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1、西安科技大学硕士学位论文基于Android平台的桥梁监测终端应用程序设计与开发姓名：刘俊贤申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：孙弋2011论文题目：基于Android平台的桥梁监测终端应用程序设计与开发 专 业：通信与信息系统 硕 士 生：刘俊贤 （签 名）_ 指导教师：孙 弋 （签 名）_ 摘 要 通信技术的不断发展，使移动终端不再仅仅是通讯网络的终端，而是向着多功能方向发展，越来越多的移动终端具有了开放式的操作系统，终端和互联网的无缝连接有着更广阔的发展空间。现如今，主流的移动终端操作系统有：Symbian，Windows Mobile，Mac OS和Android。Andro
2、id是Google于2007年11月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。随着Android技术的迅猛发展和日趋成熟，Android操作系统在手持终端中所占比例正逐步上升，其开放性、便携性、良好的兼容性、无缝结合网络通信等特点将使Android操作系统在各个领域中都有着广泛的应用。本文提出一种基于Android平台的桥梁监测终端的应用程序开发设计方案，该方案基于S3C6410处理器的硬件平台和Android 2.1版本的软件平台，通过Socket编程使终端利用Wi-Fi无线通信
3、技术接收桥梁数据，然后将数据保存到终端SQLite数据库中。终端应用程序可以接收桥梁数据、提取历史数据并绘制曲线图，通过分析桥梁监测数据来确定桥梁的运营状态，从而达到对桥梁监测的目的。该方案重点研究了Android平台的系统架构和终端应用程序的设计与实现。本文首先介绍了Android平台的的优势以及当前国内外桥梁监测的现状，针对国内现有桥梁监测技术的不足提出了基于Android平台的桥梁监测系统解决方案，接着对桥梁监测终端的软、硬件平台进行描述，然后介绍了Android开发平台的搭建以及桥梁监测程序的开发，重点介绍了应用程序模块的设计流程。最后对本文进行总结，提出了后续的开发方案和计划。关 键
4、 词：桥梁监测；移动终端；Android；Wi-Fi；数据库 研究类型：应用研究 Subject :Terminal Application Program Design and Development of Bridge Monitoring System Based on Android Specialty :Communication and Information Systems Name :Liu Junxian (Signature)Instructor:Sun Yi (Signature)ABSTRACT With the continuous development of th
5、e communication technology,the Mobile Terminal is no longer the one of the communication Terminal.It turns towards the multifunctional and will realize the wider development with the internet seamless connection,making increasing mobile terminal has the open operating system.Nowadays,the Symbian,the
6、 Windows Mobile,the Mac OS and the Android make the mainstream kinds of mobile terminal operating system.The Android is the name of the open-source mobilephone operating system which is announced on the Linux platform by Google on November 5thIt has been comed up with a proposal of the bridge monito
