監測系統的整體分析與設計

中小跨徑橋梁結構安全監測系統共分為四個子系統，分別是傳感器子系統、數據采集子系統、數據傳輸和處理子系統、遠程綜合管理與安全預警子系統。

（一）傳感器子系統

由監測結構安全性、環境、適用性和耐久性的各種不同類型傳感器組成，按照設定的采集制度采集并將其送到數據采集單元，為狀態識別提供實測數據。它是監測系統的源頭，直接關系到安全監測系統中各種原始數據的可靠性和有效性，進而影響到整個安全監測的效率和精度。在技術條件上，不但要考慮傳感器本身的性能指標，而且還應顧及傳感器與通訊設備、放大器等的兼容性。在經濟條件上，進口儀器的各種性能指標雖然較為優良，但價格昂貴，近年來國產儀器性能水平正不斷提高，結合長期維護的便捷性和綜合價格因素，我們可采取進口與國產相結合的方式。

（二）數據采集子系統

該系統是各類信號采集、存儲和傳送的硬件系統[3]，功能是將傳感器信號轉換成數字信號，并通過網絡將數據傳輸到監測中心的數據處理與控制子系統上，為下一步的分析和處理傳輸數據。主要包括信號的調理、數據的采集和數據通訊三部分。通過底層網絡傳輸得到的傳感器信號微弱，需經過放大、濾波、模數轉換等程序使其信息得到增強，接著利用數據采集儀器的轉變將電信號（模擬信號）轉換為數字信號。數據通訊主要制信號的收發和網絡傳輸，通過傳輸光纜或無線網絡將數字信號傳輸至軟件系統中心節點。數據采集是實時在線而且長期進行的，所以必須采取自動化數據采集裝置，工作流程一般為：傳感器將量測的非電量轉換成容易量測的電量后，通過模/數轉換，將數字量直接輸入到計算機中。數據采集硬件系統配合相應的軟件系統組成一套數據采集系統。一套數據采集系統可以將試驗量測階段和試驗數據整理階段合而為一，實現快速、多點、自動測量和記錄試驗數據。

（三）數據傳輸和處理子系統

主要包括各類數字信號的處理，如A/D轉換及數字濾波去噪等，以便為系統識別和損傷識別準備充分的數據信息。數據傳輸部分主要由硬件設備組成，包括數據遠程傳輸模塊和設備監測模塊。數據遠程傳輸模塊負責定時將數據傳輸給分析中心系統。設備監測模塊負責監測系統設備運行情況，當設備出現故障時，可以及時發現進行處理，并可對設備進行遠程控制。數據處理分析部分是對采集及傳輸到的基站的現場監測數據進行處理和分析。數據預處理主要對采集的數據、信號進行濾波、統計等運算，計算的結果作為安全監測系統的初級輸入，這部分工作主要在在數據采集子系統中進行；數據二次預處理在基站電腦或服務器上進行，主要是利用信號處理技術，對數據進行降噪處理、時頻域參數識別，以及結構特征參數獲取等工作；數據后處理主要是利用模態分析、相關性分析等技術手段，結合橋梁運營特點以及環境因素，對獲得的監測數據進行深入分析，從而對橋梁的安全性能及使用性能做出診斷和評估。

（四）遠程綜合管理子系統