【正文】 提供數據：斜拉索索力；與設計索力、竣工最后一次調索索力、歷年測試索力的比較；索力變化的評估。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案29 斜拉索錨頭檢查檢測要求如下：檢測方法：無損檢測；檢測周期：每1年進行一次；檢測范圍：全部拉索；檢測內容：斜拉索錨頭銹蝕程度；提供數據：提供斜拉索錨頭銹蝕評估數據； 全橋傳感器測點布設情況匯總全橋傳感器布設情況匯總如下表所示：表 全橋傳感器布設情況表序號 類型 型號 數量 布設情況1 應變傳感器 SENS1 67 4 個塔柱各 6 套、主梁 7 個截面各 5 套、橫隔板 8 套2 溫度傳感器 SENT1 67 4 個塔柱各 6 套、主梁 7 個截面各 5 套、橫隔板 8 套3 加速度計 SENAL 26 4 個塔柱頂各 2 套，主梁 7 個截面共 18套4 索力計 JMM268C 16 2 個索面 8 幅每幅各 2 套5 傾斜計 SENTILT 8 4 個塔柱頂各 2 套6 拉線式位移傳感器 SEND2 4 2 個梁端各 2 套7 靜力水準儀 SENHOR 11 點 主梁 5 個截面各 2 套，不動點 1 套9 風速風向儀 HFY1A 1 塔頂 1 套全橋傳感器布置圖如下圖所示 ：圖 21 李家沱長江大橋健康監(jiān)測項目全橋總體布置圖索力監(jiān)測變形、加速度、風速風向監(jiān)測變形、加速度監(jiān)測索力監(jiān)測 索力監(jiān)測索力監(jiān)測 索力監(jiān)測索力監(jiān)測索力監(jiān)測應力溫度加加速度監(jiān)測加速度、應力、變形溫度監(jiān)測伸縮縫監(jiān)測伸縮縫監(jiān)測應力、溫度、撓度、加速度監(jiān)測應力、溫度、撓度、加速度監(jiān)測 應力溫度加加速度監(jiān)測應力、溫度撓度加速度監(jiān)測重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案31五、數據采集、傳輸、處理和控制子系統(tǒng) 數據采集子系統(tǒng) 總體設計李家沱長江大橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)數據采集子系統(tǒng)由光纖光柵傳感網絡分析儀、拉索索力自動化測試系統(tǒng)和綜合信息網絡組成，其總體技術要求如下：(1) 系統(tǒng)應具有與其安裝位置、功能和預期壽命相適應的質量和標準。(2) 系統(tǒng)應能在無人職守條件下連續(xù)運行，采集得到的數據可供遠程傳輸和共享，采樣參數可遠程在線設置。能連續(xù)采樣，在報警狀態(tài)下(臺風、地震、船撞等) 能夠進行特殊采樣和人工干預采樣。(3) 數據采集軟件應具有數據采集和緩存管理功能，并能對現場數據進行基本的統(tǒng)計運算，以便顯示相應信息。(4) 對每個傳感器信號提供在線預覽、濾波、變換和同步統(tǒng)計處理功能，以便根據實際傳感器信號的時域、頻域性質合理設置采樣參數。(5) 系統(tǒng)軟件操作權限分為多級。只有系統(tǒng)管理員具有運行配置數據庫、編輯配置文件、修改傳感器的校準數據等在內的操作權限，而一般的普通管理員不應被賦予上述操作權限，以保證系統(tǒng)安全。(6) 當系統(tǒng)的一個或多個部分暫時斷電時，系統(tǒng)的各個部分應無需人為干涉即可自動重新啟動、同步校準和繼續(xù)正確運行，并保留斷點信息。數據采集采用實時監(jiān)測與定期監(jiān)測、檢測相結合的方法進行全面的系統(tǒng)監(jiān)測。實時監(jiān)測以傳感器自動采集數據方式實現，定期監(jiān)測以人工輸入數據方式實現。