一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法及网络系统技术方案

本发明专利技术公开了一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法及网络系统。其中的系统包括：主控制器、N个桥墩控制器和M个采集装置；N个桥墩控制器分别设置在N个桥墩上；每个桥墩上设置有多个采集装置。通过使用本发明专利技术提供的方法及网络系统，在每个桥墩上都设置一个桥墩控制器来管理以太网，并在每个桥墩上都设置多个采集装置，且每个桥墩上的采集装置只连接到本桥墩上的控制器上，然后通过同步线缆的连接实现桥梁两端的数据同步采集，因此形成一个以桥墩为中心的、分布式的桥梁分析系统，从而在接线简单、抗干扰能力强的情况下，同时实现了实时的桥梁数据同步采集传输以及桥梁荷载病害分析，因此可以解决支座数据同步采集、传输及病害分析的问题。

A Synchronized Data Acquisition Method and Network System for Bridge Pier-Centered Intelligent Bearing

The invention discloses a synchronous data acquisition method and a network system for intelligent support centered on bridge piers. The system includes: main controller, N pier controllers and M acquisition devices; N pier controllers are set on N piers respectively; and there are many acquisition devices on each pier. By using the method and network system provided by the invention, a pier controller is set on each pier to manage the ethernet, and a plurality of acquisition devices are set on each pier, and the acquisition devices on each pier are only connected to the controller on the pier, and then the data synchronous acquisition at both ends of the bridge is realized through the connection of synchronous cables, thus forming a bridge. The pier-centered and distributed bridge analysis system realizes the real-time synchronous collection and transmission of bridge data and the analysis of bridge load diseases under the condition of simple connection and strong anti-jamming ability. Therefore, it can solve the problems of synchronous collection, transmission and disease analysis of bearing data.

【技术实现步骤摘要】
一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法及网络系统
本专利技术涉及支座数据采集及传输技术，特别涉及一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法及网络系统。
技术介绍
支座是连接桥梁及其下部桥墩的重要承载部件，为了能够反映出桥梁结构存在的缺陷、损伤和荷载变化等，需要对桥梁两端的支座进行同步监测。现有的桥梁健康监测技术通过在桥梁上布设各种传感器，使用有线或无线传输网络将采集到的桥梁结构信息传递至远端监控中心，监控中心的服务器对采集的各种与桥梁有关的数据进行分析处理，对桥梁状态进行预警。在现有的桥梁健康监测技术中，这些系统多为中央节点控制的网络，将传感器采集到的桥梁数据直接传输至中央节点。如果将中央节点放置在桥梁一侧，紧邻的支座传感器数据线易于布设安装，但是，对于桥梁另外一侧支座上的多个传感器则需要多股线缆长距离铺设；并且，一座桥一般由多片梁构成，因此中央节点还需要与其他桥墩上的支座传感器连接，使得线路布设复杂度增加，并且同时也导致了中央节点的数据线接口变得复杂；另外，随着传输距离的增加，线缆长度也相应增加，对传感器传输的模拟信号的干扰也相应增大，因而造成数据的失真；同时，供电传输的距离越长，能量损耗就越多。当中央节点安装在桥梁中间时，也依然存在同样的问题。虽然有一些桥梁监测系统采用通过GPS、RS485串口解决了布线以及信号干扰的问题，但同时也出现了传感器间同步采集数据与实时数据传输带宽限制的问题。对于应变、位移等实时数据，其数据采样率较高，当设定采样率为1ksps，一个数据为24bits，一个支座上安装有10个传感器时，其数据传输率需要大于240kbps。但是，随着传输距离的增加，RS485的传输速率也随着降低至几kbps或者几十kbps，这并不能满足实时采样传输数据的要求；并且，如果将所有采集到的数据都发送到服务端进行集中处理，数据量太大，太过复杂。另外，如果想要通过桥梁两端的支座来分析桥梁状态，其数据间的同步率至少需要达到毫秒量级，使用GPS授时系统向各个传感器发送同步信号时，在高速采样率的需求下，不能准确实现各个传感器之间的同步，并且成本较高。综上可知，由于现有技术中的上述系统和方法具有如上所述的缺点，因此，如何提出一种简化的桥梁监测网络，从而既能实现大容量数据传输、又能进行数据采集的同步，是本领域中急需解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法及网络系统，从而可以解决支座数据同步采集、传输及病害分析的问题。本专利技术的技术方案具体是这样实现的：一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集网络系统，该系统包括：主控制器、N个桥墩控制器和M个采集装置；所述N个桥墩控制器分别设置在N个桥墩上；每个桥墩上设置有多个采集装置；所述采集装置均设置在桥墩支座上；其中，N和M均为自然数，且M大于N；所述主控制器和N个桥墩控制器顺次连接；所述主控制器与相邻的桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；相邻的两个桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；位于同一个桥墩上的桥墩控制器与采集装置之间通过以太网网络线和同步线缆连接；所述主控制器通过同步线缆向相邻的桥墩控制器传输同步采集信号，并通过以太网网络线接收相邻的桥墩控制器传输的数据；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收主控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器，实现同步采集桥梁两端的数据；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并将同步采集信号发送给与其连接的采集装置；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器，所述相关梁数据为：当前的桥墩控制器所在的桥墩与上一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的数据；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果，并将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据通过上一级桥墩控制器一级一级地传输给主控制器；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据传输给主控制器；当接收到主控制器的数据上传指令时，各个桥墩控制器将分析结果以及与梁相关的数据传输给主控制器；各个采集装置根据采集信号采集对应的数据，并将采集到的数据通过以太网网络线传输给位于同一个桥墩上的桥墩控制器。较佳的，所述同步线缆包括一对同步信号线和一对RS485通讯线。较佳的，采集装置、桥墩控制器以及主控制器中设置有数据缓冲区。较佳的，各个桥墩上设置有供电装置；所述供电装置用于为位于同一桥墩上的桥墩控制器和各个采集装置供电。较佳的，所述供电装置中包括：太阳能板和蓄电池。较佳的，所述同步线缆中还包括用于给采集装置供电的能量传输线。本专利技术中还提供了一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集方法，该方法包括如下步骤：主控制器通过同步线缆向相邻的桥墩控制器传输同步采集信号；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收主控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器，实现同步采集桥梁两端的数据；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并将同步采集信号发送给与其连接的采集装置；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器，所述相关梁数据为：当前的桥墩控制器所在的桥墩与上一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的数据；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果，并将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据通过上一级桥墩控制器一级一级地传输给主控制器；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集网络系统，其特征在于，该系统包括：主控制器、N个桥墩控制器和M个采集装置；所述N个桥墩控制器分别设置在N个桥墩上；每个桥墩上设置有多个采集装置；所述采集装置均设置在桥墩支座上；其中，N和M均为自然数，且M大于N；所述主控制器和N个桥墩控制器顺次连接；所述主控制器与相邻的桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；相邻的两个桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；位于同一个桥墩上的桥墩控制器与采集装置之间通过以太网网络线和同步线缆连接；所述主控制器通过同步线缆向相邻的桥墩控制器传输同步采集信号，并通过以太网网络线接收相邻的桥墩控制器传输的数据；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收主控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器，实现同步采集桥梁两端的数据；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并将同步采集信号发送给与其连接的采集装置；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器，所述相关梁数据为：当前的桥墩控制器所在的桥墩与上一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的数据；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果，并将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据通过上一级桥墩控制器一级一级地传输给主控制器；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据传输给主控制器；当接收到主控制器的数据上传指令时，各个桥墩控制器将分析结果以及与梁相关的数据传输给主控制器；各个采集装置根据采集信号采集对应的数据，并将采集到的数据通过以太网网络线传输给位于同一个桥墩上的桥墩控制器。...

