[发明专利]结构健康监测和信息管理系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及桥梁等建筑结构的结构健康监测领域，特别涉及一种结构健康监测和信息管理系统及其方法。

背景技术

桥梁、大坝等重大工程的使用期长达几十年、甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，从而抵抗自然灾害、甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下会引发灾难性的突发事故。因此，为了保障上述重大工程的结构的健康，即安全性、完整性、适用性与耐久性，需监测和评定其健康状况，即服役安全状况。

监测上述重大工程的结构，包括对结构的力学性能、材料性能、几何属性、内部结构体系和环境状态的改变进行监测。从现场采集的数据包括结构的不同测点处的位移、应变、加速度和环境激励等数据，且数据量随时间的变化不断增加，而可称之为“海量数据”。

另外，在实际工程中，传感器数量受经济性限制不可能太多，因此，测点布置(传感器布置)应使传感器获得的测试数据包含尽可能多的结构整体的和局部的信息，且这些测点信息对于损伤应是足够敏感的。所以，如何使测点布置最优化具有重要意义。

在传感器获得能表征这些改变的海量实时监测数据后，以及如何使用这些海量数据来监测结构是否发生了损伤、何时发生损伤以及进一步去分析结构中的损伤位置和损伤程度也是传统的结构健康监测系统亟待解决的问题。

综上，传统的结构健康监测系统的测点布置、数据处理能力和管理方法均不能完全满足结构健康监测需要处理实时监测数据，同时需要管理海量的历史数据的需要。

发明内容

本发明为解决上述问题而完成，且本发明的一个目的是提供一种结构健康监测和信息管理系统(Structural health monitoring and informationmanagement system，即SHM&IMS)，该系统包括：传感器子系统，用于实时感应被监测建筑物的各项结构健康指标；数据采集子系统，连接于所述传感器子系统，用于收集各种传感器中传送来的传感器监测信息，并转换为数字信号进行保存；数据管理子系统，通过网络连接于所述数据采集子系统，用于对海量实时的传感器监测信息进行压缩、入库、编目、存储、备份、查询、检索、统计中的任一种或多种功能；数据存储设备子系统，连接于所述数据管理子系统，用于存储海量实时的传感器监测信息；诊断和分析子系统，通过网络连接于所述数据采集子系统和所述数据管理子系统，用于建立被监测建筑物的健康模型，并且利用数据采集子系统传送来的实时收集的实际数据对模型进行检验，对检验后的模型进行参数化而得到多个模态参数，其中，这些模态参数用来实施对建筑物健康状态的实时监测和预警并记录其健康状态；实时监测和数据查询子系统，通过网络连接于所述数据采集子系统、所述数据管理子系统以及所述诊断和分析子系统，用于根据数据存储设备子系统中存储的历史数据及实时的监测数据，对所述健康模型进行演算以获得被监测建筑物的结构健康情况，同时利用各种指标参数，查询数据库中存储的实时数据或历史数据，并进行相应的分析。

其中，所述数据管理子系统基于Oracle 9i建立，所述数据存储设备子系统为可扩展的存储系统。

其中，所述数据管理子系统将海量的实时监测数据和历史数据按照设计的存储模式存放到数据库中进行管理。

其中，所述历史数据为存储在DVD中的数据；所述数据管理子系统设有专门的接口，将DVD中存储的数据先进行格式的解析，然后按照数据库的表结构导入到数据库中。

其中，所述诊断和分析子系统利用二维GIS技术建立被监测建筑物的二维空间关系。

其中，所述诊断和分析子系统利用三维GIS技术建立被监测建筑物的三维空间模型，并将与所述传感器子系统相对应的所有的传感器模型部署于建筑物的三维空间模型之上。根据本发明，可以先基于三维GIS技术建立被监测建筑物的三维空间模型，然后在该三维空间模型上布置传感器模型，最后将真实的传感器与传感器模型在三维空间模型的布置相对应地布置在真实的建筑物上，从而可以优化测点布置(传感器布置)，即，用最少的传感器来获得尽可能多的结构整体的和局部的信息。

其中，所述实时监测和数据查询子系统根据所选传感器类型、传感器通道类型、时刻以及时间片等指标参数，实现对数据库的查询与检索，并将结果以列表的形式给出。

其中，所述实时监测和数据查询子系统将查询得到后的结构数据导出为MatLab格式的文件。

本发明的另一个目的是提供一种结构健康监测和信息管理方法(SHM&IMM)，该方法包括以下步骤：