【正文】 和分析，不同建筑的監(jiān)測(cè)重點(diǎn)也各不相同、并隨著時(shí)間的推移動(dòng)態(tài)變化。目前，橋梁健康監(jiān)測(cè)的研究主要集中于測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置、振動(dòng)模態(tài)識(shí)別、結(jié)構(gòu)狀態(tài)特征提取、結(jié)構(gòu)整體性評(píng)估、異常診斷與損傷識(shí)別以及海量數(shù)據(jù)流處理等方面，取得了一定的進(jìn)展，然而面對(duì)大跨度橋梁，國(guó)際上至今還沒(méi)有公認(rèn)有效的利用測(cè)量信息診斷橋梁損傷或健康狀態(tài)的方法。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀鑒于大型建筑結(jié)構(gòu)事故的災(zāi)難性后果，結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程監(jiān)控已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)，其方法主要是運(yùn)用現(xiàn)代傳感技術(shù)與通信技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取結(jié)構(gòu)狀態(tài)和環(huán)境信息的各種數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)建筑運(yùn)營(yíng)階段的結(jié)構(gòu)響應(yīng)與性態(tài)行為，并依靠智能分析軟件評(píng)估大型建筑結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)，并提供相應(yīng)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(cè)為主要特征，測(cè)試手段雖然不斷進(jìn)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(guó)漢城的圣水大橋斷塌、1998年寧波大橋在施工過(guò)程中主跨折斷、1999年重慶彩虹大橋突然倒塌、2000年臺(tái)灣高屏大橋突然斷為兩截，2007年在不到兩個(gè)月時(shí)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(guó)密西西比河大橋發(fā)生跨塌數(shù)十輛汽車掉進(jìn)河里并有多人遇難、8月中旬中國(guó)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(zhǎng)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(yuǎn)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(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的混合通信協(xié)議，該技術(shù)和協(xié)議也可以推廣應(yīng)用于其他類似的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和應(yīng)用價(jià)值。以Internet為例，由于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安全性和可靠性無(wú)法達(dá)到較高的質(zhì)量，單純依賴以IPv4協(xié)議為核心的Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信時(shí)，對(duì)水庫(kù)大壩、大型橋梁[1]和電力設(shè)備等涉及公共利益、可靠性和安全性要求較高的遠(yuǎn)程監(jiān)控存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)開發(fā)好的協(xié)議進(jìn)行詳細(xì)的功能和性能測(cè)試與分析后，在某大橋結(jié)構(gòu)損傷遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，初步證明該協(xié)議在大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的適應(yīng)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(yuǎn)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(diǎn)的基礎(chǔ)上提出了多優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)發(fā)送緩存隊(duì)列的核心交換機(jī)制，在考察了各種監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的通信條件、分析了各種通信技術(shù)特征的基礎(chǔ)上提出了混合使用多種或多個(gè)通信信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕旌贤ㄐ艡C(jī)制，進(jìn)而提出了一種適用于大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)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(shè)計(jì)和開發(fā)了這種混合通信技術(shù)及其通信協(xié)議，通過(guò)組合使用多種或多個(gè)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(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用構(gòu)建混合數(shù)據(jù)交換信道。關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控的意義 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)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(luò)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(wèn)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(yuǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn) 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(yīng)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(yuǎn)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(shè)計(jì)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(duì)列性能分析 22 Internet傳輸?shù)臅r(shí)延影響 24 接入信道的時(shí)延影響 27 SMS傳輸?shù)臅r(shí)延影響 28 本章小結(jié) 303 大型建筑結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程監(jiān)控混合通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 31 協(xié)議層次設(shè)計(jì) 31 分層原則 31 層次結(jié)構(gòu) 31 層間接口 33 通信接口層設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 36 數(shù)據(jù)傳輸安全性設(shè)計(jì) 38 數(shù)據(jù)交換層設(shè)計(jì) 42 功能和設(shè)計(jì)思路 42 隊(duì)列管理 43 MData協(xié)議數(shù)據(jù)單元結(jié)構(gòu) 44 功能應(yīng)用層設(shè)計(jì) 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(yīng)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(shí)現(xiàn) 49 協(xié)議開發(fā)實(shí)現(xiàn) 49 開發(fā)語(yǔ)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(shí)現(xiàn) 58 隊(duì)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(shí)現(xiàn) 61 協(xié)議安全性的實(shí)現(xiàn) 67 子信道接口 71 本章小結(jié) 745 混合通信協(xié)議測(cè)試分析與應(yīng)用 76 一致性測(cè)試和互操作測(cè)試 76 協(xié)議測(cè)試原理 76 協(xié)議功能測(cè)試 80 協(xié)議性能測(cè)試分析 84 數(shù)據(jù)載荷對(duì)RTT影響的測(cè)試與分析 84 安全性處理對(duì)RTT影響的測(cè)試與分析 87 網(wǎng)絡(luò)負(fù)載對(duì)RTT影響的測(cè)試與分析 88 混合通信協(xié)議的應(yīng)用實(shí)踐 91 工程背景 91 系統(tǒng)構(gòu)架 93 運(yùn)行狀況 95 本章小結(jié) 986 結(jié)論 99 本文總結(jié) 99 進(jìn)一步的工作 100參考文獻(xiàn) 102附錄A 多優(yōu)先級(jí)緩存隊(duì)列性能計(jì)算 106在學(xué)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(jí)公路等是具有重大社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、政治乃至軍事意義的大型建筑，為保障其正常運(yùn)營(yíng)和服務(wù)、防止結(jié)構(gòu)災(zāi)害事故的發(fā)生，需要對(duì)其進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)安全遠(yuǎn)程監(jiān)控。而且，不同的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量、數(shù)據(jù)密度、對(duì)可靠性和安全性的要求、所擁有的網(wǎng)絡(luò)接入條件也各不相同，尤其是很多大型建筑地處邊遠(yuǎn)、監(jiān)控范圍較大、通信條件有限、網(wǎng)絡(luò)布設(shè)較困難，依賴于單一通信信道的系統(tǒng)容易因信號(hào)干擾、網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)擁塞等因素引起鏈路中斷，影響應(yīng)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(yuǎn)程監(jiān)控的意義我國(guó)是目前世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度最快的國(guó)家之一，每年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入都占到國(guó)民生產(chǎn)總值的較大比例。這些基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和完工為保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展、改善人民物質(zhì)