【技术特征摘要】
1.一种以桥墩为中心的智慧支座同步数据采集网络系统，其特征在于，该系统包括：主控制器、N个桥墩控制器和M个采集装置；所述N个桥墩控制器分别设置在N个桥墩上；每个桥墩上设置有多个采集装置；所述采集装置均设置在桥墩支座上；其中，N和M均为自然数，且M大于N；所述主控制器和N个桥墩控制器顺次连接；所述主控制器与相邻的桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；相邻的两个桥墩控制器之间通过以太网网络线和同步线缆连接；位于同一个桥墩上的桥墩控制器与采集装置之间通过以太网网络线和同步线缆连接；所述主控制器通过同步线缆向相邻的桥墩控制器传输同步采集信号，并通过以太网网络线接收相邻的桥墩控制器传输的数据；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收主控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并在将同步采集信号发送给与其连接的采集装置的同时，也将同步采集信号发送到下一级桥墩控制器，实现同步采集桥梁两端的数据；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器通过同步线缆接收上一级桥墩控制器发送的同步采集信号，并将同步采集信号发送给与其连接的采集装置；位于桥尾的桥墩上的桥墩控制器将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器，所述相关梁数据为：当前的桥墩控制器所在的桥墩与上一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的数据；位于中间桥墩上的各个桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果，并将其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据传输给上一级桥墩控制器；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据通过上一级桥墩控制器一级一级地传输给主控制器；位于桥头的桥墩上的桥墩控制器根据其自身所在桥墩上的采集装置采集到的相关梁数据以及下一级桥墩控制器传输的相关梁数据进行病害分析，得到其自身所在的桥墩与下一级桥墩控制器所在的桥墩之间的各根梁的分析结果；如果根据分析结果发现病害，则将分析结果以及与出现病害的梁相关的数据传输给主控制器；当接收到主控制器的数据上传指令时，各个桥墩控制器将分析结果以及与梁相关的数据传输给主控制器；各个采集装置根据采集信号采集对应的数据，并将采集到的数据通过以太网网络线传输给位于同一个桥墩上的桥墩控制器。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述同步线缆包括一对同步信号线和一对RS485通讯线。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：采集装置、桥墩控制器以及主控制器中设置有数据缓冲区。4.根据权利要求1所述的系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡秉谊，李炯，徐瑞祥，闫翠平，燕翔，韩文涛，李晓明，
申请(专利权)人：丰泽智能装备股份有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：河北,13