實時監(jiān)測的采集模式如下圖所示：圖 傳感器數據采集系統(tǒng)傳感器 外場工作站機柜 調理/采集模塊 采集計算機綜合監(jiān)測網監(jiān)控中心數據接收處理服務器重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案32 光纖光柵采集子系統(tǒng)光纖光柵傳感器采用的采集計算機為 PI03 型光纖光柵傳感網絡分析儀，如圖 所示：圖 PI03 型光纖光柵傳感網絡分析儀表 光纖光柵傳感網絡分析儀技術參數表類型 PI03XX通道數 1～24最大測點數 /通道 溫度：18；應變：16；位移：5；壓力：8主要指標采樣頻率 單通道 50Hz溫度 分辨率：℃；測量精度：177。℃應變 分辨率：1με；測量精度：177。3με可測參量及精度位移 分辨率：；測量精度：%FS～1%FS工作電壓 220V177。10%，50Hz電子參數數據接口 10M 以太網口、RS232 串口、USB 口工作環(huán)境 0～40℃環(huán)境參數工作濕度 0～80% 無結露 索力采集子系統(tǒng)索力采集子系統(tǒng)主要由 JMM268C 數字化加速度傳感器、總線型多點采集控制器、監(jiān)測工作站和監(jiān)測軟件組成。傳感器由 RS485 總線串接起來，測量數據通過總線型多點采集控制模塊傳輸至監(jiān)測工作站，并保存到數據庫。監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖如圖 所示。 重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案33 以以以以以以以以以以TCP/I以以以以以以以以圖 索力采集子系統(tǒng)結構圖表 索力采集控制器技術參數表類型 索力采集控制器頻率測量范圍 ~65Hz頻率測量精度 %177。溫度測量范圍 20℃~120℃溫度測量精度 1℃接口 RS485主要指標串接傳感器數量 2～64數據傳輸距離 1200 米（不接中續(xù)器）電源 36V 交流電防雷標準 符合 IEEE 標準 數據傳輸子系統(tǒng)本系統(tǒng)同時對主塔、主梁進行在線監(jiān)測，由于多個光纖應變傳感器具有不同的反射光中心波長，所以可以通過一根光纖串接成為光纖傳感鏈，每個監(jiān)測截面的應力、溫度、加速度、撓度、位移傳感器用一根光纖連成一串，占用光纖傳感網絡分析儀的一個或多個通道，通過光纖傳感網絡分析儀自動采集各斷面的位移、應力、溫度、加速度等信息；同時靠索力自動化采集系統(tǒng)獲取斜拉索索力信息。兩種信息依靠光纖網絡傳輸到監(jiān)控中心，以供數據的分析和處理。其傳輸網絡拓撲結果圖如下所示：重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案34監(jiān)測工作站數據庫服務器W E B 服務器監(jiān)測工作站大橋管理處光纖光柵傳感網絡分析儀溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器溫 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器加 速 度傳 感 器光交換機局域網索力傳感器采集工作站U P S 電源應 變傳 感 器位 移傳 感 器應 變傳 感 器應 變傳 感 器應 變傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器位 移傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器撓 度傳 感 器通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 通道 5I n t e r n e t 遠程監(jiān)控光交換機U P S 電源索力傳感器索力傳感器索力傳感器圖 李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)網絡拓撲圖李家沱長江大橋結構健康監(jiān)測系統(tǒng)中，光纖光柵傳感采集系統(tǒng)與拉索索力自動化測試系統(tǒng)的采集方式和所使用的設備不同，但其基本采集和數據通訊方式必須統(tǒng)一，以利于系統(tǒng)的動態(tài)擴展，使數據通過統(tǒng)一的通訊接口協(xié)議傳輸到數據處理和控制系統(tǒng)中。