监测系统设备信息

1、1 平台总体设计1.1 监（检）测项目1.1.1 监测布点表 11 监测布点一览表监测项目传感器类型测点数量采样频率环境风荷载风速风向仪21Hz环境温湿度大气温湿度计31分钟/次结构应力应变计10220Hz结构温度温度传感器211分钟/次斜拉索索力加速度索力计201分钟/次动力特性单向加速度计1950Hz地震地震传感器150Hz交通荷载动态称重2实时塔顶及主梁位移GPS510Hz顺桥向变位位移计121Hz视频监控摄像头10实时路面结冰路面状况遥感传感器21分钟/次2 平台硬件2.1 传感器系统2.1.1 环境风荷载监测设备风速风向仪机械式风速仪的设备技术指标如下表所示。表 21 机械式风速仪技

2、术指标项目技术指标风速测量范围0100m/s精度±0.3m/s风向测量范围0360°精确度±2°2.1.2 环境温湿度监测设备环境温湿度计环境温湿度计的技术指标如下表所示。表 22 环境温湿度计技术指标项目技术指标空气相对湿度测量范围0-100 %RH精度±1.5 %RH操作温度-4060空气温度测量范围-50至50精度±0.3 °C操作温度-40602.1.3 结构应力应变监测设备光纤光栅应变计光纤光栅应变计的技术指标如下表所示。表 23 光纤光栅应变计技术指标项目技术指标测量范围±1500精度±3分辨

3、率±1波长范围1525nm1565nm适宜温度范围-40802.1.4 结构温度监测设备光纤光栅温度计光纤光栅温度计的技术指标如下表所示。表 24 光纤光栅温度计技术指标项目技术指标测量范围-40120分辨率0.1精度±0.52.1.5 结构动力特性监测设备加速度计加速度计的技术指标如下表所示。表 25 加速度计技术指标项目技术指标量程范围±2g频率响应DC-120 Hz动态范围> 120dB灵 敏 度2.5V/g90V/g工作温度-20 - +45 2.1.6 交通荷载监测设备动态称重系统动态称重系统的技术指标如下表所示。表 26 动态称重系统技术指标项目

4、技术指标承重范围30T/轴速度范围5180公里/小时称重精度<7%（车速25180公里/小时），95%以上可信度可分类车型交通部颁布的标准车型2.1.7 斜拉索索力监测设备索力计索力计的技术指标如下表所示。表 27 索力计技术指标项目技术指标测量范围±2g±5g分辨率0.002g频率响应0.05400Hz非线性度2%FS使用温度-25652.1.8 塔顶与主梁位移监测设备GPSGPS的技术指标如下表所示。表 28 GPS技术指标项目技术指标精度静态基线：3mm+0.5ppm快速静态基线：5mm+0.5ppm动态点位水平：10mm+1ppm动态点位竖向：20mm+1pp

5、m初始化时间8秒定位速度10Hz时间延迟0.03秒工作环境温度：-40+75湿度：100RH输出1电源输入端口，3串口，1终端口，1天线接口。2.1.9 地震监测设备地震仪地震仪采用三向加速度计，技术指标如下表所示。表 29 加速度计技术指标项目技术指标量程范围±2g频率响应DC-120 Hz动态范围> 120dB灵 敏 度2.5V/g90V/g工作温度-20 - +45 2.1.10 顺桥向位移监测设备光纤光栅位移计光纤光栅位移计的技术指标如下表所示。表 210 光纤光栅位移计技术指标项目技术指标测量范围01000mm（定制）线性度±1%工作温度-40802.1.1

6、1 交通监控设备摄像机摄像机的技术指标如下表所示。表 11 摄像机技术指标项目技术指标清晰度高清控制度可控2.1.12 路面结冰监测设备路面状况传感器路面状况传感器的技术指标如下表所示。表 212 路面状况传感器技术指标项目技术指标水层厚度02mm冰层厚度02mm雪厚度010mm2.2 数据采集与传输系统2.2.1 数据采集系统2.2.1.1 监测数据采集在外场设立2个采集工作站，用于采集外场的传感器数据。传感器系统的信号有电压信号、485信号和其它数字或模拟信号，考虑到动态称重、光纤光栅传感器以及路面结冰的特殊性和专业性，在本方案中将针对不同类型的传感器采用两种数据采集模式。图 21 监测数

