软件系统的分析与设计

（一）系统功能分析

系统要求应实现由同一远程监测中心独立控制多座桥梁的现场数据采集及传输，同时在桥梁数目需要增加或监测设备需要扩展时，可以通过文件的配置完成操作不影响其他桥梁的安全运营监测[5]。根据桥梁结构的需求，系统应该满足传感器数据的传输具有实时性及准确性，满足传感器数据实时显示性，具有数据预警功能，预警按等级划分，通过曲线的形式直观反映桥梁结构的变化趋势等功能。系统需要在服务器端部署，用户在客户端不需安装专用客户软件，只需通过WEB浏览器即可访问。数据发送系统（Client）、接收系统（Server）采用TCP/IP协议中Remoting传输协议，实现传感器采集数据实时传输至数据存储服务器中。运营监控系统（Web）采用传感器数据实时刷新技术，确保用户及时掌握桥梁运营情况。

在功能方面系统应满足以下要求：建立基于桥梁群的健康监测系统数据库，可以动态配置并增加桥梁和传感器；建立数据发送系统（Client），读取传感器采集的数据文件（实时与历史）并解析数据文件成二进制数据流，指定传输端口、数据接收端IP地址、遵循传输协议，将数据流传输给数据接收系统（Server）；建立数据接收系统（Server），接收数据发送系统（Client）数据流，转存成DAT文件（实时与历史）存储于数据存储服务器，并将当前最新时刻的传感器采集数据存储到数据库中，同时判断数据是否发生报警，每小时将实时数据DAT文件集成为一个历史文件DAT；运营监控系统（Web），可以选择桥梁（群）对象，通过同一页面进入不同的选择对象。直观展示传感器布置情况、截面布置情况、通道布置情况、传感器当前最新时刻的采集数据、报警等级及发生报警的传感器和报警原因、通过曲线图直观展示各传感器数据的变化趋势，从而展示桥梁结构信息（位移、挠度、温度、应变、裂缝）的情况。

（二）系统设计

系统由数据发送系统（Client）、数据接收系统（Server）、运营监控系统（Web）等三部分组成。

数据发送系统实现从桥上传回的数据文件的传输工作，在这里着重突出了桥梁群的概念，实现多桥监测数据公用一个服务的多线程、多进程进行数据传输的功能。

数据接收系统包含数据结构化管理和前期数据分析工作。数据结构化管理是将数据文件放入到指定文件夹中；前期数据分析工作则是将数据文件中的二进制流解析并存入数据库中。在这里与普通的单桥监测不同，对性能提出了更高的要求，要能够同时、高频、并发的处理不同桥梁传回的监测数据文件，并将其解析后插入数据库并形成数据文件。

运营监控系统由桥梁（群）选择、桥梁首页、项目概况、监测曲线、安全预警、系统管理等功能模块组成。

系统功能设计如图1系统功能组成图所示：

其各节点的主要功能描述如下：

桥梁（群）选择，是用来选择要查看的桥梁，在页面上与下面的首页显示是处于同一页面中。

首页是本系统主要运行界面，显示传感器采集点、截面布置信息、实时数据、预警事件、设备故障等信息，用户在此界面可以随时观察桥梁结构的运营情况，若采集数据超出阀值规定的范围，发生报警。

基本信息包括结构基本信息、传感器信息、截面布置信息、采集通道信息等功能模块。结构基本信息模块包括结构基本信息、监测系统信息两部分内容。其中，结构基本信息描述桥梁基本结构、基本结构图纸；监测系统信息描述桥梁健康监测系统的相关信息及监测系统图纸。传感器信息模块记录传感器相关信息。截面布置信息模块记录桥梁截面划分情况及每个截面的信息、截面图纸等。采集通道信息模块记录桥梁每个截面安装的通道信息，包括数据通道和状态通道。

监测曲线包括实时监测数据曲线、历史监测历史曲线和历史监测数据下载等功能模块。实时监测数据曲线用来显示指定传感器的实时数据曲线图。历史监测数据曲线用以显示历史数据的曲线图，根据不同的方法选择不同的时间区间统计方法或特殊方法，显示曲线图，查看显示数据表单。历史监测数据下载显示历史数据文件的信息。

安全预警包括预警阀值管理、当前预警事件处理和预警事件查询等功能模块。预警阀值管理展示指定传感器的相关预警阀值信息，可修改运行上阈值、运行下阈值、安全上阈值、安全下阈值。当前预警事件处理输出未处理预警事件的相关信息，若未处理则处理状态显示未处理。预警事件处理界面输出传感器信息，事件描述、事件发生原因。预警事件查询可选择显示近期预警事件，和指定时间指定传感器的预警事件信息。

展望

对于桥梁集群安全监测系统的研究与开发，目前尚处于起步阶段，大量的研究工作有待进一步开发，要使其走向成熟和完善，还需要进行如下的研究：利用既有监测系统近年来所采集的海量数据，开展不同类型传感器的多源信息融合技术研究及大数据分析与处理工作，从而为桥梁健康诊断提供可靠和完整的信息；给出了适用于服役多年的桥梁分级预警方法，确定了不同安全监测参数的预警阀值。