7、ring terminal based on the Android.It uses the hardware platform of the S3C6410 processor and the software platform of the Android 2.1,and it makes the terminal receive the bridge data by Wi-Fi via Socket program,then save the data into the SQLite.The terminal application program can receive the bri
8、dge data,recall the historical data and draw the graph.It can determine the bridge condition through analyzing the bridge data,so as to monit the bridge.The solution emphasizes the structure of the Android platform and the design of the application program as well.,2007.The platform is made up by th
9、e operating system,the middleware,the UI and the utility software,which is known as the first truly open and complete mobile sofeware made for the mobile terminal.The proportion of hand-held terminals of the Android is to rise gradually with the development day by day.And its open,portability,compat
10、ibility and seamless combining network communication will make the Android have a wide range of applications in each field.It first introduces the advantage of the Android and the current domestic and overseas situation of the bridge monitoring system.Aiming at the shortage of the existing domestic
11、bridge monitor tech,it puts forward solutions of the bridge monitor based on the Android.Then it describes the software and hardware platform,it introduces how to build the developing platform and the construction and the development of the bridge monitoring application program,which the latter is t
12、he emphasis.In the last,it summarizes and comes up with the subsequent development programs and plans.Key words:Bridge Monitor Mobile Terminal Android Wi-Fi Data Base Thesis :Application Research 学 位 论 文 独 创 性 说 明 本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集团已经公开发表或撰写过的研
13、究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：学 位 论 文 知 识 产 权 声 明 书 本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题在撰写的文章一律注明作者单位为
