机、无线传输模块和上位机，下位机通过无线传输模块与上位机之间实现远程通讯。

所述下位机包括分线器以及与分线器电性双向连接的信息采集模块，信息采集模块为12路模拟量输入端，其采样频率10hz，分辨率为16bit；所述分线器与布置在监测现场的多个传感器连接，其中的传感器包括光纤bragg光栅传感器、钻孔测斜仪、振弦式频率读数仪、拾振器，用于实现对个传感器的自动接入测评电路的功能，实现多个传感器的测量自动化；所述信息采集模块用于收集所述传感器传来的土木工程结构频率信号，进行信号调理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换处理，获取所需参数。

所述上位机包括工控机、健康诊断模块以及系统数据库；所述工控机用于下发控制指令至所述健康诊断模块中，用于对土木工程结构的健康状况进行检测；所述健康诊断模块由应用逻辑服务器组成，将信息分发到所述结构模态参数识别模块、结构模型修正模块、结构损伤识别模块和结构状态评估模块中，采用基于频率观测的方式对土木工程的结构损伤进行识别，具体的，土木工程的固有频率为结构固有特性的整体量，当工程结构的局部出现损伤时，结构的固有频率将发生变化，随着刚度的降低，结构的固有频率将会增大，从而对土工工程结构的各个参数进行诊断；所述结构模态参数识别模块用于根据结构动态响应测量值，对结构模态参数进行识别；所述结构模型修正模块依据结构测试结果，对有限元模型进行修正；所述结构损伤识别模块对结构损伤的发生、定位及程度进行估计；所述结构状态评估模块依据设计文件、现场监测数据、相关的规范和标准、以往运营以及管理维护方面的信息，对结构的运行状态进行评价，分析结构的安全性、耐久性和疲劳寿命所述系统数据库用于实时存储土木工程的诊断信息，并提供数据查询端口。

所述上位机还分别与远端监控中心和应急处理单元连接，所述远端监控中心通过tcp/ip协议获取所述下位机采集的数据，对所述下位机发出控制指令，控制所述下位机执行相应的命令，同时进行测试数据的显示；所述应急处理单元在出现紧急状况后，通知现场采集站的运维管理人员对土工工程结构的状态进行维护，并生成运行日志存储至所述系统数据库中。

其中，所述无线传输模块还与手持终端连接，所述手持终端为个人pc、平板或智能手机，所述远端监控中心由两台微机以及一台服务器组成，内置嵌入式处理系统，所述远端监控中心中的两台微机其中一台用于实时接收和处理监测数据，另一台微机用于数据查询，对库存数据进行分析、对比和处理，所述无线传输模块为3g无线通讯、蓝牙通讯、gsm通讯或wifi通讯中的一种，所述结构耐久性的监测包括监测混凝土强度、混凝土炭化深度、混凝土氯离子渗透深度、混凝土盐浸入程度、混凝土盐结晶程度、混凝土抗冻、钢筋锈蚀和钢梁锈蚀，在混凝土结构的原位钻孔，安装后置式环形阳极检测系统（采用基于线性极化原理的eci传感器，构建一个3电极测试体系，利用线性极化技术测量钢筋的腐蚀速率和腐蚀点位，从而判断钢筋的腐蚀状态），所述分线器由地址译码器、驱动电路、传感器插座以及继电器组成，其中所述地址译码器接收来自于测频模块的地址信号，经过译码、驱动控制所述继电器的通断，自动分时接入所接的各个所述传感器，使所述传感器通过所述继电器、驱动电路和译码电路与测频模块在电路上分时连通，实现自动接入所述传感器的任务，所述健康诊断模块还内置专家数据库，该专家数据库包含土木工程领域的专业数据指标，例如，包含有关于混凝土强度是否合格的判断标准，包含有混凝土炭化深度是否对建筑结构稳定性产生影响的判断标准。

使用本发明系统时，将分线器与布置在监测现场的多个传感器连接，用于实现对个传感器的自动接入测频电路的功能，实现多个传感器的测量自动化，信息采集模块收集传感器传来的原始信号，进行信号调理，并根据系统功能要求对数据进行分解、变换处理，获取所需参数，工控机下发控制指令至健康诊断模块中，用于对土木工程结构的健康状况进行检测，健康诊断模块由应用逻辑服务器组成，将信息分发到结构模态参数识别模块、结构模型修正模块、结构损伤识别模块和结构状态评估模块中，针对土工工程结构的各个参数进行诊断，结构模态参数识别模块根据结构动态响应测量值，对结构模态参数进行识别，结构模型修正模块依据结构测试结果，对有限元模型进行修正，结构损伤识别模块对结构损伤的发生、定位及程度进行估计，结构状态评估模块依据设计文件、现场监测数据、相关的规范和标准、以往运营以及管理维护方面的信息，对结构的运行状态进行评价，分析结构的安全性、耐久性和疲劳寿命，系统数据库实时存储土木工程的诊断信息，并提供数据查询端口，利用远端监控中心通过tcp/ip协议获取下位机采集的数据，对下位机发出控制指令，控制下位机执行相应的命令，同时进行测试数据的显示，应急处理单元在出现紧急状况后，通知现场采集站的运维管理人员对土工工程结构的状态进行维护，并生成运行日志存储至系统数据库中，本发明能够实时检测结构载荷变化、结构所处环境变化和结构的实际工作状况，并对结构损伤进行诊断与报警，对结构的状态进行评估，根据有限元模型的分析结果对传感器的布点进行优化，实现关键点的全方位监测，能够准确的对土木工程的健康状态进行评价，通过无线传输模块的搭建，实现监测数据的远距离通信，并在上位机人机友好界面下，实现远程遥控测量以及对所测得的数据进行自动分析与处理。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。