【正文】 和分析，不同建筑的監(jiān)測重點也各不相同、并隨著時間的推移動態(tài)變化。目前，橋梁健康監(jiān)測的研究主要集中于測點優(yōu)化布置、振動模態(tài)識別、結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征提取、結(jié)構(gòu)整體性評估、異常診斷與損傷識別以及海量數(shù)據(jù)流處理等方面，取得了一定的進展，然而面對大跨度橋梁，國際上至今還沒有公認有效的利用測量信息診斷橋梁損傷或健康狀態(tài)的方法。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鑒于大型建筑結(jié)構(gòu)事故的災難性后果，結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控已成為國際上的研究熱點，其方法主要是運用現(xiàn)代傳感技術(shù)與通信技術(shù)，通過實時獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境信息的各種數(shù)據(jù)，遠程監(jiān)測建筑運營階段的結(jié)構(gòu)響應與性態(tài)行為，并依靠智能分析軟件評估大型建筑結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，并提供相應的決策支持。傳統(tǒng)的大型建筑結(jié)構(gòu)保障體系以人工定期檢測為主要特征，測試手段雖然不斷進步，但仍有其固有缺陷。大型橋梁建筑也是事故頻發(fā)，如1994年韓國漢城的圣水大橋斷塌、1998年寧波大橋在施工過程中主跨折斷、1999年重慶彩虹大橋突然倒塌、2000年臺灣高屏大橋突然斷為兩截，2007年在不到兩個月時間內(nèi)全世界發(fā)生四起重大橋梁倒塌事故：8月1日美國密西西比河大橋發(fā)生跨塌數(shù)十輛汽車掉進河里并有多人遇難、8月中旬中國湖南一座在建的橋梁發(fā)生倒塌造成人員傷亡、9月1日巴基斯坦卡拉奇一座高架橋發(fā)生倒塌造成多人傷亡、9月下旬越南南部湄公河三角洲最長的一座大橋芹苴大橋發(fā)生坍塌數(shù)十人遇難等等。截至2006年底，、其中特大橋梁1036座、大橋30982座、比上年增加了218座、。本文最終提出了一種適用于大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控的混合通信技術(shù)，并采用層次式架構(gòu)開發(fā)和實現(xiàn)了相應的混合通信協(xié)議，該技術(shù)和協(xié)議也可以推廣應用于其他類似的遠程數(shù)據(jù)采集和遠程監(jiān)控系統(tǒng)中，具有很強的實用性和應用價值。以Internet為例，由于網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)復雜、安全性和可靠性無法達到較高的質(zhì)量，單純依賴以IPv4協(xié)議為核心的Internet進行遠程數(shù)據(jù)通信時，對水庫大壩、大型橋梁[1]和電力設備等涉及公共利益、可靠性和安全性要求較高的遠程監(jiān)控存在很大的風險。對開發(fā)好的協(xié)議進行詳細的功能和性能測試與分析后，在某大橋結(jié)構(gòu)損傷遠程監(jiān)控系統(tǒng)中對該技術(shù)進行了實踐應用，初步證明該協(xié)議在大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的適應性、有效性、可靠性和安全性。本文主要研究大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸方法，在研究其數(shù)據(jù)交換特點的基礎上提出了多優(yōu)先級數(shù)據(jù)發(fā)送緩存隊列的核心交換機制，在考察了各種監(jiān)控現(xiàn)場的通信條件、分析了各種通信技術(shù)特征的基礎上提出了混合使用多種或多個通信信道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕旌贤ㄐ艡C制，進而提出了一種適用于大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)的混合通信技術(shù)。本文采用層次式架構(gòu)設計和開發(fā)了這種混合通信技術(shù)及其通信協(xié)議，通過組合使用多種或多個現(xiàn)有的公用通信系統(tǒng)中成熟、商用和低成本的通信信道，可以為不同通信條件和通信要求的遠程監(jiān)控應用構(gòu)建混合數(shù)據(jù)交換信道。關(guān)鍵詞：遠程監(jiān)控， 混合通信， 通信協(xié)議， 可靠性， 安全性Research on Data Transmission in Remote Monitoring System of Large Constructions Structural SafetyAbstractRemote monitoring for large constructions structural safety is one of the important means to avoid the occurrence of disastrous accidents. It can use modern technique of sensor and munication to acquire real time structural state and various environmental informations of large constructions structural, and monitor its response and behavior during its operation. It also analyses and evaluates this construction structural health to provide corresponding decision support.This paper makes a research on data transmission in remote monitoring system of large constructions structural safety. With profound analyzing on the features of data exchange, a core exchange mechanism is put forward, which supports multiple priority data buffer queues. Based on the investigation of the munication conditions in various monitor systems and analyses the characteristic of each munication technology, a hybrid munication mechanism is presented, which mixes multiple modes or links for data transmission. And then we propose a hybrid munication approach rendered for the use in remote monitoring system of large constructions structural safety.This thesis uses the hierarchy schema framework to design and develop such hybrid munication technology and its munication protocols. Based on the various mature, mercial and low cost munication networks, the proposed technique can scheme multiple munication modes and links to apply hybrid data exchange channels under the different munication conditions and meet the given requirements. The application functions layer of hybrid munication protocol provides the foundational functions of remote monitoring system, at the same time, it offers an open interface standards for expanding in different