14、西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年 月 日 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题背景 随着3G技术在全球的不断深入和发展，移动终端所传递的速率越来越快，极大推动了移动终端业务的发展。现有主流移动终端操作系统平台有：Windows Mobile，Symbian，Mac OS，Android。Windows Mobile发展大不如前，市场占有率逐渐下降；Symbian凭借诺基亚的巨大销售量占据着大部分市场份额，但其应用弊端正逐步阻碍其进一步的发展；Mac OS牢牢占据着高端移动终端市场，其优异的性能和绝佳的操作体验已成为其他移动终端设计的方向标；Andro
15、id由Google以及全世界知名运营商和芯片厂家等所支持，基于Linux 2.6内核1目前Android的应用大多停留在民用娱乐层面，很少有涉及工业化生产领域。Android平台发展迅速，如将其应用在工业领域势必会极大推动工业生产效率，因此，本课题提出一种方案将Android平台应用于桥梁监测系统。，是完全开源和免费使用的，Android平台优异的性能和媲美Mac OS操作系统的绝佳体验，使得Android的市场占有率迅速攀升，未来发展中Android势必成为主流操作平台，因此，本课题采用Android平台进行研究，以跟上时代发展的步伐。建国以来，我国桥梁建设发展迅速，但随着时间的推移，越来越
16、多的桥梁因地质灾害发生结构性损伤将提前达到设计基准期。桥梁是重要的基础设施，且投资巨大，因此对桥梁状况的监测意义重大。目前桥梁监测存在的主要问题有：监测仪器落后，工作量大，费用高，监测复杂且耗时长。监测过程中人为主观因素较大，不能客观准确地反映桥梁的实际情况。监测技术落后，没有充分利用现代科学技术发展最新成果和理论。为全面监测桥梁状态，确保桥梁长期安全运营，本文提出基于Android平台的桥梁监测系统以提高监测和评估的可靠性，该系统使用Socket通信模块基于Wi-Fi无线网络来获取前端数据21.1.1 移动终端操作系统现状，并通过手持终端来控制和处理数据信息，最终对桥梁的运营情况作出评估。现
17、如今，主流的移动终端操作系统有：Symbian，Windows Mobile，Mac OS和Android。现将各个操作系统介绍如下：(1)Symbian Symbian在整个智能操作系统领域一直保持着最大份额的市场占有率，该操作系统西安科技大学硕士学位论文 2 是一个32位的多任务操作系统，具有内存占用少、功耗低等特点，经过不断发展可以支持蓝牙、GPRS和3G等。Symbian将用户界面技术与操作系统内核分开，以更好的适应不同的平台，使用户可以极大的扩展其性能。面对份额不断增长的Android、iPhone OS等新生主力军，Symbian的压力倍增。2010年2月4日，当Symbian获得
18、开放源代码许可证后，将逐渐开放其源代码，Symbian的开源与竞争对手的迅速增长和盟友的纷纷退出有极大关系。和天生就开放的基于Linux的Android相比，Symbian经过多年的积累反复，系统臃肿且积累了太多的自身语言，给第三方的开发带来了诸多不便，现如今，Android的市场突飞猛进，很多终端厂商和业务开发商已从事基于开源Android的应用开发，Symbian的开源显然稍微晚了一些。2011年2月诺基亚已经和微软达成了战略合作关系，按照合作的内容，微软Windows Mobile将取代Symbian成为诺基亚智能手机战略的核心平台，这让Symbian在未来的发展更加迷茫。(2)Wind
19、ows Mobile Windows Mobile是所有源代码全部由微软自行开发的嵌入式新型操作系统，该操作系统是一个开放的、可升级的32位嵌入式操作系统。Windows Mobile具有模块化、结构化和基于Win32应用程序接口和与处理器无关等特点。Windows Mobile不仅继承了传统的Windows图形界面，并且在Windows Mobile平台上也可以使用Windows编程工具（如Visual Basic、Visual C+等）、使用同样的函数、使用同样的界面风格，绝大多数的应用软件只需简单的修改就可以移植到Windows Mobile平台上继续使用。Windows Mobile是
