RU2434300C1 - Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений - Google Patents
Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434300C1 RU2434300C1 RU2010124043/08A RU2010124043A RU2434300C1 RU 2434300 C1 RU2434300 C1 RU 2434300C1 RU 2010124043/08 A RU2010124043/08 A RU 2010124043/08A RU 2010124043 A RU2010124043 A RU 2010124043A RU 2434300 C1 RU2434300 C1 RU 2434300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensors
- nodes
- state
- monitoring
- transceiver
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims description 5
- 239000013589 supplement Substances 0.000 claims 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 230000003137 locomotive effect Effects 0.000 description 2
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 2
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 2
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга состояния конструкции искусственного сооружения в процессе его эксплуатации. Техническим результатом является повышение надежности и точности работы системы мониторинга, основанной на беспроводных сенсорных узлах с интегрированными в них тензометрическими и акселерометрическими датчиками. Способ заключается в преобразовании полученной с датчиков информации, ее передаче на блок анализа состояния конструкции, создании и передаче метамоделей данных на каждый из удаленных узлов системы мониторинга. Результаты опроса датчиков наглядно визуализируются на виртуальной модели искусственного сооружения на экране управляющего компьютера. Устройство содержит систему датчиков, локально расположенных на объекте и связанных с микроконтроллером, приемопередатчик сенсорного узла, связанный с микроконтроллером и обменивающийся информацией через радиоканал с приемопередатчиком координатора сети, аккумулятор, генератор, способный преобразовывать энергию среды в электрическую и связанный с аккумулятором, базу данных, блок анализа состояния конструкции, связанный с базой данных и управляющим компьютером. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для мониторинга состояния конструкции искусственного сооружения в процессе его эксплуатации, в частности может применяться в системах мониторинга искусственных сооружений железнодорожного транспорта.
Известен способ автоматизированного сбора акселерометрической информации железнодорожного моста, реализованный в системе BriMon (http://www.cs.toronto.edu/~delara/courses/csc2228//papers/brimon.pdf), характеризующийся мониторингом состояния конструкции в момент прохода по ней поезда за счет развертывания беспроводной сенсорной сети на базе акселерометров с координатором сети, расположенным на локомотиве проходящего мимо поезда.
Недостатками упомянутого способа автоматизированного сбора информации являются низкая информационная составляющая и большие объемы акселерометрических данных, передаваемых с удаленных узлов в координатор сети, приводящие к значительному расходу энергии передатчиком, а также сниженная надежность системы за счет использования подвижного приемопередающего модуля, расположенного на локомотиве поезда.
Известен способ контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения (патент РФ №2327105, МПК G01M 7/00), согласно которому проводят опрос тензометрических датчиков, интегрированных в беспроводные узлы и установленных в критичных точках конструкции, оцифровывают снятые с датчиков данные и передают их на координатор сети, где информацию регистрируют и сравнивают с эталонными значениями, полученными при испытаниях конструкции и по отклонению судят об изменениях. Способ позволяет осуществлять постоянный контроль за состоянием сооружения или конструкции.
Недостатки его выражаются в том, что способ учитывает только тензометрические данные о конструкции, эталонные фиксированные величины, с которыми сравниваются текущие показания датчиков и которые могут быть записаны в узел только заранее без возможности перезаписи, вычисленные отклонения характеризуют сложившуюся в конструкции ситуацию только косвенно ввиду того, что в память удаленных узлов занесено только нормальное (эталонное) состояние конструкции в локальной точке и способ предусматривает питание датчиков по проводной контактной сети или аккумуляторов ограниченной емкости.
Известна также беспроводная система сбора информации от интегрированных датчиков, содержащая размещаемые на контролируемом объекте сенсорные узлы и координатор, связанный с управляющим компьютером (патент РФ №61447, G08C 17/00). Она и принята за прототип.
Недостатком этого устройства является то, что предложенная система не способна обеспечить непрерывную работу в автономном режиме из-за ограниченности энергетических ресурсов источников питания узлов и использования протокола передачи, аналогичного по принципу работы протоколу беспроводных сетей IEEE 802.11, что повышает энергопотребление устройства.