7、据采集拓扑图如上图所示，本系统中采用两种采集模式：1） 采集模式一常规模拟信号采集模式常规模拟信号采集模式使用PXI采集计算机，用于气象设备、加速度计、索力计的采集，即采用位于外场工作站机柜的PXI专用采集计算机采集常规的电压及串口信号，并进行本地存储及向监控中心服务器传输实时和历史数据。2） 采集模式二专用服务器采集模式专用服务器采集模式指光纤传感器采集、动态称重仪采集和路面状况传感器的采集，均通过专用服务器（放置于外场工作站机柜及监控中心机房）进行专业系统的数据采集和管理，并向监控中心服务器传输实时和历史数据。专用服务器采集模式通过共享PXI的同步时钟卡的GPS时钟实现时间同步功能。表 2

8、13 各传感器系统输出信号及采集模式序号传感器系统名称输出信号类型采集模式1机械式风速仪485采集模式一2温湿度计05VDC采集模式一3结构应变计光信号采集模式二4结构温度计光信号采集模式二5位移计光信号采集模式二6索力计05VDC采集模式一7单向加速度计±5VDC采集模式一8三向加速度计±5VDC采集模式一9动态称重数据采集模式二10GPS数据采集模式二11路面状况传感器数据采集模式二相关采集设备的主要技术指标如下：表 214 数据采集仪（PXI）技术指标技术指标机箱8槽数控制器CPU 2.26 GHz Intel Core 2/2G/120G高速采集卡1通道数8，分辨率

9、24位高速采集卡2通道数32，分辨率16位表 215 光纤光栅解调仪技术指标项目技术指标波长范围C波段（1525nm1565nm）精 度3pm分 辨 率0.1pm扫描频率1Hz100Hz连接形式FC/APC表 216 通用信号调理设备/索力信调理技术指标项目技术指标通道数16通道电源输入AC220V电源输出DC±12V2.2.1.2 视频信号采集视频信号主要是接入附近的交换机，交换机通过环网进入视频信号中心交换机，最后进入视频服务器，进行存储、显示等。图 22视频信号采集拓扑图2.2.2 数据传输系统健康监测数据和视频信号分别传输，各自组成独立的传输网络。2.2.2.1 监测数据传输

10、监测类传感器数据传输拓扑结构如下图所示：图 23监测数据采集与传输拓扑图整个系统由2台工业以太网交换机和1台健康监测中心交换机组成双纤自愈环网的形式构成，全网基于TCP/IP协议集，运行动态路由协议，确保传输网络的稳定、可靠。系统中的任一数据采集工作站通过附近的线缆接入现场的工业以太网交换机，由交换机接入整个数据采集传输网中。工作站与网络上其他任一服务器或工作站都存在2条通路可以到达，在网络上的任一处光纤断开的情况下，系统中的各工作站依然可以正常工作。通信光缆将由监控中心沿引桥敷设至主桥的外场工作站，形成光纤环网并将现场监测数据传回监控中心的服务器系统。监测数据可以通过Internet或者其他

11、系统提供外部人员的访问（Internet接入及其他系统传输网络的设计不在本系统范围内）。在数据传输网络中，通过VLAN划分的方式将原始数据传输系统与其它接入TCP/IP网络的系统分离，只有数据接收服务器能够直接读取到采集的原始数据，以减少过多连接对数据传输所构成的安全威胁。表 217 工业以太网交换机技术指标项目技术指标指标24口+2SFP二层交换机，1对长距离GLC-LH-SM光模块电源输入AC220V表 218 监测数据中心交换机技术指标项目技术指标VLAN支持端口数24接口速率10/100/1000接口型号RJ45 10/100/1000M端口（24口）其他支持4个1000Base-FX

