桥梁健康监测数据采集与数据传输子系统研究

桥梁健康监测系统主要包含数据采集与数据传输子系统、数据处理与管理子系统、结构智能预警子系统、用户管理子系统等组成部分。数据采集与数据传输子系统在整个系统中起着承上启下的作用，从硬件系统及数据采集与传输软件进行分析，为桥梁健康监测系统获取数据源和远程响应。

基于嵌入式系统的数据采集设备进行数据采集，数据采集设备主要功能是将传感器输出的信号进行信号调制，产生一个标准的信号并进行滤波去噪处理，然后通过模拟/数字转换(A/D转换) 成数字量，计算机可通过串口或以太网进行传感器数据的采集。桥梁健康监测系统包括环境、作用、结构变化、结构响应四大类监测内容。根据桥梁的结构静力特征、动力特性和环境确定的数据采集方法及传感器的响应特性选取数据采集设备。

数据采集与数据传输软件分析

1.数据采集软件

软件系统采用C# 基于WinForm 的应用软件开发，数据采集软件通过两种方式与硬件系统通信和进行传感器的自动化检测和控制 : (1) 使用 SerialPort控件通过串口通信协议与硬件系统通信 ; (2)使用 SocketAPI通过网络协议与硬件系统通信。

2.采集数据预处理

对于连续的异常数据，软件基本无法判别，针对离散的单点异常数据采用平均值剔除方法进行处理，对当前连续时间序列的100个测值进行 移动平均值K计算。

3.数据传输软件

数据传输软件主要功能有自动存储、离线备份、自动传输和远程召唤等。数据传输软件与数据服务器通信基于MQTT通信协议进行开发 ，MQTT协议是面向物联网的轻量级网络连接协议，其利用 TCP/IP网络进行采集和传输数据。

桥梁健康监测数据采集与数据传输子系统的硬件系统设计，根据桥梁特点及测点空间分布提出了集中式与分布式相结合的“一中心多站点”的数据采集模式(如图)。提出的平均值剔除方法可简单有效地对采集的单点异常数据进行预处理，提高了系统的鲁棒性。开发的桥梁健康监测数据采集与数据传输子系统在实际工程案例中经过了长期稳定地运用，表明该系统可以满足健康监测系统对数据采集与数据传输的技术要求。

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一中心多站点”数据采集系统框架图

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