基于Web的橋梁健康監測系統設計與實現

（河北道橋工程檢測有限公司，河北省 石家莊 050021）

現階段，因我國信息技術的不斷發展，各類技術的應用得到了顯著提升。尤其是在橋梁監測當中，利用Web的橋梁健康監測系統設計可有效實現數據傳輸標準的統一，并解決數據間的孤島問題。與此同時，還可滿足管理人員對于橋梁各項實時監測數據需求，有效提高橋梁監測的全面化與整體化，對于提高橋梁的安全性具有重要作用。

一、系統總體設計

基于web的橋梁健康監測系統由四部分組成，分別為Web服務器、上位機、下位機及眾多傳感器部分。Web服務器采用B/S架構，服務器端采用“J2EE+ORACLE”數據庫的強大組合，前端采用jquery UI架構，采用echarts插件更立體的顯示橋梁監測數據的變化，Web服務器主要實現用戶及管理員的注冊、登陸、權限管理等。用戶能夠查看實時橋梁監測數據及變化等。管理員能夠查看及更改橋梁監測數據閾值，并且能夠對新傳感器進行注冊添加等。上位機由ARM Cortex-A9組成，移植Linux3.14內核和文件系統，主要負責將數據采集系統采集到的數據通過協議轉換(RS232->TCP/IP)，通過光纖傳輸給遠程控制中心的Web服務器，方便處理分析。下位機由多個不同種類的信號采集模塊構成，數量根據橋梁的大小及布設傳感器的密集程度決定，可采用STM32的A/D采集模塊及SM125光纖光柵解調儀分別將模擬信號及光纖光柵信號轉換為數字信號，并將該數據以RS232傳輸到上位機，實現不同信號的融合。系統最底端部分由各種傳感器構成，包括應變、溫濕度、加速度傳感器等，實現監測數據實時傳輸。

二、硬件設計部分

Web服務器采用華為2288HV5，上位機包含ARM Cortex-A9處理器組成，移植Linux3.14內核和文件系統，下位機則是采用STM3的A/D采集模塊，以及SM125光纖光柵解調儀將不同信號轉換為數字信號，并將該數據以RS232傳輸到上位機，實現不同信號的融合。系統最底端部分由各種傳感器構成，包括應變、溫濕度、加速度傳感器等，實現監測數據實時傳輸。

（一）光纖光柵應變傳感器

應變傳感器采用的是PI-FBG-E3000光纖光柵表面式應變計，具有高穩定性及高分辨率等特點，適合應用于惡劣環境，不易損壞。

（二）溫濕度傳感器

溫濕度傳感器采用的型號為DS18B20，具有體積小、開銷小、精度高等特點，電路簡單，且測量范圍較大。

三、軟件設計部分

軟件設計分為3部分，由Web服務器構建的WEB頁面、上位機軟件和下位機軟件組成。

（一）Web頁面設計

1.實現用戶與管理員的登陸，注冊，權限管理，信息修改等。用戶登陸后，能夠查看到實時橋梁健康監測數據及歷史信息。管理員登陸后，能夠查看到各傳感器設置的警戒閾值并修改，可以對新舊傳感器進行添加、刪除、修改等操作。

2.從上位機傳送的橋梁健康監測數據，能夠直觀展示出數據的變化(采用折線圖)，對高于危險閾值的數據發出警報，并給出維修、加固的建議，同時保存到Oracle數據庫，實現近3個月的歷史數據查詢。

（1）Oracle數據庫

Oracle是甲骨文公司的一款關系數據庫管理系統，在數據庫領域一直處于領先地位。Oracle數據庫支持多用戶并發處理，用戶之間的操作不會互相破壞，Oracle數據庫能在滿足串行化的前提下，將并發行提升最大。Java中提供JDBC的jar包，通過Connection創建Statement對象，可以完成與Oracle數據庫的連接。通過statement.executeUpdate(sql)語句能夠實現數據的增刪查改及數據庫的添加更改。

（2）Socket通信

在網絡通信方面，Java提供了強力的支持，針對TCP和UDP傳輸均提供了不同的類。通過比對，選擇基于TCP的網絡通信。它是一種面向連接的、可靠的、基于字節流的傳輸層數據通信協議，特別適合數據的連續傳輸。在Java中Socket通信實現步驟如下：建立ServerSocket對象，通過Socket accept建立監聽，直至有客戶端發送來連接請求；建立Socket對象，通過socket(host，port)連接指定的服務器和端口，向服務器發出連接請求；服務器通過accept接收客戶端的連接請求并實現服務器與客戶端的連接；打開輸入輸出流OutputStream、InputStream，按照一定的協議讀寫；服務器處理數據后返回結果；客戶端接收服務器返回的結果；重復步驟4～6，結束連接，完成通信。

（二）上位機軟件設計

為了滿足橋梁健康監測的實時性，程序采用多線程編程，具體流程如下。

1.初始化串口，確定波特率、奇偶校驗等，啟動串口。

2.A信號量開始接收，并判斷是否達到接收最大值，如果沒有，則繼續接受，直至達到A信號量接受最大值，創建子線程pthread creat。

3.主線程：B信號量開始接收，并判斷是否達到接收最大值，如果沒有，則繼續接受，直至達到B信號量接受最大值，重復步驟2。

4.子線程：啟動TCP/UDP通信，根據穩定性特點采用TCP面向連接通信，并釋放A或者B信號量。

（三）下位機軟件設計

STM32單片機及SM125解調儀主要應用于基于Web系統的橋梁健康監測系統的下位機，其可實現與各個傳感器的直接聯系，并根據不同量程，在A/D轉換與調制解調后，可將模擬信息、光纖光柵信號轉為數字信號，并借助RS232傳輸到上位機。

四、結語

本文所研究的基于Web的橋梁健康監測系統可靠性高、易移動，能夠遠程訪問網頁來進行問題的反饋，實現了數據的有效融合。利用基于Web的橋梁健康監測數據進行檢查，可提高用戶信息的管理與維護，并且能夠提高管理員對于橋梁數據的監測，提出適宜的維護與保養建議。所以，該系統對于橋梁監測水平的提升具有重要的意義。