20、一个具有抢先式多任务功能，并具有强大通信能力的嵌入式操作系统。Windows Mobile也是微软公司专门为移动终端和消费类电子产品、嵌入式应用等非PC领域而全新设计的操作系统产品。根据其应用环境的特点，Windows Mobile被设计成具有高度模块化、良好实时性、强大通信能力、支持多种CPU的嵌入式操作系统。2011年2月11日，诺基亚与微软公司今天宣布，计划建立广泛的战略合作伙伴关系，将利用其互补优势和专长，建立新的全球移动生态系统。微软Windows Mobile操作系统将成为诺基亚主要的智能手机平台。诺基亚在硬件制造和生产方面有着较强的优势，而微软在软件操作系统方面也沉淀颇厚，由于两
21、家公司将专注于各自的核心能力，该伙伴关系将为迅速的市场执行力创造机遇，这让Windows Mobile在未来的发展充满了期待。(3)Mac OS Mac OS是全球领先的操作系统，基于坚如磐石的UNIX基础，设计简单直观，易于使用又功能强大，让处处创新的Mac安全易用、高度兼容、出类拔萃。Mac OS使用基础坚实、久经考验的UNIX系统为其提供空前的稳定性、超强性能、超炫图形并支持互联网标准。Mac OS使用基于BSD Unix的内核，并带来Unix风格的内存管理和抢占式多任务处1 绪论 3 理，大大改进内存管理，允许同时运行更多软件，而且在实质上消除了一个程序崩溃导致其它程序崩溃的可能性。M
22、ac OS用户体验部分是操作系统的不同组件间的无缝交互。单一的Mac OS系统可以控制不同格式的卷，支持不同的网络文件共享协议，并可运行基于完全不同API的应用程序。iOS是由苹果公司为iPhone开发的操作系统。该操作系统主要是给iPhone、iPod touch以及iPad使用。跟基于的Mac OS操作系统一样，iOS也是以Darwin为基础的。iOS的系统架构分为四个层次：核心操作系统层、核心服务层、媒体层和可轻触层。随着iPhone和ipad的热卖，Mac OS操作系统无疑成为市场的方向标。(3)Android Android一词的本义为“机器人”，同时也是Google于2007年11
23、月5日宣布的基于Linux平台的开源手机操作系统的名称，该平台由操作系统、中间件、用户界面和应用软件组成，号称是首个为移动终端打造的真正开放和完整的移动软件。为了推广Android平台技术，Google和几十个手机相关企业建立了开放手机联盟(Open Handset Alliance)。联盟成员包括摩托罗拉、HTC、SAMSUNG、LG以及中国移动在内的34家技术和无线应用的领军企业，该联盟共同开发基于Android系统的新型业务，这就保障了Android平台应用之间的通用性和互联性，也使得Android系统在人机交互体验上获得了更加杰出的表现。Android平台具有以下优势：开放性，Andr
24、oid平台的开放性允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来。显著的开放性可以使其拥有更多的开发者，也使得Android具有丰富的软件资源，给该平台带来极大地发展。丰富的硬件选择，由于Android的开放性，众多的厂商会推出功能特色的多种产品。由于Android操作系统具有丰富的硬件选择性，使得不同硬件功能上的差异和特色，不会影响到数据同步、甚至软件的兼容。无缝结合的Google应用，Google已经从简单的搜索领域扩展到互联网的各个领域，Google服务如：地图、邮件、搜索等已经成为连接用户和互联网的重要纽带，Android平台将无缝结合这些优秀的Google应用。根据Gartner统
25、计显示，在2010年智能手机操作系统市场中，Android销售量从679.84万台增长到6722.45万台，销售量增长了888.8%，市场份额超过RIM和iOS跃居第二位。Symbian以11157.67万台的销售额占据智能手机市场37.6%市场份额位居第一。Mac OS的市场占有率达到15.7%，Window CE市场占有率达到4.2%。Android无疑是2010年最为亮眼的智能手机系统，在短短1年多的发展后，Android已经迅速成为智能手机系统霸主地位的最有力竞争者。Android得以横扫智能手机市场，其系统化开源性功不可没。开源最大特点就是“开西安科技大学硕士学位论文 4 放”、“共