types of engineerings. The core of data exchange layer is a multiple priority data transmission buffer queue that can offer standby, redundancy and parallel modes. In unreliable and insecure munication channels, the munication interface layer has a buildin unified mechanism to assure monitoring mands and data exchanging effectively and reliably, also it can run under various poor munication environments, having breakageproof, antibugging and antireplaying.The hybrid munication protocol has been implemented with Java technology which is independent of platform, and it can be spread into different application of remote monitoring and data acquisition system. After testing on the functions and performance of this protocol, it has been used in remote monitoring system of one bridge structural damage for the practice. The adaptability, validity, reliability and security of this protocol have been preliminarily shown in remote monitoring system of large constructions structural safety.Key Words：Remote Monitoring， Hybrid Communication， Communication Protocol， Reliability， Safety目 錄引 言 11 緒論 2 研究背景 2 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控的意義 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù) 5 一般性結(jié)構(gòu) 5 系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù) 6 傳感器和傳感網(wǎng)絡技術(shù) 7 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 8 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)研究的重要性 9 數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量要求 9 目前存在的主要問題 10 本文的研究工作與內(nèi)容結(jié)構(gòu) 112 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸 13 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的特點 13 現(xiàn)有數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)分析 14 一般性數(shù)據(jù)通信方式 14 常規(guī)商用數(shù)據(jù)通信手段 15 現(xiàn)有技術(shù)的適應性分析 16 數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議分析 18 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控混合通信技術(shù)的提出 19 混合通信技術(shù)的提出原因 19 混合通信技術(shù)的設計思想 20 混合通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸能力分析 22 混合通信交換隊列性能分析 22 Internet傳輸?shù)臅r延影響 24 接入信道的時延影響 27 SMS傳輸?shù)臅r延影響 28 本章小結(jié) 303 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控混合通信協(xié)議的設計 31 協(xié)議層次設計 31 分層原則 31 層次結(jié)構(gòu) 31 層間接口 33 通信接口層設計 34 功能子層劃分 34 MPacket協(xié)議數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu) 35 數(shù)據(jù)傳輸可靠性設計 36 數(shù)據(jù)傳輸安全性設計 38 數(shù)據(jù)交換層設計 42 功能和設計思路 42 隊列管理 43 MData協(xié)議數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu) 44 功能應用層設計 45 協(xié)議開放性 45 MMessage協(xié)議數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu) 45 功能應用層主要監(jiān)控指令 46 本章小結(jié) 474 混合通信協(xié)議的開發(fā)實現(xiàn) 49 協(xié)議開發(fā)實現(xiàn) 49 開發(fā)語言的選擇 49 開發(fā)框架的選擇 50 開發(fā)模式選取 51 協(xié)議軟件組成與結(jié)構(gòu) 52 ApplicationFunctionLayer包 52 DataExchangeLayer包 53 CommunicateInterfaceLayer包 55 協(xié)議核心功能的實現(xiàn) 58 隊列管理 58 數(shù)據(jù)交換層發(fā)送和接收管理 59 協(xié)議可靠性的實現(xiàn) 61 協(xié)議安全性的實現(xiàn) 67 子信道接口 71 本章小結(jié) 745 混合通信協(xié)議測試分析與應用 76 一致性測試和互操作測試 76 協(xié)議測試原理 76 協(xié)議功能測試 80 協(xié)議性能測試分析 84 數(shù)據(jù)載荷對RTT影響的測試與分析 84 安全性處理對RTT影響的測試與分析 87 網(wǎng)絡負載對RTT影響的測試與分析 88 混合通信協(xié)議的應用實踐 91 工程背景 91 系統(tǒng)構(gòu)架 93 運行狀況 95 本章小結(jié) 986 結(jié)論 99 本文總結(jié) 99 進一步的工作 100參考文獻 102附錄A 多優(yōu)先級緩存隊列性能計算 106在學研究成果 110致 謝 111引 言橋梁、隧道、抗洪工程、海防工程、水利工程和高等級公路等是具有重大社會、經(jīng)濟、政治乃至軍事意義的大型建筑，為保障其正常運營和服務、防止結(jié)構(gòu)災害事故的發(fā)生，需要對其進行有效的結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控。而且，不同的遠程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)密度、對可靠性和安全性的要求、所擁有的網(wǎng)絡接入條件也各不相同，尤其是很多大型建筑地處邊遠、監(jiān)控范圍較大、通信條件有限、網(wǎng)絡布設較困難，依賴于單一通信信道的系統(tǒng)容易因信號干擾、網(wǎng)絡覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡擁塞等因素引起鏈路中斷，影響應用系統(tǒng)的有效性和可用性，甚至容易引發(fā)重大事故。1 緒論 研究背景 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠程監(jiān)控的意義我國是目前世界上經(jīng)濟發(fā)展速度最快的國家之一，每年基礎設施建設的投入都占到國民生產(chǎn)總值的較大比例。這些基礎設施的建設和完工為保證國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、改善人民物質(zhì)