數據傳輸子系統(tǒng)的總體技術要求如下：(1) 光纖信號傳輸網絡的設計和構造要考慮將來的擴展，且擴展無需中斷系統(tǒng)操作和影響現有的用戶。(2) 為了與其它基于 TCP／IP 的設備和網絡相協(xié)調，光纖信號傳輸網絡應基于 TCP／IP 標準。(3)光纖局部損傷或個別節(jié)點失效的情況下，系統(tǒng)具有單點故障不影響控制網絡其他部分的功能。(4) 通訊故障和自動重構都能在數據處理與控制服務器上顯示并發(fā)出警報。 數據處理和控制子系統(tǒng)監(jiān)測數據的數據處理包括下述三個過程：數據的預處理。這一過程在數據管理和控制系統(tǒng)服務器內完成，主要進行簡單的統(tǒng)計計算，比如設定時段內的最大最小值、均值、方差、標準差等，計算結果作為初級預警的輸入，并用以判定信號是否正常。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案35(1) 數據的二次處理。這一過程也在數據管理和控制系統(tǒng)服務器內完成，主要包括數據的時域、頻域、時頻域分析及顯示。(2) 數據的后處理。這一過程在終端微機與數據管理服務器完成。主要進行監(jiān)測數據的高級分析。由于這一過程的分析數據來自實時現場采集數據和定期人工采集數據，因此往往離線進行。數據的后處理包括各種報表的自動生成功能。監(jiān)測數據的管理和控制包括以下幾個方面的內容：（1）動保存和人為選擇保存兩種操作模式。（2）健康監(jiān)測系統(tǒng)加速度傳感器采集的數據約占整個原始數據的90％，考慮到實施實時采集致使數據量太多，以至于沒有足夠的人力資源進行處理分析，而且得到的信息中有很多是重復的冗余信息。因此針對加速度傳感器將定制采集制度，按照一定的條件采集數據，大量地降低無用信息的冗余。（3）用戶可在局域網的終端電腦上通過網絡觀察原始數據，發(fā)送采集控制指令，并可設定各種采集制度，對實時數據進行處理，并保存感興趣的處理結果。大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)對于數據管理采用的方法是：構造多層次相互關聯的關系型數據庫，直接以數據庫方式存儲原理數據，以便根據各種查詢條件檢索原始數據，降低數據的存儲資源耗用，提高數據存儲與管理效率。 系統(tǒng)根據用戶設定自動進行原始數據的預處理，通過圖形界面，用戶可以觀察到數據及其處理結果的過程，即可對原始數據進行動態(tài)分析，同時可將指定數據轉換存儲為用戶指定的格式，為數據交換、共享提供接口和平臺。為保證基于網絡的系統(tǒng)安全性，數據管理還應具有訪問控制功能。數據庫訪問采用客戶端用戶系統(tǒng)與服務器用戶系統(tǒng)的雙重用戶驗證系統(tǒng)。數據庫訪問設有三個訪問級別：最高權限用戶、次高權限用戶、最低權限用戶。最高權限用戶的最大特點就是可以設定和修改系統(tǒng)參數數據庫的各種參數，包括：傳感器的校準數據、傳感器采樣參數、定期采集制度、實時采集制度、數據存儲參重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案36數、實時報警閥值、系統(tǒng)分析參數、基本結果參數。重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案36六、系統(tǒng)軟件的設計李家沱長江大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個基于傳感器采集數據的應用系統(tǒng)，根據傳感器及其數據采集設備的物理分布、功能要求和系統(tǒng)的總體應用方式，整個軟件系統(tǒng)分為數據采集管理系統(tǒng)、結構監(jiān)測信息管理系統(tǒng)、數據庫管理系統(tǒng)三部分。 