26、享”，任何人都可以得到软件的源代码，在版权限制范围之内对其进行修改甚至重新发放，这就使得开源软件能够在全世界拥有自己庞大的开发队伍。随着3G的推广，手机搜索、手机游戏、手机支付等移动应用也开始迅猛发展。移动应用的无限丰富使得Android系统拥有了无限广阔的“升级”空间。1.1.2 国内外桥梁监测系统的现状 地质灾害类型多、分布广、危害大等特点给灾害多发地区的交通造成严重损害和安全隐患，桥梁是主要受损建筑之一。由于其投资巨大，使用期长，又是重要的基础设施，所以桥梁使用的安全性对国民经济有着举足轻重的影响，因此对桥梁状况的监测，意义重大。为了全面掌握桥梁结构性能，确保桥梁长期安全运营，将桥梁养护
27、与管理纳入科学的轨道，需对桥梁进行了监测和综合评定。长期以来，我国由于技术水平的限制，对桥梁的安全监测一直以人工方法为主，由专业技术人员定期到现场对桥梁进行检查，将监测数据取回实验室进行分析再得出结论。这种方法既不能及时掌握桥梁的运行状况，又需技术人员具有很高的专业知识，对人力、物力消耗过大。目前我国在桥梁监测上普遍采用的是在桥梁关键部位外粘应变片的方法，这种方法由于受传感器数量、测量条件、安装工艺等因素的影响，使得所监测的数据进行相关分析是不尽充分的，因而很难给出科学准确的桥梁健康评估3我国现有的桥梁安全监测手段中，最传统的方式是人工进行数据的测量记录及经验判断，数据在现场处理过程中易引入人
28、为误差，且采集数据耗时较长，难以保证各监测数据工作状态的一致性，另外桥梁施工和运营期间人工测量数据工作难度大。较为先进的光缆有线桥梁监测方式利用专用光缆连接前端采集设备和监测设备，该方法成本高，维护难度大，且监测设备固定不灵活。现有的无线监测系统一般使用公共移动通信网络GSM或CDMA连接到因特网，再通过路由连接到监测设备，该方法需要公共移动通信网络的支持，在公共通信网络不能覆盖的地区难以实现可靠通信以对桥梁安全状况进行长期实时监测。国外的桥梁监测系统始于20世纪80年代中后期，早在第二次世界大战以前，人们就考虑到桥梁的修复和监测，但是没有形成标准和系统规程。由于不断发生桥梁失效和倒塌事故，五
29、十年代开始，美国和其它一些国家建立了桥梁监测的一些标准，于是产生了第一代的桥梁安全监测。1967年12月，俄亥俄河上的一座主要桥梁倒塌，导致46人丧生，这使得桥梁安全监测发生了重大发展，1971年，美国制定了国家桥梁监测标准(NBIS)，提供监测方法的细节，监测时间间隔和监测人员资格的统一的指导。根据NBIS，当桥刚建成或桥的结构形态改变的时候，要进行验收监测，每两年要进行一次确定桥梁物理和功能状态的例行监测；以及在其它特殊情况下进行损伤监测、深入监测和临时监测等。1 绪论 5 瑞士官方规定，所有的主要桥梁在通车之前必须进行桥梁试验。加拿大的Quebecz正式在实施一个公路桥梁的动力测试计划，
30、旨在建立一个可靠的数据库并为制定动力测试的标准过程提供依据。在为这个计划进行的一系列动力桥梁测试中，采用量测特定部位（可能的最大响应点）的应变和位移的办法计算桥梁的动力放大系数(DAF)，用垂直加速度响应（在特定的测试车辆驶过桥梁时）来计算（FFT方法）桥梁的动力属性（频率、振型和模态阻尼），并来校准结构的有限元模型4国内外桥梁监测技术有了很大的发展，但大都还是采用有线传输方式，有线方式由于其布线繁杂、传输距离短、存在投资多，系统抗干扰性能差、实时性差等缺点，直接影响着监测的精度和实时性。使得研究新的桥梁监测方法迫在眉睫。随着传感器技术和无线通信技术的飞速发展，利用先进的传感器技术、无线通信技
31、术、信号分析与处理技术、数据管理方法、预测技术及结构分析理论等多个领域的知识，应用于桥梁监测与安全评估，从而建立准确、高效、可靠性高的桥梁无线监测系统，使桥梁监测的精度、可靠性、实时性都有了很大程度的改善，桥梁监测也正向着数字化、智能化和标准化的方向发展。对于提升桥梁工程质量、挖掘已有桥梁承载潜能，提高桥梁工程的设计、施工和管理水平也具有十分重要的意义。针对目前桥梁的安全状况，采用基于Android平台的桥梁监测系统，可以满足对桥梁进行长期实时监测的要求，也是工业化与信息化相互融合的具体体现。动力放大系数和动力属性将作为评估桥梁的可靠性依据。针对目前桥梁的安全状况，本文提出采用基于Androi
