GPS同步采集

　　為滿足大橋模態(tài)分析的要求[1]，各數(shù)據(jù)采集終端需要對大橋的振動信號進(jìn)行精確的同步采集。對于大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)而言，各數(shù)據(jù)采集終端的距離都在100米以上，傳統(tǒng)的主從終端同步采集方案已經(jīng)不能適用。我們利用基于cRIO-9401和cRIO-9215的GPS同步采集方案可以很好的解決遠(yuǎn)距離終端同步采集的難題。

　　具體而言，我們?yōu)槊總€數(shù)據(jù)采集終端配置一個GPS接收機，它們分別獲取已與衛(wèi)星同步的GPS絕對時間信號和PPS秒脈沖信號，并送至對應(yīng)采集終端的cRIO-9014的串口和cRIO-9401進(jìn)行采集、同步和計數(shù)。我們在cRIO-9104的FPGA上構(gòu)建了一個數(shù)字鎖相環(huán)和同步觸發(fā)模塊，參考由cRIO-9401引入的PPS秒脈沖信號，經(jīng)過一系列硬件級的鎖相、計數(shù)和觸發(fā)機制，確保不同終端上的所有cRIO-9215(包括cRIO-9203)在同一絕對時刻以同頻同相的采樣時鐘對大橋的振動信號進(jìn)行精確的同步采集。

　　大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

　　我們將數(shù)據(jù)采集終端的存儲機制設(shè)計為人工干預(yù)存儲、觸發(fā)存儲和間斷存儲相結(jié)合，其中人工干預(yù)存儲優(yōu)先級最高，觸發(fā)存儲次之，間斷存儲優(yōu)先級最低。用戶可以在控制終端通過人工干預(yù)存儲命令對任一采集終端的任一或幾個信號通道進(jìn)行指定時間段的數(shù)據(jù)存儲;也可以在存儲任務(wù)配置文件中配置觸發(fā)存儲任務(wù)，將某一采集終端上的某幾路信號通道與其它采集終端或同一采集終端上的某幾路信號通道進(jìn)行觸發(fā)存儲任務(wù)關(guān)聯(lián)。當(dāng)產(chǎn)生觸發(fā)任務(wù)的若干路信號通道數(shù)據(jù)滿足觸發(fā)條件時，它將會觸發(fā)關(guān)聯(lián)的那些被觸發(fā)信號通道進(jìn)行指定時間段的數(shù)據(jù)存儲。并且觸發(fā)存儲任務(wù)還支持不同的優(yōu)先級設(shè)置以及復(fù)雜的觸發(fā)存儲重疊處理機制，確保不會丟失對各觸發(fā)任務(wù)指定的信號數(shù)據(jù)的儲存;用戶也可以在存儲任務(wù)配置文件中配置間斷存儲任務(wù)以完成對各采集終端信號通道日常的正常數(shù)據(jù)存儲，如每小時存儲各信號通道10分鐘的數(shù)據(jù)。

　　這樣，在間斷存儲任務(wù)的基礎(chǔ)上，用戶只要合理的配置觸發(fā)存儲任務(wù)，在緊急情況下啟動人工干預(yù)存儲，就可以在顯著降低日常的正常信號數(shù)據(jù)存儲容量的基礎(chǔ)上，完全保存和突出實際關(guān)心的異常信號數(shù)據(jù)，極大的方便了用戶對于大橋異常信號數(shù)據(jù)的保存、提取和分析。

　　該數(shù)據(jù)存儲機制的難點在于不同采集終端信號通道之間的觸發(fā)存儲任務(wù)關(guān)聯(lián)的實現(xiàn)。

　　不同數(shù)據(jù)采集終端的具體硬件配置都不一樣，它們采集的信號種類及數(shù)量也不盡相同，但運行于各采集終端的系統(tǒng)軟件則完全一致，區(qū)別僅在于不同采集終端有自己特定的FPGA程序、模塊配置文件和存儲任務(wù)配置文件。用戶在控制終端可以利用提供的配置程序，通過對相應(yīng)配置文件的處理來完成對各采集終端的模塊配置信息和存儲任務(wù)配置信息的查詢和更改設(shè)置。

　　數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始后，各數(shù)據(jù)采集終端分別將采集到的連續(xù)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實時地傳送至監(jiān)視終端，監(jiān)視終端將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和解析，然后予以圖形化的顯示和簡單的在線分析[3]。圖3是一個示意的位于監(jiān)視終端的實時數(shù)據(jù)顯示界面。

　　各數(shù)據(jù)采集終端會按照指定的數(shù)據(jù)存儲策略將部分信號數(shù)據(jù)以文本或二進(jìn)制文件的形式存儲在本地。數(shù)據(jù)存儲終端定期通過FTP從各數(shù)據(jù)采集終端下載相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)文件，并對所有信號通道的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行匯總。另外，數(shù)據(jù)存儲終端利用數(shù)據(jù)庫來統(tǒng)一管理這些原始數(shù)據(jù)文件，提供對各信號通道的歷史數(shù)據(jù)文件的預(yù)覽、檢索(按數(shù)據(jù)時間或數(shù)據(jù)特征檢索)、查詢和離線分析等服務(wù)。

　　該數(shù)據(jù)采集終端的實現(xiàn)和在廈門集美大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)中的實際應(yīng)用是cRIO平臺在國內(nèi)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域的首次成功案例，對于該領(lǐng)域及其它相關(guān)領(lǐng)域的類似應(yīng)用具有很強的示范性和參考價值。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 袁慎芳.結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控[M] .北京：國防工業(yè)出版社，2007

　　[2] 阮奇楨.我和LabVIEW[M] .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 2009

　　[3] 張敏.東海大橋橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].橋梁建設(shè) 2006(2)

　　[4] 李娜.深圳灣大橋結(jié)構(gòu)健康及安全監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)硬件概述公路[J] .2007(11)

　　[5] 湖北省京珠高速公路建設(shè)指揮部.湖北省京珠高速公路橋梁養(yǎng)護技術(shù)手冊[M] .北京：人民交通出版社 2003