【摘要】： 桥梁健康监测系统,是通过对桥梁结构状态的监测与评估,为分析评估桥梁使用寿命、桥梁的养护、维修与管理决策提供科学的依据。 实现大型桥梁远程实时监测、信息的网络共享,是当今桥梁健康监测研究的重心。本文以实现远程采集和信息的网络共享为出发点,主要探讨了桥梁健康监测系统数据采集网络的形式,并对所采集数据的处理方法进行了研究。 本文首先系统的研究了桥梁健康监测数据采集系统的重要地位、设计方法和原则。研究并提出实现远程采集和传输的方案:可以先建立起基于Ethernet的桥梁健康监测系统,然后再将该桥梁的Ethernet并入Internet,应用Internet提供的资源和条件,建立起某个地区乃至全国的桥梁结构健康监测系统,从而使实时的监测系统与现代网络技术结合,实现真正意义上的远程监测和信息的网络共享。 其次,在对现场总线和以太网进行分析比较的基础上,设计了基于CAN-以太网的桥梁健康监测系统和CAN-以太网网关。在该桥梁健康监测系统中,利用CAN总线连接现场测控设备,并通过CAN-以太网网关,有机地将设备网和信息网连接起来,从而实现桥梁监测现场数据的远程采集和传输。应用此方案,可以在利用现有网络的基础上,充分发挥工业以太网和CAN现场总线的优势,实现整个桥梁监测控制系统的网络连接。 最后,对桥梁健康监测信息的处理方法,进行初步研究。将kalman滤波技术应用到桥梁健康监测中,以提高数据处理精度。为此,基于振动理论,建立了桥梁系统模型,并将其离散化;根据实际的离散时间系统,给出了采用Kalman滤波进行桥梁全结构的振动状态估计方法;并且本文将多个传感器的估计信息进行数据融合,以获得比Kalman滤波更为精确的估计信息。仿真结果表明:离散Kalman滤波可以较为有效地去除传感器噪声,经过数据融合后的估计信息比单个传感器的估计信息精度高。 【关键词】：大型桥梁 健康监测 数据采集 数据融合 kalman滤波
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP274.2
【DOI】：CNKI:CDMD:2.2008.113689
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-9
• 插图索引9-10
• 附表索引10-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 课题的提出及意义11-12
• 1.2 国内外桥梁健康监测应用研究现状12-14
• 1.3 桥梁结构健康监测研究中存在的问题14-15
• 1.4 桥梁结构健康监测研究的发展方向15
• 1.5 本文的结构15-16
• 第二章 桥梁健康监测系统数据采集网络研究16-23
• 2.1 桥梁健康监测数据采集系统的重要地位16-17
• 2.2 桥梁健康监测数据采集系统的设计原则和方法17-18
• 2.2.1 数据采集系统硬件设计方法17-18
• 2.2.2 数据采集系统软件设计方法18
• 2.3 基于Internet的数据采集网络研究18-22
• 2.3.1 必要性和意义18-19
• 2.3.2 实现方式分析19-21
• 2.3.3 实现方案研究21-22
• 2.3.3.1 基于工业以太网的方案21
• 2.3.3.2 工业以太网与现场总线共存的方案21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 基于CAN-以太网的桥梁健康监测系统数据采集网络23-37
• 3.1 相关背景知识23-25
• 3.1.1 CAN总线与以太网相关背景知识23-24
• 3.1.2 TCP/IP协议24-25
• 3.2 基于CAN-以太网的桥梁健康监测系统数据采集网络25-27
• 3.3 CAN-以太网网关的设计27-34
• 3.3.1 芯片选择及介绍27-28
• 3.3.2 CAN接口设计28-31
• 3.3.3 以太网接口设计31-34
• 3.3.4 CAN-以太网网关设计34
• 3.4 CAN-以太网网关协议转换34-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 信息融合技术在桥梁健康监测中的应用研究37-52
• 4.1 信息融合在桥梁健康监测中应用的可行性分析37-38
• 4.2 信息融合在桥梁结构健康监测中应用研究38-41
• 4.2.1 融合的基本原理38-39
• 4.2.2 信息融合的特点39
• 4.2.3 信息融合的过程39-40
• 4.2.4 信息融合结构的选择40-41
• 4.3 信息融合方法的确定41-51
• 4.3.1 现有桥梁结构健康监测数据处理方法及其局限性42-43
• 4.3.2 卡尔曼滤波技术43-51
• 4.3.2.1 卡尔曼滤波原理43-44
• 4.3.2.2 离散系统的卡尔曼问题分类44
• 4.3.2.3 离散Kalman滤波算法44-47
• 4.3.2.4 分布式Kalman滤波融合算法47-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 基于离散Kalman滤波的桥梁健康监测数据融合技术研究52-60
• 5.1 桥梁结构系统模型的建立52-55
• 5.1.1 模型的建立52-53
• 5.1.2 系统模型离散化53-55
• 5.2 融合模型55-56
• 5.3 算法验证56-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-62
• 参考文献62-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录66