32、d平台的桥梁监测系统对桥梁进行监。基于Android平台的桥梁监测系统是指运用现代传感与通信技术，适时地采集桥梁的工作参数，由计算机进行参数的识别、加工和分析并给出桥梁状况报告，为桥梁的维护与管理提供依据和指导，也为桥梁设计理论的发展提供了真实构件、真实环境的长期设计验证，是工业化与信息化相互融合的具体体现。1.2 课题研究的目的及意义 移动终端操作系统平台化及开放性逐步成为产业链参与共识，平台化是2010年中国互联网及移动互联网行业发展的关键词。运营企业通过平台搭建和开放API接口，使开发者和其他企业分享其用户流量及用户生产内容，实现应用开发的创新并不断提升用户体验的需求，增加运营企业对产业
33、链的话语权，实现产业生态的良性运转和共同成长。面对移动互联网潜在的巨大市场空间，终端厂商积极布局移动互联网。随着终端制造技术的提升和手机操作系统的多样化，未来智能移动终端出货量和普及率将逐步提高。此外，传统终端、系统设备厂商、手机制造商、解决方案提供商等纷纷进入智能移动终端领域，通过终端整合相关应用及业务，促进3G和移动互联网市场总体发展。未来在移动互联网市场竞争中，移动终端将被手机、平板电脑、便携多媒体终端、电子阅读西安科技大学硕士学位论文 6 器等所占据，因此，移动终端的市场竞争将转化为对移动终端操作系统用户的争夺。Android无疑是移动终端操作系统中最具有发展潜力的一个。目前，桥梁的监
34、测多以有线监测为主，一方面会增加线缆、人力等的投入，另一方面，信号在传输过程中，有用信号衰减很快（传输距离超过100m后有用信号基本消失），信噪比低，测量精度不高。近年来，随着电子和无线通信技术飞速发展，用无线监测系统来代替桥梁的有线监测，可以减少传输线缆的数量，将通信前后的信息处理全部采用计算机控制，大大提高测试系统的方便性和后期数据处理的灵活性，极大地延拓了桥梁监测领域，最重要的是，运用先进的无线通信技术和现代数字处理方法，可以减少在远距离传输中信号的衰减，提高了监测和评估的可靠性和实时性，避免长距离有线传输中不可靠性。因此，对桥梁无线监测系统的研制和开发很有必要。本文提出的桥梁监测系统方
35、案中，采用先进的传感技术、无线网络通信技术、数模信号转换处理分析技术、数据库管理技术、桥梁结构分析理论和寿命评估方法等现代科学技术，实现新型的桥梁监测与安全评估系统。整个监测过程无需人工干预，只需在移动终端对其操作即可完成。该方案的提出对提高桥梁工程的设计、施工、监测和管理水平具有十分重要的意义。同时，有效推动了桥梁监测系统向智能化、信息化的方向发展，提高了交通的安全性，更好的保障了人们的生活品质。本文提出基于Android平台的智能监测系统提高监测和评估的可靠性，并针对国内现有的桥梁监测的弊端进行改进，提出新型的桥梁监测方法用以提高桥梁监测的准确性，便捷性。该系统使用Socket模块通过Wi
36、-Fi无线通信网络来获取前端数据，并通过手持终端来控制和处理数据信息。在此基础上进一步完善常规人工监控、建立数据库系统，建立与智能技术相结合的桥梁运行状态的分析及评价专家系统，最终实现桥梁的现代化管理。1.3 本论文所做的工作及文章结构安排 本课题主要实现的是一种基于Android平台的桥梁监测系统终端应用程序的设计，该终端可以应用于多种环境下对桥梁监测数据进行采集、处理和显示，并使用数据库对接收信息进行存储。本文立足于桥梁健康状况监测，在初步了解了嵌入式系统理论的基础上，对Android操作系统平台作了较为深入的研究，并根据芯片的技术参数以及平台的硬件指标，在S3C6410平台上运行Andr
37、oid操作系统，并在PC的Windows操作系统平台下对Android应用程序进行设计。主要的工作涉及硬件平台设计、软件平台设计以及应用软件的设计。本文在组织结构上分为五章：第一章，绪论。介绍了移动终端操作系统的现状以及各个操作系统优劣势，分析了国内外桥梁监测系统的发展，提出了在国内现有桥梁监测系统的背景下，设计一款性能1 绪论 7 优异的基于Android平台的桥梁监测系统。最后介绍了本文的主要工作和论文的组织结构。第二章，桥梁监测系统方案。通过分析桥梁监测系统的工作原理，提出整体方案的设计，包括前端传感器，中继器以及移动终端，并给出了方案实现的技术路线和系统总体设计框架。第三章，Andro
38、id操作系统平台。详细介绍Android平台的硬件平台和软件平台，分析了Android平台的系统框架，以及应用程序组成部分，介绍了Android的开发环境以及开发Android应用程序所需工具及其核心包的功能，并 对 Android平台开发环境进行搭建。第四章，桥梁监测终端应用程序设计与开发。详细介绍了桥梁监测程序的开发流程，该应用程序基于MVC设计原理，包括界面设计、Socket通信模块设计、SQLite数据库模块设计以及历史曲线图的设计，最终完成整个应用程序的设计。第五章，结论。对本文的工作进行总结并提出了后续的开发方案和设计。西安科技大学硕士学位论文 8 2 桥梁监测系统方案 桥梁监测系