Задачей заявляемого изобретения является создание системы мониторинга, основанной на беспроводных сенсорных узлах с интегрированными в них тензометрическими и акселерометрическими датчиками, способных немедленно включаться и работать в автономном режиме при возникновении нагрузки в широком температурном диапазоне и на большом удалении от центра мониторинга для предотвращения разрушения конструкции искусственного сооружения за счет отслеживания его состояния, распознавания аварийных ситуаций на начальном этапе их возникновения, прогнозирования состояния конструкции, своевременного реагирования, а также обеспечение надежной работы такой системы за счет снижения объемов и повышения информационной составляющей данных, передаваемых с удаленных беспроводных узлов в координатор сети и возможности подзарядки аккумулятора с использованием энергии окружающей среды.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе контроля и управления состоянием искусственных сооружений, включающем опрос датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнение полученной величины с заданным значением и передачу разницы в координатор сети, где осуществляют регистрацию полученной информации, формируют условное изображение контролируемого объекта, повторяющее его конструкцию, размещают на нем в местах, соответствующих реальному расположению датчиков, метки-индикаторы, выводят упомянутое изображение с метками-индикаторами на экран управляющего компьютера, обеспечивая постоянную связь меток-индикаторов с датчиками, а результаты опроса датчиков отражают в реальном времени на условном изображении объекта, по которому судят об исправности датчиков и состоянии конструкции, согласно заявляемому изобретению осуществляют непрерывный мониторинг, для чего используют систему датчиков, интегрированных в узлы, каждый из которых содержит конкретную метамодель, представляющую собой набор кластеров, характеризующихся присущими им ограничениями признакового пространства, при этом каждый кластер соответствует определенной ситуации на контролируемом объекте, результат опроса конкретного узла сравнивают с данными его метамодели и определяют, к какому из кластеров относится сложившаяся ситуация, а в координатор сети передают информацию об определенном кластере и относительном положении сложившейся ситуации в признаковом пространстве и по результатам сопоставления изменений положения ситуаций прогнозируют выход параметров конструкции за допустимые пределы, причем при возникновении ситуаций, не относящихся ни к одному из существующих кластеров, дополняют метамодели узлов новыми кластерами, характеризующими новые ситуации, перезаписывая их по радиоканалу в узлы, а непрерывность мониторинга обеспечивают подзарядкой питающих аккумуляторов узлов за счет энергии среды.
Поставленная задача решена также за счет того, что устройство контроля и управления состоянием искусственных сооружений, содержащее связанные посредством радиоканала сенсорные узлы, размещенные в местах диагностирования, каждый из которых состоит из интегрированных датчиков, источника питания, приемопередатчика и контроллера, выполненного с возможностью обработки данных, полученных от датчиков, координатора с подключенным к нему через интерфейс управляющим компьютером, программное обеспечение которого выполнено с возможностью передачи данных от узлов системы, находящихся вне прямой зоны радиовидимости, дополнительно содержит входящие в координатор базу данных, связанную с приемопередатчиком и накапливающую информацию об объекте за продолжительный период времени, и блок анализа состояния конструкции, связанный с базой данных и управляющим компьютером и выполненный с возможностью прогнозирования состояния конструкции искусственного сооружения, при этом источник питания каждого из узлов выполнен с возможностью подзарядки за счет энергии среды.
Такая реализация способа и устройства позволяет получить наглядную и оперативную картину состояния контролируемого объекта, поскольку в способе контроля состояния конструкции искусственного сооружения, включающем опрос датчиков, установленных в критичных местах диагностирования конструкции, преобразование полученных с датчиков данных и передачу этой информации в координатор, сравниваются полученная после предобработки информация датчиков с данными метамодели сенсорного узла, содержащей информацию о различных состояниях конструкции и ранее созданная в блоке анализа состояния конструкции при помощи эксперта на основании базы данных. Запись метамодели в удаленный узел осуществляется по радиоканалу оператором через управляющий компьютер. В координатор сети передается лишь вывод о состоянии конструкции в точке размещения сенсорного узла, представляющий собой порядковый номер ситуации, происходящей на объекте, и отклонение от ее эталонного значения. Информационная составляющая вывода о локальном состоянии значительно выше, а объем передаваемых данных ниже, чем необработанные данные датчиков.