數據采集管理系統(tǒng)該系統(tǒng)主要實現信號調理與轉換、數字信號處理、數據采樣、采樣控制、數據本地存儲、工作站系統(tǒng)自檢、數據通訊等功能。根據傳感器的工作原理和接入方式不同，數據采集方式可以分為:(1) 基于光纖光柵傳感器數據采集系統(tǒng)：傳感器類型：應變、溫度、加速度，傾斜計、水準儀、位移計等。數據采集管理系統(tǒng)采用與其硬件設備相配套的LABVIEW軟件定制開發(fā)實現，系統(tǒng)平臺采用工業(yè)實時操作系統(tǒng)，能夠保證整個數據采集系統(tǒng)的可靠性、實時性、穩(wěn)定性。主要功能包括數據采集、數據存儲、數據傳輸、在線數據處理、初級采集策略控制及自檢程序等。(2) 基于索力傳感器數據采集系統(tǒng)：傳感器類型：索力計。對這些獨立的傳感器采集系統(tǒng)，通過COM接口軟件集成的方式，將其納入到本系統(tǒng)中，實現采集數據的緩存，傳輸，控制等功能。兩種數據采集系統(tǒng)均需要自行開發(fā)實現，程序主要運行于數據采集設備中。其主要功能是為數據采集和傳輸服務，一般情況下正常運行時無相應的用戶界面，但可以根據調試的需要，可以設計開發(fā)調試界面。根據業(yè)務功能的要求及數據采集設備的情況，此系統(tǒng)的全部功能使用 LABVIEW 定制開發(fā)，并且運行在實時操作系統(tǒng)平臺之上。其基本要求如下：(1)、對所有傳感器信號按照相應的采集制度和采樣頻率進行實時數據采集和預處理；重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案37(2)、連續(xù)傳輸來自傳感器系統(tǒng)、數據處理和控制系統(tǒng)服務器和數據評估服務器之間的實時監(jiān)測數據、狀態(tài)和警告信息，以便進行必要的顯示、報警和存儲；(3)、 數據傳輸更新、報警和狀態(tài)信息的更新速度滿足實時顯示要求；(4)、 所有連續(xù)記錄的數據以小時為單位進行保存，采用二進制壓縮文件格式；(5)、系統(tǒng)動態(tài)數據庫環(huán)形緩沖存儲最多可保持 45 天的原始數據緩沖時間長度可由系統(tǒng)管理員調整；(6)、所有系統(tǒng)操作和警告信息記入按時間順序的可追溯事件日記，記錄報警的出現和恢復；(7)、對于特殊傳感器的獨立數據采集系統(tǒng)，通過 COM 接口的方式對其進行軟件集成，COM 接口完成各種數據的交換，并盡可能對原采集軟件的正常工作影響最小。(8)、針對傳感器實時采集的原始數據，考慮到數據傳輸的實時性，采用TCP/IP 方式進行實時傳輸，并將數據采集與數據傳輸分為兩個線程單獨進行。(9)、針對傳感器實時采集的歷史數據，可以采用 FTP 的方式進行數據傳輸。(10)、支持對加速度進行采樣控制和人工干預采樣，具備對突發(fā)事件采樣控制的自觸發(fā)功能。 結構監(jiān)測信息管理系統(tǒng)該系統(tǒng)位于數據處理服務器中，主要實現數據通訊、處理、在線評估、數據發(fā)布及數據顯示等功能。結構健康監(jiān)測信息管理系統(tǒng)的功能涉及大量數據接收與數據處理分析，所有用戶主要通過該軟件實現與整個健康監(jiān)測系統(tǒng)的交互操作。系統(tǒng)采用基于Java 的 C/S 或基于 J2EE 的 B/S 方式實現。其中，圖形數據顯示采用 ActivX 或Java 等方式定制開發(fā)并嵌入式瀏覽器進行 WEB 發(fā)布，數據通訊采用 TCP/IP 和重 慶 李家沱 長 江大 橋長 期健康 監(jiān)測 方案38FTP 實現，數據處理可結合 Labview 和 Matlab 的提供的專業(yè)庫，在線評估預警可采用 或 動態(tài)鏈接庫加載方式實現，評估報表可采用 Web 方式發(fā)布。其基本技術要求如下：(1)、提供友好的交互式圖形界