39、统主要是通过对桥梁状态的监测从而评估出桥梁的运营状况，进而对结构损伤的桥梁作出预警，使桥梁得到及时的修复和加固，确保桥梁长期安全稳定的运营。桥梁监测系统由前端传感器获得桥梁的现行状态参数，然后该数据汇集到中继器并被转发到移动终端，移动终端接收桥梁监测数据后，通过对其接收到的桥梁监测数据进行分析，从而对桥梁现阶段的运营情况作出评估和预警，包括对桥梁结构的损伤位置和损伤程度进行诊断，对桥梁的服役情况、可靠性、耐久性和承载能力进行评估，使得桥梁在遇到特殊环境并对桥梁运营状况有严重异常影响时，提前触发预警信号，让桥梁得到及时的巩固和修复，为桥梁的维修和养护提供科学的依据和指导。同时，对桥梁结构的监测有
40、助于改进设计方案，确保桥梁的长期运营安全，最终延长桥梁的使用寿命。2.1 桥梁监测系统方案 桥梁监测系统是通过一系列监测方法对桥梁结构安全状况作出判定，通过分析桥梁的监测数据对桥梁的结构损伤位置和程度进行判断，对桥梁的运行状况、可靠性、耐久性和承载能力进行智能评估，确保桥梁的长期安全运营。传统桥梁监测系统中，要对桥梁运行状态的监测需要首先判断出桥梁的大概损伤位置然后进行监测，而且有些细微损伤不宜判断和监测，很难对桥梁的整体健康运行状态作出判断。这种监测方法对监测人员要求很高，需要有丰富的专业知识背景和大量经验，且监测设备十分昂贵，监测成本异常巨大。所以传统桥梁监测系统中，在监测结果不准确的情况
41、下，会对国家的人力物力造成巨大浪费，并且会产生安全事故隐患。本文所提出的桥梁监测系统方案对传统的桥梁监测系统进行改进，本方案中采用合理的结构监测措施和有效的精度设置，运用现代化传感技术提取反映桥梁结构状态和环境因素的各种数据，并通过现代化通信技术进行快速传输，通过对数据的分析和处理实时监测桥梁的运行状态5本方案所提出的桥梁监测系统由前端传感器、中继器和移动终端三部分组成。前端传感器固定于桥梁应力和振动控制截面处，每隔一段时间，传感器就测量一次桥梁形变的应变电压，该值经处理器换算后得到相应的应变参数。并通过Wi-Fi传输给中继模块进行二次处理并存储。当监测人员靠近桥梁开启手持终端的接收数据功能后
42、，中继器与手持终端通过Wi-Fi网络进行Socket模块通信，中继器将采集的桥梁监测数据进行传输，手持终端接收数据后存储在SQLite数据库中并进行分析。在此基础上，本方案通过对监测数据进行科学处理，寻求与桥梁结构变化相联系的新型识别方法对结构损伤进行识别和定位，最终对桥梁结构的安全状态和结构的可靠性进行科学评估。6。系统框架如图 2.1 所示：2 桥梁监测系统方案 9 图2.1 系统框图 2.2 桥梁监测系统组成 本文提出的桥梁监测系统主要包括三个组成部分：前端传感器、中继器和移动终端。2.2.1 前端传感器 传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件，由两部分组成：直接感知
43、被测量信号的敏感元件部分和初始处理信号的电路部分。传感器是一种监测装置，能感受到被测量的信息，并能将监测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。传感器是实现工业领域自动监测和自动控制的首要环节。传感器是整个系统的关键之一，传感器必须能够给出高质量的结构反应数据，这是获得桥梁真实健康状况的前提，因此选择恰当的传感器类型就显得非常重要。反映桥梁运行状况的参数有许多，目前桥梁监测研究中的主要参数、采用的传感器种类以及相关数据的处理方法如表 2.1 所示：表表2.1 桥梁监测中主要参数、传感器及数据处理方法桥梁监测中主要参数
44、、传感器及数据处理方法 常用参数 传感器 数据处理方法 位移 位移计、倾角仪 影响线 应变 应变片、电阻应变仪 影响线 加速度 伺服加速度计、压电加速度计 模态参数 速度 速度计 模态参数 温度 温度计 影响线 西安科技大学硕士学位论文 10 表 2.1 列出的是目前桥梁监测项目上普遍采用的传感器类型。随着计算机技术的迅猛发展，打破了传统人工监测的局限。近几年来随着材料科学和监测技术的发展，一些新的传感器和新的监测手段不断出现，这些传感器具有体积小、安装方便、不怕电磁干扰、反应灵敏等优点。目前，市场上传感器种类繁多，按照用途可分类为：压敏和力敏传感器，位置传感器，液面传感器，速度传感器，热敏传
