面向大数据的桥梁健康监测系统的设计与实现
这是一篇关于桥梁健康监测,大数据分布式处理,桥梁健康状态自动识别的论文, 主要内容为随着桥梁健康大数据时代的到来,传统的集中式环境下的桥梁健康监测系统的难以应对海量数据,加之缺乏有效的健康状态自动识别方法,难以给桥梁安全管理带来实际的应用价值。近年来随着桥梁健康监测研究的深入,加之高性能、微型化的新型传感器的研发成型,加速了桥梁健康大数据应用的步伐。部署在国内桥梁的关键部位的新型传感器,每天会产生大量的感知式数据,仅国内一座大桥每天所采集的数据量就达到10GB左右,据不完全统计,全国公路桥梁已达到80万座左右,面对如此大的桥梁基数,面对大量的感知式数据,如何及时的处理,如何自动的识别桥梁健康状态,已经成为相关部门迫切需要解决的课题。本文从桥梁安全管理者的实际需求出发,结合桥梁健康监测的业务特点,针对桥梁健康大数据,采用大数据分布式处理技术,在桥梁健康大数据处理的结果基础上提出了桥梁健康状态自动识别方法,设计并实现了面向大数据的桥梁健康监测系统。1.本文通过分析目前桥梁工程中大数据的应用现状及存在问题,针对传统基于集中式处理的桥梁健康监测系统的不足,提出了能够解决传统系统不足点、基于桥梁健康大数据分布式处理技术的实现方法。通过研究现有的桥梁健康识别方法和实际使用的效果,发现了现有桥梁健康状态识别的自动化实现难点。通过使用桥梁健康大数据的计算结果的聚类分析,补足现有难点,提出了一种基于桥梁健康大数据计算结果的桥梁健康状态自动识别的方法。2.本文通过桥梁安全管理的业务调研,通过需求分析,总结了符合桥梁安全管理能够面向大数据的桥梁健康监测系统的具体功能,设计了符合桥梁安全管理的系统整体架构。提出了桥梁健康大数据分布式处理的流程,设计并阐述了桥梁健康状态自动识别的算法,对系统的数据库进行了设计。3.本文在系统的需求分析与设计的基础上,通过模块化的实现方式,使用面向对象的方法,对系统的主要功能模块的安全管理设置模块、桥梁管理模块、桥梁健康大数据分布式处理模块、桥梁健康状态自动识别模块进行了详细的设计与实现。4.本文分析了桥梁健康大数据分布式处理的性能。通过使用实际的监测数据,对桥梁健康状态自动识别的有效性进行了分析。通过桥梁安全管理者的实际使用的情况,分析了系统的实际使用效果。本文通过对面向大数据的桥梁健康监测系统的设计与实现,提供符合桥梁安全管理工作有效的信息化手段,对桥梁的安全管理工作有一定的益处和帮助。
钢管混凝土拱桥健康监测数据测量系统设计与开发
这是一篇关于桥梁健康监测,钢管混凝土拱桥,数据测量系统,CompactRIO,CPU+FPGA,可靠性,同步性,实时性的论文, 主要内容为桥梁数据测量系统(传感器系统、数据采集与传输系统),是科学量化桥梁状态的基础性第一步,其测量的数据是否有效、准确、及时、可靠将极大的影响监测效果。本文以石门水库大桥为依托,开展钢管混凝土拱桥数据测量系统硬件选型和软件开发与设计的研究工作。首先,根据钢管混凝土拱桥的结构特点,调研并分析对比钢管内混凝土脱空、索力、吊索(杆)损伤的检测/监测技术,得出其在桥梁健康监测中的适用性并给钢管混凝土拱桥传感器系统设计提供依据。结合上述工作,给出石门水库大桥健康监测的传感器系统方案设计,并关注在实际工程中的检测、安装与现在调试。该方案能够实现对钢管混凝土拱桥各项监测内容有效的监测。然后,为了解决桥梁健康监测数据采集与传输子系统的实时性、同步性、网络化、灵活性、可靠性和多监测内容集成问题。基于NI CompactRIO数据采集平台的中心处理器+可编程逻辑门阵列架构设计与开发了一套桥梁健康监测数据实时同步采集程序,实现了多采集模块、多通道间精确的实时同步采集。并基于面向服务的架构对程序进行模块化设计与开发,实现了桥梁健康监测数据采集与传输程序灵活的自定义设计。还从数据采集与传输系统软硬件选型和专门的程序设计两个方面保证了系统的可靠性。分析桥梁健康监测数据测量系统多监测内容的集成可行性,并给出集成技术路线。最终,完成石门水库大桥数据采集与传输系统的方案设计,该方案有效的解决了桥梁健康监测数据采集与传输子系统面临的各项问题。最后,为了验证设计与开发的数据测量系统,将设计的数据测量系统简化并应用到石门水库大桥Benchmark模型实验中并进行测试,实现对实验数据准确、可靠、实时的测量。
桥梁健康监测门户系统设计开发及数据预处理
