基于Web的桥梁健康监测系统设计与实现

（河北道桥工程检测有限公司，河北省 石家庄 050021）

现阶段，因我国信息技术的不断发展，各类技术的应用得到了显著提升。尤其是在桥梁监测当中，利用Web的桥梁健康监测系统设计可有效实现数据传输标准的统一，并解决数据间的孤岛问题。与此同时，还可满足管理人员对于桥梁各项实时监测数据需求，有效提高桥梁监测的全面化与整体化，对于提高桥梁的安全性具有重要作用。

一、系统总体设计

基于web的桥梁健康监测系统由四部分组成，分别为Web服务器、上位机、下位机及众多传感器部分。Web服务器采用B/S架构，服务器端采用“J2EE+ORACLE”数据库的强大组合，前端采用jquery UI架构，采用echarts插件更立体的显示桥梁监测数据的变化，Web服务器主要实现用户及管理员的注册、登陆、权限管理等。用户能够查看实时桥梁监测数据及变化等。管理员能够查看及更改桥梁监测数据阈值，并且能够对新传感器进行注册添加等。上位机由ARM Cortex-A9组成，移植Linux3.14内核和文件系统，主要负责将数据采集系统采集到的数据通过协议转换(RS232->TCP/IP)，通过光纤传输给远程控制中心的Web服务器，方便处理分析。下位机由多个不同种类的信号采集模块构成，数量根据桥梁的大小及布设传感器的密集程度决定，可采用STM32的A/D采集模块及SM125光纤光栅解调仪分别将模拟信号及光纤光栅信号转换为数字信号，并将该数据以RS232传输到上位机，实现不同信号的融合。系统最底端部分由各种传感器构成，包括应变、温湿度、加速度传感器等，实现监测数据实时传输。

二、硬件设计部分

Web服务器采用华为2288HV5，上位机包含ARM Cortex-A9处理器组成，移植Linux3.14内核和文件系统，下位机则是采用STM3的A/D采集模块，以及SM125光纤光栅解调仪将不同信号转换为数字信号，并将该数据以RS232传输到上位机，实现不同信号的融合。系统最底端部分由各种传感器构成，包括应变、温湿度、加速度传感器等，实现监测数据实时传输。

（一）光纤光栅应变传感器

应变传感器采用的是PI-FBG-E3000光纤光栅表面式应变计，具有高稳定性及高分辨率等特点，适合应用于恶劣环境，不易损坏。

（二）温湿度传感器

温湿度传感器采用的型号为DS18B20，具有体积小、开销小、精度高等特点，电路简单，且测量范围较大。

三、软件设计部分

软件设计分为3部分，由Web服务器构建的WEB页面、上位机软件和下位机软件组成。

（一）Web页面设计

1.实现用户与管理员的登陆，注册，权限管理，信息修改等。用户登陆后，能够查看到实时桥梁健康监测数据及历史信息。管理员登陆后，能够查看到各传感器设置的警戒阈值并修改，可以对新旧传感器进行添加、删除、修改等操作。

2.从上位机传送的桥梁健康监测数据，能够直观展示出数据的变化(采用折线图)，对高于危险阈值的数据发出警报，并给出维修、加固的建议，同时保存到Oracle数据库，实现近3个月的历史数据查询。

（1）Oracle数据库

Oracle是甲骨文公司的一款关系数据库管理系统，在数据库领域一直处于领先地位。Oracle数据库支持多用户并发处理，用户之间的操作不会互相破坏，Oracle数据库能在满足串行化的前提下，将并发行提升最大。Java中提供JDBC的jar包，通过Connection创建Statement对象，可以完成与Oracle数据库的连接。通过statement.executeUpdate(sql)语句能够实现数据的增删查改及数据库的添加更改。

（2）Socket通信

在网络通信方面，Java提供了强力的支持，针对TCP和UDP传输均提供了不同的类。通过比对，选择基于TCP的网络通信。它是一种面向连接的、可靠的、基于字节流的传输层数据通信协议，特别适合数据的连续传输。在Java中Socket通信实现步骤如下：建立ServerSocket对象，通过Socket accept建立监听，直至有客户端发送来连接请求；建立Socket对象，通过socket(host，port)连接指定的服务器和端口，向服务器发出连接请求；服务器通过accept接收客户端的连接请求并实现服务器与客户端的连接；打开输入输出流OutputStream、InputStream，按照一定的协议读写；服务器处理数据后返回结果；客户端接收服务器返回的结果；重复步骤4～6，结束连接，完成通信。

（二）上位机软件设计

为了满足桥梁健康监测的实时性，程序采用多线程编程，具体流程如下。

1.初始化串口，确定波特率、奇偶校验等，启动串口。

2.A信号量开始接收，并判断是否达到接收最大值，如果没有，则继续接受，直至达到A信号量接受最大值，创建子线程pthread creat。

3.主线程：B信号量开始接收，并判断是否达到接收最大值，如果没有，则继续接受，直至达到B信号量接受最大值，重复步骤2。

4.子线程：启动TCP/UDP通信，根据稳定性特点采用TCP面向连接通信，并释放A或者B信号量。

（三）下位机软件设计

STM32单片机及SM125解调仪主要应用于基于Web系统的桥梁健康监测系统的下位机，其可实现与各个传感器的直接联系，并根据不同量程，在A/D转换与调制解调后，可将模拟信息、光纤光栅信号转为数字信号，并借助RS232传输到上位机。

四、结语

本文所研究的基于Web的桥梁健康监测系统可靠性高、易移动，能够远程访问网页来进行问题的反馈，实现了数据的有效融合。利用基于Web的桥梁健康监测数据进行检查，可提高用户信息的管理与维护，并且能够提高管理员对于桥梁数据的监测，提出适宜的维护与保养建议。所以，该系统对于桥梁监测水平的提升具有重要的意义。