45、感器，射线辐射传感器，振动传感器，湿敏传感器，磁敏传感器，气敏传感器，真空度传感器，生物传感器等。选择好了适当的传感器后，接下来还应当考虑传感器的安装时间和安装位置。有些传感器只能在施工期间安放，有些则需要在施工后安放，无论哪种方式都应该保证安装时传感器不受损。另外，而传感器的类型，位置和数量对试验结果起决定作用。由于客观因素的制约，传感器的数量总是有限的，如何安排有限数量的传感器，去除噪声信号，提取结构状态变化信息的最优采集，依靠总体结构分析模型来优化选择传感器的最佳安装位置。该桥梁监测系统的前端采集模块主要设备包括前端传感器、微控制器和ZigBee无线传输模块，另外还有SDRAM，Flas
46、h存储器和电源等。本系统中传感器选用华东仪器厂YD-28 型动态电阻应变仪，微控制器选用德州仪器(Texas Instruments,TI)的MSP430F147低功耗单片机，ZigBee模块选用Helicomm公司的IP-Link1221-2163 型ZigBee无线通信模块72.2.2 中继器。中继器的硬件设备主要包括ARM9处理器、存储器、ZigBee无线传输模块和Wi-Fi模块，另外还有SDRAM，Flash存储器和电源等。其中，ZigBee传输模块、SDRAM、Flash存储器和电源与前端传感单元相同。ARM9处理器选用Samsung公司的S3C2440，Wi-Fi模块选用的是54M
47、 802.11b/g嵌入式WiFi模块。S3C2440是Samsung公司推出的16/32位16/32位RISC体系结构的工业级处理器，采用ARM920T的内核，0.13um工艺的CMOS标准宏单元和存储编译器以及新的总线架构AMBA。低功耗和丰富接口的特点使S3C2440特别适合对成本和功率敏感型的应用。VNT6656G6A40是专门为实现嵌入式系统的无线局域网通信应用而设计的一款USB接口的Wi-Fi模块。使用该模块能够使用户通过嵌入式硬件的USB host接口高效快捷的扩展出无线局域网的通信功能。该模块的局域网通信功能是由VIA的 vt6656 MAC/BB部件实现，收发功能由Aroha
48、实现，模块还内置高增益放大器，完全实现了IEEE802.11b/g标准，最高通信速率可达54Mbps。中继器的ZigBee模块主要负责与前端传感单元通信，接收的数据通过串口传送至处理器，S3C2440处理器接收到前端采集到的数据信息后，再将数据按一定格式打包并通过Wi-Fi模块发送给移动终端。中继器的硬件框图如图2.2所示：2 桥梁监测系统方案 11 ARM9S3C2440Wi-Fi模块电源时钟电路存储器ZigBee模块U口串口 图2.2 中继器硬件系统框图 2.2.3 移动终端 移动终端为具有 Android 操作系统的移动终端。其硬件设备主要包括 S3C6410 处理器、FLASH、SDR
49、AM、Wi-Fi 模块、LCD 液晶显示器和电源。其中 Wi-Fi 传输模块、SDRAM、Flash 存储器和电源与中继器相同。ARM11 处理器选用 Samsung 公司最新推出的一款处理器 S3C6410，采用 ARM1176JZF-S 内核，包含 16KB 的指令数据 Cache 和16KB 的指令数据 TCM，支持 Wince、Linux 和 Android 操作系统，S3C6410 提供了丰富的内置部件，有很多强大的硬件加速器，包括运动视频处理、音频处理、3D 加速、显示处理和缩放，具有较强的数据处理能力，为移动终端处理数据量较大数据业务提供良好的解决方案。该移动终端主要负责与中继器
50、进行通信，完成桥梁数据的接收。S3C6410 处理器接收到中继传送的数据信息后，将数据信息显示在触摸屏上并进行本地保存，供后期分析使用。移动终端模块的应用软件需要实现五大功能：数据采集、数据查询、历史曲线图和预警。移动终端首先发送唤醒请求与中继器建立无线通信链路，中继器收到请求后，启动SQLite模块进行发送数据，移动终端接收到桥梁数据后将其显示在用户界面上，并对其进行本地存储82.3 关键技术，通过处理分析数据，对桥梁运营状态做出判断，并显示在用户界面上。本课题所研究的桥梁监测系统相比传统监测系统最大的改进为：前端智能传感单元和现代通信技术的引用。前端智能传感单元比传统传感器更能够准确定位损