这是一篇关于桥梁健康监测,门户系统,B/S架构,监测数据预处理,趋势相关性分析,模型试验的论文, 主要内容为桥梁健康监测门户系统的主要任务是提供给用户所需的人机界面,是用户与健康监测主系统的“沟通方式”。健康监测系统通过多种现代化的传感和信号采集、处理手段,获取桥梁结构环境输入以及结构本身各种状态参量,进而对桥梁的状况进行监测与评估,但健康监测传感器系统每分钟产生几百万条数据,那么就需要采取各种数学手段对海量数据进行分析,提取结构物的状态信息。本文通过对桥梁健康监测系统及其门户系统的调研,并通过分析不同桥型的需求确定了针对常见桥型的健康监测的重点监测内容,开发了基于B/S构架的在线监测软件系统。主要包含结构监测、阈值预警、系统设置、趋势分析、报表报告、用户设置等模块。系统通过数据和图表的形式实现连续数据的线图显示、图形化显示各监测点的实时数据及其历史数据,提供报警查询、数据分析、数据下载的接口;实现初步的在线分析功能和阈值报警功能,并提供相应的报警处理预案和接口;可分类生成系统运行状态报告、当前桥梁结构的数据分析报告以及用户关心事件的报表报告,并在同一平台用同一种开发语言开发了可与桥梁巡检养护系统相结合的门户系统。最后,为了验证设计与开发的系统,将设计与开发的系统用某悬索桥的实测数据和石门水库特大桥Benchmark模型试验数据进行测试,分析各个子系统对时间的相关性,选择了时间关联度高,响应关联度大的实测数据作为分析对象;通过数据趋势分析可以得到桥梁的稳定状态,发掘出被监测结构特性和环境特性的关系,分析总结出桥梁结构参数与环境参数的相关性,为后续的桥梁巡检养护决策提供可靠的科学依据,为实现桥梁健康监测系统与巡检养护系统相结合的桥梁养管系统提供实践经验。
基于数字孪生的桥梁生命周期监测系统的设计与实现
这是一篇关于物联网,桥梁健康监测,数字孪生,应用层系统的论文, 主要内容为传统人工的方式对桥梁进行生命周期监测存在自动化程度低、人力成本高、监测效率低下等问题,严重制约了桥梁监测的智能化、信息化、数字化的发展。针对上述问题,本文将数字孪生与桥梁结构健康监测相结合,通过物联网软件和硬件的设计,构建了桥梁物理实体层数据采集系统。进而,研究了桥梁在数字孪生层中的基本规划步骤以及其关键模型和场景的构建工作;从模型的载入和渲染等方面入手,对多模型异步加载和网络优化做了详细分析;通过Web Socket数据通信的方式建立了以数据监控为中心的桥梁孪生层模型。在此基础上,开发了全方位监测的桥梁应用层系统,完成对桥梁的全生命周期监测。论文的主要研究内容如下:(1)从多个维度对数字孪生进行描述,通过对桥梁监测方面进行实际需求分析,提出了数字孪生驱动的桥梁生命周期监测系统四层架构模型。(2)根据桥梁受力分析以及桥梁采集传感器的技术指标,布置了采集传感器的具体方位;通过采集设备的软硬件结合设计了基于NB-IOT模块的桥梁物理实体层数据采集系统。(3)基于数字孪生体的构建特点,使用Three.js框架对关键模型和场景进行构建,形成了桥梁数字孪生层;分析了桥梁几何模型的加载过程,提出了多模型的异步加载以及网络优化相关步骤;通过Web Socket的通信方式实现了桥梁物理实体层、数字孪生层以及应用层之间的数据交互。(4)通过分析系统功能需求,对基于B/S架构模型的应用层系统和其网络拓扑结构进行整体设计;实现了系统管理、监测历史信息查询、健康维护以及监测信息实时反馈等模块功能;利用相关数据测试并验证了各模块的功能完整性。
基于BIM的桥梁健康监测云平台系统设计与实现
这是一篇关于桥梁健康监测,BIM技术,B/S架构,云平台的论文, 主要内容为目前,中国已是世界第一桥梁大国,中国路桥的发展已经到了建设与养护并重的阶段。如何对已有的桥梁进行保护、延长其使用寿命是目前热点研究课题之一。从最早的人工检查到如今的自动化设备检查,从本地巡检到远程监控,结合日益发展的网络技术,桥梁健康监测系统逐渐向云平台靠拢。而现有的监测系统大多在图形交互界面趋于平面化,相较于3D展示不够直观,尤其在监测点位展示方面较为严重。结合建筑信息化模型(Building Information Modeling,BIM)技术的三维优势,本文提出基于BIM的桥梁健康监测云平台系统,主要工作包括:(1)设计了基于BIM的桥梁健康监测云平台系统。对其发展历程、应用现状进行研究,结合国家标准和行业规范拟定监测内容和报警阈值。提出传感器+采集仪+无线通讯模块+云存储+Web端(BIM模型+数据可视化)的框架,验证BIM技术进入桥梁健康监测领域的可行性,打通技术链路,对桥梁健康监测系统的进一步发展进行探索。(2)硬件系统设计,选取传感器+采集仪+无线通讯模块的硬件链路,针对野外工况下的数据采集工作,本文采用更为稳定的通信协议MODBUS-RTU和4G无线通讯网络,摆脱对有线网络的依赖。软件系统设计,本系统采用Java EE开发,PC端和移动端均选取B/S架构,前端页面采用HTML5+CSS3+JavaScript语言编程,以WebGL加载BIM模型,服务端采用Java语言编程,使用MySQL进行数据存储。(3)将BIM模型进行轻量化处理。由于原始BIM模型体量巨大,难以脱离绘制软件单独使用,本系统通过轻量化引擎将BIM模型去除冗余的点面,将模型缩小数倍,再结合HTML5中的WebGL技术,使得BIM模型得以在Web系统中进行展示。通过软硬件联合调试,可以实现传感器数据实时上传、超值报警、历史数据查询、发送报警邮件等功能。将本系统与传统的桥梁健康监测系统进行对比,体现了桥梁运维过程中监测系统与BIM技术结合的优势。
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