12、单模或多模光纤接口；带网络管理功能2.2.2.2 视频信号传输视频信号的传输拓扑图如下所示：图 24视频信号采集与传输拓扑图外场设备利用百兆工业级节点交换机组成2个百兆自愈环网接入管理用房，其中上游侧5个交换机组成1个环网，下游侧5个交换机组成1个环网，每个环网在监控中心设立1个接入交换机，接入交换机接入视频监控的主干交换机。表 219 节点交换机/工业接入交换机技术指标项目技术指标指标2光口，6电口带2对光模块电源输入AC220V表 220 视频监控中心交换机技术指标项目技术指标VLAN支持端口数48接口速率10/100/1000接口型号RJ45 10/100/1000M端口（48口）其他支

13、持4个1000Base-FX单模或多模光纤接口；带网络管理功能2.2.3 辅助支持系统2.2.3.1 外场机柜外场机柜设立2处，参数如下：允许工作温度范围：-20+80；防水，防潮，防尘，满足防护IP55工业标准；抗主要的化学腐蚀，特别是盐的腐蚀。机柜内需保持2530恒温，空调工作温度范围为-20+502.2.3.2 远程电源控制器由于大桥距离较远，为方便设备管理控制，需要对电源进行远程管理；同时由于机柜内设备工作环境的要求较高，必须对机柜内部的温湿度进行实施监控。基于以上要求，系统必须具有相应的功能。系统外场每个机柜配置1个8口远程控制器。2.2.3.3 UPS不间断电源工作站机柜各自采集相

14、应位置的监测数据，经通讯网络汇报给中心机房。各工作站机柜共同承担结构健康的监测责任，所以需要为各工作站机柜里的监测设备配套一个稳定不断电的供电设计，並考虑紧急情况下断电后，设备仍可持续工作到供电回复正常。UPS主机带温湿度传感器。基于上述设计思路，对机房及各工作站机柜除提供正常配电容量及配线外，再搭配不间断电源及可供电2小时的电池容量，以确保供电万无一失。其中外场机柜用电UPS选用3KVA在线式不间断电源，监控中心的机柜需要30KVA在线式不间断电源，其中监控中心的UPS在线不间断电源由相关单位统一提供。2.2.3.4 综合布线（1）主干光缆主干光缆48芯，布设2条，从中心机房引出后沿大桥敷设

15、，覆盖整个桥面，形成整个大桥的主干链路。其中一条给健康监测，另外一条给视频监控。视频监控要沿上下游桥面形成环网。（2）主干桥架在上下游、两主塔分别布设主干桥架，用于放置各类传感器线缆电缆、通讯光缆等（3）管道传感器到主干桥架之间需要设置管道沟通，如索力、加速度、风速仪等。（4）传感器电缆传感器电缆按照相关要求要求放入桥架管道内，标示标牌清楚。（5）供配电外场2处机柜需要供电，需要大桥方统一提供，大小3KVA。2.3 数据处理与控制系统2.3.1 监测数据服务器2.3.1.1 系统构成整个监测数据服务器系统由数据处理与控制服务器，数据库服务器，结构安全评估服务器，动态称重服务器（应用服务器）构成

16、。Ø 数据处理与控制服务器在此部分服务器的主要功能为接收底层工作站传输的数据，并做简单的数据处理，对它的要求主要体现在对数据并发性接收的相应能力。故在此配备一台高性能LINUX/UNIX服务器。Ø 数据管理服务器整个平台运行会产生大量的数据，其中大部分数据在经过预处理后都将输入数据库系统，可以为以后的查询、运算、统计打好基础。由于数据库软件采用的是Oracle系统，而Oracle系统在LINUX/UNIX系统下将发挥更大的效能，故在此配备一台高性能LINUX/UNIX服务器。Ø 结构安全评估服务器此服务器主要功能是进行数据的在线分析处理，对实时数据和历史数据进行二

