軟件系統的分析與設計

（一）系統功能分析

系統要求應實現由同一遠程監測中心獨立控制多座橋梁的現場數據采集及傳輸，同時在橋梁數目需要增加或監測設備需要擴展時，可以通過文件的配置完成操作不影響其他橋梁的安全運營監測[5]。根據橋梁結構的需求，系統應該滿足傳感器數據的傳輸具有實時性及準確性，滿足傳感器數據實時顯示性，具有數據預警功能，預警按等級劃分，通過曲線的形式直觀反映橋梁結構的變化趨勢等功能。系統需要在服務器端部署，用戶在客戶端不需安裝專用客戶軟件，只需通過WEB瀏覽器即可訪問。數據發送系統（Client）、接收系統（Server）采用TCP/IP協議中Remoting傳輸協議，實現傳感器采集數據實時傳輸至數據存儲服務器中。運營監控系統（Web）采用傳感器數據實時刷新技術，確保用戶及時掌握橋梁運營情況。

在功能方面系統應滿足以下要求：建立基于橋梁群的健康監測系統數據庫，可以動態配置并增加橋梁和傳感器；建立數據發送系統（Client），讀取傳感器采集的數據文件（實時與歷史）并解析數據文件成二進制數據流，指定傳輸端口、數據接收端IP地址、遵循傳輸協議，將數據流傳輸給數據接收系統（Server）；建立數據接收系統（Server），接收數據發送系統（Client）數據流，轉存成DAT文件（實時與歷史）存儲于數據存儲服務器，并將當前最新時刻的傳感器采集數據存儲到數據庫中，同時判斷數據是否發生報警，每小時將實時數據DAT文件集成為一個歷史文件DAT；運營監控系統（Web），可以選擇橋梁（群）對象，通過同一頁面進入不同的選擇對象。直觀展示傳感器布置情況、截面布置情況、通道布置情況、傳感器當前最新時刻的采集數據、報警等級及發生報警的傳感器和報警原因、通過曲線圖直觀展示各傳感器數據的變化趨勢，從而展示橋梁結構信息（位移、撓度、溫度、應變、裂縫）的情況。

（二）系統設計

系統由數據發送系統（Client）、數據接收系統（Server）、運營監控系統（Web）等三部分組成。

數據發送系統實現從橋上傳回的數據文件的傳輸工作，在這里著重突出了橋梁群的概念，實現多橋監測數據公用一個服務的多線程、多進程進行數據傳輸的功能。

數據接收系統包含數據結構化管理和前期數據分析工作。數據結構化管理是將數據文件放入到指定文件夾中；前期數據分析工作則是將數據文件中的二進制流解析并存入數據庫中。在這里與普通的單橋監測不同，對性能提出了更高的要求，要能夠同時、高頻、并發的處理不同橋梁傳回的監測數據文件，并將其解析后插入數據庫并形成數據文件。

運營監控系統由橋梁（群）選擇、橋梁首頁、項目概況、監測曲線、安全預警、系統管理等功能模塊組成。

系統功能設計如圖1系統功能組成圖所示：

其各節點的主要功能描述如下：

橋梁（群）選擇，是用來選擇要查看的橋梁，在頁面上與下面的首頁顯示是處于同一頁面中。

首頁是本系統主要運行界面，顯示傳感器采集點、截面布置信息、實時數據、預警事件、設備故障等信息，用戶在此界面可以隨時觀察橋梁結構的運營情況，若采集數據超出閥值規定的范圍，發生報警。

基本信息包括結構基本信息、傳感器信息、截面布置信息、采集通道信息等功能模塊。結構基本信息模塊包括結構基本信息、監測系統信息兩部分內容。其中，結構基本信息描述橋梁基本結構、基本結構圖紙；監測系統信息描述橋梁健康監測系統的相關信息及監測系統圖紙。傳感器信息模塊記錄傳感器相關信息。截面布置信息模塊記錄橋梁截面劃分情況及每個截面的信息、截面圖紙等。采集通道信息模塊記錄橋梁每個截面安裝的通道信息，包括數據通道和狀態通道。

監測曲線包括實時監測數據曲線、歷史監測歷史曲線和歷史監測數據下載等功能模塊。實時監測數據曲線用來顯示指定傳感器的實時數據曲線圖。歷史監測數據曲線用以顯示歷史數據的曲線圖，根據不同的方法選擇不同的時間區間統計方法或特殊方法，顯示曲線圖，查看顯示數據表單。歷史監測數據下載顯示歷史數據文件的信息。

安全預警包括預警閥值管理、當前預警事件處理和預警事件查詢等功能模塊。預警閥值管理展示指定傳感器的相關預警閥值信息，可修改運行上閾值、運行下閾值、安全上閾值、安全下閾值。當前預警事件處理輸出未處理預警事件的相關信息，若未處理則處理狀態顯示未處理。預警事件處理界面輸出傳感器信息，事件描述、事件發生原因。預警事件查詢可選擇顯示近期預警事件，和指定時間指定傳感器的預警事件信息。

展望

對于橋梁集群安全監測系統的研究與開發，目前尚處于起步階段，大量的研究工作有待進一步開發，要使其走向成熟和完善，還需要進行如下的研究：利用既有監測系統近年來所采集的海量數據，開展不同類型傳感器的多源信息融合技術研究及大數據分析與處理工作，從而為橋梁健康診斷提供可靠和完整的信息；給出了適用于服役多年的橋梁分級預警方法，確定了不同安全監測參數的預警閥值。