一种新型多点分布式远程桥梁监测系统研究

包括硬件接口单元、软总线内核和应用接口单元。硬件接口单元包括各种硬件接口驱动程序，将从外部硬件接收的数据发送到所述软总线内核单元，并将从所述软总线内核单元接收的操作命令发送到外部硬件。软总线内核包括多线程任务调度、消息队列处理等功能单元，将从硬件接口单元接收的数据发送到应用接口单元，并将从上层接口单元接收的操作命令发送到硬件接口单元。应用接口单元提供了外部桥梁监测人机操作界面对所述软总线单元的访问接口，将从软总线内核接收的数据发送到外部桥梁监测人机操作界面，并将从外部桥梁监测人机操作界面接收的操作命令发送到软总线内核。
　 为了实现分布式远程控制，软总线平台应具有标准的TCP/IP协议网络功能模块,该模块提供标准的网络应用API接口和网络接口硬件驱动，用于本地控制计算机和远程控制计算机之间的通信。为了实现多个不同技术的桥梁监测现场系统的接入，软总线平台具有支持各种桥梁监测现场系统接入的硬件驱动和适配接口；另外，为了使新的桥梁监测技术能简便地集成到本系统，软总线平台具有支持各种外部硬件系统无缝集成和外部桥梁监测软件二次开发的标准API接口。进一步地，可在软总线平台设计分布式数据存储接口，实现大型桥梁监测系统监测数据的本地存储和分布式处理。

3 多点分布式远程桥梁监测系统
　 基于软总线平台的多点分布式远程桥梁监测系统，包括多个桥梁监测现场系统、软总线平台和具有数据处理单元的监测中心计算机，如图2所示。桥梁监测现场系统包括安装在桥梁上的传感器、采集仪、智能控制单元以及与智能控制单元相连的本地控制计算机。软总线平台包括安装和运行在本地控制计算机和监测中心计算机上的软总线单元。采集仪采集传感器的数据，智能控制单元接收采集仪采集的数据并转发到本地控制计算机，本地控制计算机安装并运行软总线单元，将接收到的数据通过软总线单元转发到监测中心计算机，数据处理单元根据接收到的数据执行具体的数据处理操作。监测中心计算机是通过软总线平台与智能控制单元通信的，软总线平台上本地控制计算机和监测中心计算机的各个软总线单元是通过互联网络（Internet、移动网络等）相通信的，所以监测中心计算机不必固定，多个桥梁监测现场系统也可以分布在互联网络遍及的地方，只要桥梁监测现场系统的本地控制计算机与监测中心计算机能够相互通信，即可在本地控制计算机和监测中心计算机上布设软总线平台，整个监测系统就能在软总线平台上实现通信。

系统的主要特点如下：
(1)基于软总线平台的分布式远程网络控制技术，采用软总线提供的开放式软件架构，通过总线核分离上层监测软件和底层现场监测系统通信协议，支持新的硬件系统和软件系统的无缝集成,支持多种现场总线技术。基于软总线的标准网络接口(如Ethernet)，将高层桥梁监测软件和底层各种类型的桥梁监测现场系统通过网络互联起来，通信基于TCP/IP协议栈，从而实现多座桥梁设施的松耦合分布式远程监测。
(2)已建的、在建的各种类型桥梁监测系统都可以通过软总线平台纳入到整个监测系统，组建大型监测网络，实现一个城市或区域桥梁设施的松耦合分布式远程监测。
(3)在桥梁监测系统中引入软通信平台，突破了传统的单一专用桥梁监测系统和目前基于标准网络接口的远程桥梁监测系统，可节约监控成本，提高监控效率和性能，实现一个城市或区域多座路桥设施的分布式一体化集中监控。
4 建立实验测试系统
　 采用LabMap软总线[5]建立具有两个桥梁监测子系统的实验测试模型，如图3所示。

　 LabMap是一种工业控制软总线，具有两个层次的抽象接口：应用软件接口和硬件驱动接口。LabMap软总线支持网络功能，它将整个网络功能抽象成一个高度优化的网络接口[6]。
　 实验测试系统中两个桥梁监测现场系统的设备，主要有数据采集系统、现场总线系统和各类振弦式传感器，数据采集系统采用DataTaker DT80g智能采集系统，现场总线采用Wago现场采集总线系统，传感器主要采用北京基康的振弦式桥梁监测传感器。
　 实验系统的硬件设备还包括联网设备和控制PC(运行软总线LabMap及HMI)，各硬件系统设备互联方式如图3所示。
(1)交换机、本地控制PC1、Wago现场总线采集系统和各种桥梁监测传感器联网组成桥梁监测现场子系统1。该子系统采用10.10.10.0/24网段。本地控制PC和Wago现场总线采集系统之间基于标准的Modbus/TCP通信，通信接口为标准的以太网口。
(2)DT80g智能型数据采集器、本地控制PC2和各种桥梁监测传感器组成桥梁监测现场子系统2。该子系统采用20.20.20.0/24网段。DT80g通过RS485串行口连接控制PC，通信方式为串行通信。
(3)两个桥梁监测子系统和远端控制PC通过路由器实现互联，各端口配置不同网段，组成分布式网络，以模拟实际的网络应用环境。
　 本实验系统不仅可对各个桥梁监测现场子系统的应变、应力、温度、位移、倾斜等物理特性进行本地实时监测，也可从远程监控终端实现对两个桥梁监测现场子系统的分布式监测及基于Internet的数据共享和对比分析。
如在远端PC对子系统1的应变进行监测，采用GK-4200型应变计。其采集值和工程应变量的转换的理论和修正公式如式(1)和式(2)，修正考虑了弦初始状态和温度的影响。