17、次处理，数据融合处理，进行在线评估与预警，运行人工检测数据子系统的核心应用，接收应用服务器的请求，进行将各项处理并将结果返回。该服务器运行的是整个大桥平台的核心功能，需要处理大量的数据。故在此配备一台高性能LINUX/UNIX服务器。Ø 动态称重/GPS服务器服务器（应用服务器）此服务器主要功能是用于动态称重/GPS统数据的接收、分析与处理。作为动态称重系统/GPS系统的专用服务器。注：基本的网络设备管理要求，可以通过软件系统中的设备状态监控、管理功能来实现。从经济实用的角度出发，不单独采购网管软件。考虑到整个监测系统将产生大量重要数据需存档，采用在数据库服务器上做RAID5的方式对

18、系统数据进行存储和备份，保证5年的数据存储要求。2.3.1.2 技术参数表 321 应用服务器技术参数要求项目数据库服务器数据处理与控制服务器结构安全评估服务器GPS/动态称重传感器CPU四核CPU四核CPU四核CPU四核CPU处理器个数2221系统内存16GB或更高8GB或更高8GB或更高4GB存储RAID5卡，可用容量10T600G600G600G连接支持千兆以太网连接支持千兆以太网连接支持千兆以太网连接支持千兆以太网连接操作系统UNIX，LinuxUNIX，LinuxUNIX，Linux2.3.2 监控中心机柜监控中心需要3个台标准机柜来放置监测数据服务器以及网络设备，机柜内需要配置1台

19、KVM来便于服务器间切换。3 平台软件整个软件系统分为如下五部分：监测数据自动采集模块、人工检测数据管理模块、安全分析评估预警模块。3.1 监测数据自动采集模块（1）对所有传感器信号按照相应的采集制度和采样频率进行实时数据采集和预处理；（2）连续传输来自传感器系统的实时监测数据、状态和警告信息，以便进行必要的显示、报警和存储；（3）所有来自不同传感器的时间序列数据保持同步；（4）数据传输更新速度满足实时显示要求，最大延时不超过2秒的要求；（5）报警和状态信息的更新速度满足显示、确认和存储的实时性要求，时间间隔不超过2秒的要求；（6）对于每个传感器，根据它们相应的工程单位和传感器读数设置适当的满

20、度值；（7）所有连续记录的数据以小时为单位进行保存，采用二进制压缩文件格式；（8）按照相同的文件结构、单一的每小时文件名和不同采样频率，自动集成原始和导出的时间序列数据以及每小时文件；（9）序列数据的文件头具有详细的采集信息及事件信息，如：数据速度、通道号、数据时段、数据读数开始时间和事件信息等；（10）系统动态数据库环形缓冲存储最多可保持45天的原始数据，缓冲时间长度可由系统管理员调整；（11）所有系统操作和警告信息记入按时间顺序的可追溯事件日记。报警的出现和恢复监测要提供交互式的显示；（12）对于特殊传感器的独立数据采集系统，通过COM接口的方式对其进行软件集成，COM接口完成各种数据的交

21、换，并尽可能对原采集软件的正常工作影响最小。（13）配有系统备份软件，确保数据的安全性；（14）提供对所选的输出时间序列数据和每小时统计摘要信息。（15）实时采集大桥视频信号。图 31 传感器自动时程曲线3.2 人工检测数据管理模块该子系统包括以下功能：、（1）人工检测数据管理：通过该模块管理各种检测数据及其数据可视化展现，支持人工巡检病害信息的统计分析；（2）文件管理：对检测类数据形成的文件进行管理，便于查询展示等。3.3 安全分析评估预警模块该模块分为结构安全评估、综合监控与预警、突发事件处置。3.3.1 结构安全评估该模块对传感器监测、人工检测得到的各类定量、定性的数据，进行统一的数据处理分析，然后按照一定的预警评估模型，得到结构安全状态的评估和预警报告，据此给出结构的管养建议。建立完整的结构综合预警安全评估系统，具体包括三个层次的内容：（1）专业的数据处理功能数据的预处理：主要进行统计运算，比如设定时段内的最大最小值、均值、方差、标准差、变化幅值等，计算结果作为初级预警的输入，并用以判定信号是否正常；数据的二次预处理：主要包括数据的时域、频域、时频域分析、特殊数据专业分析及显示；数据的逻辑组内融合处理和组间相关分析处理：在结构健康评估服务器内完成，主要