大型建筑结构健康监测的海量数据处理与数据库开发研究

大型建筑结构健康监测的海量数据处理与

数据库开发研究

第29卷第12期

振动与冲击

大型建筑结构健康监测的海量数据处理与数据库开发研究

林健富,程瀛,黄建亮,陈树辉

媚庄

:

.

篓健康监测中,要对大量不同类型的传感器采集到的数据信号进行处理.基于0ra.l 数惹采薏蝴系

妻篓篓孽介绍该数据库系统的功能结霁荔兰变传感器采集到的数据信号的实例描述该系统处理海量数据的特点.…一……～.强

关键词:结构健康监测;振弦式应变传感器;0racle;数据存储

;数据管理

中图分类号:TP274文献标识码:A

结构健康监测系统研究已经成为航空航天,国防,

复合材料,土木工程等领域的热点研究方向,各国均在

新建的和已服役的重要工程结构上增设健康监测系

统.特别值得注意的是目前结构健康监测里广泛应用

的传感器技术.美国20世纪80年代中后期开始在多

座桥梁上布设监测传感器,监测环境荷载,结构振动和

局部应力状态,用以验证设计假定,监视施工质量和实

时评定服役安全状态;丹麦曾对总长1726m的Fam.

跨海斜拉大桥进行施工阶段及通车首年的监测

,旨在

检查关键的设计参数,监测施工危险阶段,以及获取开

发优化的监控维护系统所必需的桥梁健康记录;挪威

在主跨530的Skarnsundet斜拉桥上安装全自动数据

采集系统能对风,加速度,倾斜度,应变,温度,位移进

行自动监测;香港青马大桥安装了500个加速度传感

器,粘贴了大量的应变片,并安装了一套GPS系统,用

以长期监测桥梁服役的安全性;内地的虎门大桥,徐浦

大桥,江阴长江大桥等在施工阶段也安设传感设备,以

备运营期间的实时监测引.显然很多的结构健康监

测是长期的使用多传感器监测的过程,必然会产生海

量的监测数据,而如何高效的存储和管理这批数据成

了工程技术人员必须面对的重要问题.

1目前结构健康监测系统的现状

l?1结构健康监测系统的一般组成

结构健康监测系统一般包括传感器子系统,数据

集与处理及传输子系统,数据管理子系统三大部

分'",如图1所示.上述各子系统分别承担结构健

监测系统的不同功能,它们之间协同工作,完成和实

见其对重大工程结构健康与安全的诊断与预警功能

.

金目:国家自然科学基金资助项目(10972240,11002164);广州新电视塔结构施工监控与运营健康监测服务(20O7—0379)

稿日期:2009—07—13修改稿收到日期:2009—10—09

;一作者林健富男,硕士生,1985年生

i讯作者黄建亮男,讲师

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图1结构健康监测系统的一般组成流程图

Fig.1Thegeneralflowchartof structuralhealthmonitoringsystem

1?2结构健康监测系统目前存在的一些问题

目前结构健康监测的研究人员大多数侧重于硬件

的使用和损伤理论分析的研究,已取得了很大的成果和进展,而对数据管理这个也非常关键的中问环

节的深人研究和阐述却相对较少,因此在这方面仍然存在比较多不完善而有待发展和研究的地方.

(1)传统的健康监测以人工检测方法为主,

一

般

由专业技术人员定期到现场对土木结构进行检查,将获得的数据带回实验室分析,从而得到健康参数,但该方法不能及时掌握实时的运行状态.

(2)随着传感器技术的发展,现在大型建筑里采

集的数据将是海量的数据,人工存储和分析数据工作量将会很大,而且对分析人员的要求也很高,这样仍然失去实时监测的时效.

(3)大多数监测系统采集的数据经过自身处理后

即存封,出现问题后才调出查寻.这种被动的数据处理方法不利于结构安全的实时监控,也不便于定期或随时进行专家会诊,及时汇人专家意见,正确评价

结构.

(4)传统的监测系统往往只对各采集参数进行单

独的分析,但是要对土木结构的健康状态做准确全面的判断,往往难以找到一个简单而合适的平台对数据进行多因数联合的整体分析,寻求每一参数对全结构的影响及各个参数问的交互影响一.

振动与冲击2010年第29卷

(5)部分监测系统采用了数据库进行海量数据的

管理,但是很多时候要么难以保证数据的完整』生,要么没有实现数据的自动化管理,或者是数据调用时存在严重

效率问题,这些问题的存在影响了系统的正常应用.

针对以上的不足,本文着重从数据组织策略方面

进一步研究如何实现高效的数据处理和解决使用效率

等问题,充分发挥数据管理系统承前启后的关键作用,

为实现数据关系挖掘和多因数数据分析提供良好的平台,同时为有效的资源共享,安全预警与损伤分析,专

家会诊等后续工作提供可靠高效的支持一I9'"J.

2基于Oracle平台的数据库开发

基于广州新电视塔项目的背景,由于工程的总体

数据类别繁多,数据量巨大,对数据库的要求非常高,

因而选择性能强大的Oracle数据库作为健康监测数据

管理的开发平台,并选取存储传感器数据的典型模块

振弦式应变传感器模块进行分析.

项目规划

-__……-●

需求分析

-●-………

系统设计

实现部署

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运行维护

实践表明优良的数据组织策略,在提升数据处理

效率方面有着非常重要的作用,甚至决定了数据管理

系统的成功与否.那么要得到优良的组织策略,必须

在开发的前期做好充分的分析和合理的前期规划.本