（河北道橋工程檢測有限公司，河北省 石家莊 050021）

現(xiàn)階段，因我國信息技術(shù)的不斷發(fā)展，各類技術(shù)的應(yīng)用得到了顯著提升。尤其是在橋梁監(jiān)測當(dāng)中，利用Web的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計可有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，并解決數(shù)據(jù)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(jiān)測數(shù)據(jù)需求，有效提高橋梁監(jiān)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(tǒng)總體設(shè)計

基于web的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)由四部分組成，分別為Web服務(wù)器、上位機(jī)、下位機(jī)及眾多傳感器部分。Web服務(wù)器采用B/S架構(gòu)，服務(wù)器端采用“J2EE+ORACLE”數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)大組合，前端采用jquery UI架構(gòu)，采用echarts插件更立體的顯示橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，Web服務(wù)器主要實現(xiàn)用戶及管理員的注冊、登陸、權(quán)限管理等。用戶能夠查看實時橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)及變化等。管理員能夠查看及更改橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)閾值，并且能夠?qū)π聜鞲衅鬟M(jìn)行注冊添加等。上位機(jī)由ARM Cortex-A9組成，移植Linux3.14內(nèi)核和文件系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過協(xié)議轉(zhuǎn)換(RS232->TCP/IP)，通過光纖傳輸給遠(yuǎn)程控制中心的Web服務(wù)器，方便處理分析。下位機(jī)由多個不同種類的信號采集模塊構(gòu)成，數(shù)量根據(jù)橋梁的大小及布設(shè)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(diào)儀分別將模擬信號及光纖光柵信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)據(jù)以RS232傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，實現(xiàn)不同信號的融合。系統(tǒng)最底端部分由各種傳感器構(gòu)成，包括應(yīng)變、溫濕度、加速度傳感器等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸。

二、硬件設(shè)計部分

Web服務(wù)器采用華為2288HV5，上位機(jī)包含ARM Cortex-A9處理器組成，移植Linux3.14內(nèi)核和文件系統(tǒng)，下位機(jī)則是采用STM3的A/D采集模塊，以及SM125光纖光柵解調(diào)儀將不同信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將該數(shù)據(jù)以RS232傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，實現(xiàn)不同信號的融合。系統(tǒng)最底端部分由各種傳感器構(gòu)成，包括應(yīng)變、溫濕度、加速度傳感器等，實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時傳輸。

（一）光纖光柵應(yīng)變傳感器

應(yīng)變傳感器采用的是PI-FBG-E3000光纖光柵表面式應(yīng)變計，具有高穩(wěn)定性及高分辨率等特點，適合應(yīng)用于惡劣環(huán)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(shè)計部分

軟件設(shè)計分為3部分，由Web服務(wù)器構(gòu)建的WEB頁面、上位機(jī)軟件和下位機(jī)軟件組成。

（一）Web頁面設(shè)計

1.實現(xiàn)用戶與管理員的登陸，注冊，權(quán)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(jiān)測數(shù)據(jù)及歷史信息。管理員登陸后，能夠查看到各傳感器設(shè)置的警戒閾值并修改，可以對新舊傳感器進(jìn)行添加、刪除、修改等操作。

2.從上位機(jī)傳送的橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)，能夠直觀展示出數(shù)據(jù)的變化(采用折線圖)，對高于危險閾值的數(shù)據(jù)發(fā)出警報，并給出維修、加固的建議，同時保存到Oracle數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)近3個月的歷史數(shù)據(jù)查詢。

（1）Oracle數(shù)據(jù)庫

Oracle是甲骨文公司的一款關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)庫領(lǐng)域一直處于領(lǐng)先地位。Oracle數(shù)據(jù)庫支持多用戶并發(fā)處理，用戶之間的操作不會互相破壞，Oracle數(shù)據(jù)庫能在滿足串行化的前提下，將并發(fā)行提升最大。Java中提供JDBC的jar包，通過Connection創(chuàng)建Statement對象，可以完成與Oracle數(shù)據(jù)庫的連接。通過statement.executeUpdate(sql)語句能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的增刪查改及數(shù)據(jù)庫的添加更改。

（2）Socket通信

在網(wǎng)絡(luò)通信方面，Java提供了強(qiáng)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(wǎng)絡(luò)通信。它是一種面向連接的、可靠的、基于字節(jié)流的傳輸層數(shù)據(jù)通信協(xié)議，特別適合數(shù)據(jù)的連續(xù)傳輸。在Java中Socket通信實現(xiàn)步驟如下：建立ServerSocket對象，通過Socket accept建立監(jiān)聽，直至有客戶端發(fā)送來連接請求；建立Socket對象，通過socket(host，port)連接指定的服務(wù)器和端口，向服務(wù)器發(fā)出連接請求；服務(wù)器通過accept接收客戶端的連接請求并實現(xiàn)服務(wù)器與客戶端的連接；打開輸入輸出流OutputStream、InputStream，按照一定的協(xié)議讀寫；服務(wù)器處理數(shù)據(jù)后返回結(jié)果；客戶端接收服務(wù)器返回的結(jié)果；重復(fù)步驟4～6，結(jié)束連接，完成通信。

（二）上位機(jī)軟件設(shè)計

為了滿足橋梁健康監(jiān)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(dá)到接收最大值，如果沒有，則繼續(xù)接受，直至達(dá)到A信號量接受最大值，創(chuàng)建子線程pthread creat。

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

4.子線程：啟動TCP/UDP通信，根據(jù)穩(wěn)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(jī)軟件設(shè)計

STM32單片機(jī)及SM125解調(diào)儀主要應(yīng)用于基于Web系統(tǒng)的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的下位機(jī)，其可實現(xiàn)與各個傳感器的直接聯(lián)系，并根據(jù)不同量程，在A/D轉(zhuǎn)換與調(diào)制解調(diào)后，可將模擬信息、光纖光柵信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，并借助RS232傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。

四、結(jié)語

本文所研究的基于Web的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)可靠性高、易移動，能夠遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)頁來進(jìn)行問題的反饋，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的有效融合。利用基于Web的橋梁健康監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，可提高用戶信息的管理與維護(hù)，并且能夠提高管理員對于橋梁數(shù)據(jù)的監(jiān)測，提出適宜的維護(hù)與保養(yǎng)建議。所以，該系統(tǒng)對于橋梁監(jiān)測水平的提升具有重要的意義。