Созданная метамодель представляет собой набор кластеров, каждый из которых характеризуется набором присущих ему ограничений признакового пространства данных, а также соответствует определенному типу состояния конструкции, среди которых присутствуют нормальная и некоторые типы аварийных ситуаций. Вывод о состоянии конструкции в локальной точке представляет собой номер кластера и величину отклонения от него в метапространстве данных. В сенсорном узле предусмотрена возможность удаленной перезаписи метамодели в тех случаях, если старая потеряла свою актуальность либо появились новые кластеры типов ситуаций. Работа эксперта при создании метамодели заключается в том, чтобы связать найденные блоком анализа состояния конструкции новые кластеры с реальными ситуациями, происходящими на искусственном сооружении. Наблюдение за динамикой развития процесса старения (изнашивания) конструкций в метапространстве дает возможность применить автоматические алгоритмы прогнозирования состояния конструкции.
Предлагаемое устройство содержит систему датчиков, локально расположенных на объекте и связанных с микроконтроллером через интерфейс, приемопередатчик сенсорного узла, связанный с микроконтроллером и обменивающийся информацией через радиоканал с приемопередатчиком координатора сети, аккумулятор, генератор, способный преобразовывать энергию среды в электрическую и связанный с аккумулятором, базу данных, блок анализа состояния конструкции, связанный с базой данных и управляющим компьютером. При этом программное обеспечение микроконтроллера выполнено с возможностью предварительной обработки поступающих с датчиков данных, сравнения полученной информации с данными метамодели сенсорного узла и вычисления вывода о состоянии конструкции в локальной точке размещения системы датчиков сенсорного узла. Также управляющий компьютер выполнен с возможностью записи в удаленный узел по радиоканалу индивидуальной метамодели, которая создается блоком анализа состояния конструкции на основании базы данных.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства, реализующего способ.
Устройство контроля и управления состоянием искусственных сооружений содержит систему датчиков 1, связанных с микроконтроллером 2 через интерфейс, приемопередатчик сенсорного узла 3, связанный с микроконтроллером 2 и приемопередатчиком координатора сети 6, аккумулятор 4, питающий энергией блоки 1, 2 и 3, генератор 5, связанный с аккумулятором 4, базу данных 7, блок анализа состояния конструкции 8, связанный с блоками 6, 7 и управляющим компьютером 9.
Все блоки устройства реализованы на базе известных выпускаемых элементов.
Устройство работает следующим образом.
Датчики устанавливают в местах диагностирования состояния искусственного сооружения, выявленных на основе опыта эксперта, имитационным и (или) аналитическим моделированием, как точки, предрасположенные к первоочередному разрушению. Интегрированные в узлы датчики 1, расположенные на искусственном сооружении, начинают непрерывно измерять параметры конструкции в локальных точках. Цифровые данные, поступающие с датчиков, обрабатываются и агрегируются на основании метамодели посредством программно-аппаратного обеспечения микроконтроллера 2, который передает вывод о состоянии конструкции в локальной точке на приемопередатчик сенсорного узла 3, обменивающийся информацией через радиопротокол, аналогичный IEEE 802.15.4, с приемопередатчиком координатора сети 6. Питание системы датчиков 1, микроконтроллера 2 и приемопередатчика 3 сенсорного узла осуществляется от аккумуляторной батареи 4. Генератор 5 (необязательный элемент), интегрированный в состав сенсорного узла, преобразует энергию среды в электрическую, что позволяет производить подзарядку аккумулятора 4 в режиме работы устройства. В частности, могут использоваться солнечные батареи, пьезогенераторы, емкостные и индуктивные генераторы.
Приемопередатчики сенсорных узлов 3 передают вычисленные выводы на координатор сети, где приемопередатчик координатора 6 транслирует ее в базу данных 7. Накопленная таким образом информация обрабатывается блоком анализа состояния конструкции 8, производится оценка ее текущего состояния, и осуществляется прогнозирование состояния искусственного сооружения. Обработанная информация передается на управляющий компьютер 9.
Блок анализа состояния конструкции 8 способен в автоматическом режиме сигнализировать оператору о произошедшей аномалии, в случае чего к работе подключают эксперта, который маркирует аномалию соответствующим типом ситуации, произошедшей на искусственном сооружении, и создает новую группу метамоделей, которые затем удаленно записываются на сенсорные узлы.
Результаты контроля могут быть использованы для текущей оценки технического состояния сооружения, причем дистанционно, и служить основанием для решения специальных вопросов, возникающих в процессе эксплуатации, в том числе для разработки проектов ремонта и других.
1 - система датчиков
2 - микроконтроллер
3 - приемопередатчик сенсорного узла
4 - аккумулятор
5 - генератор
6 - приемопередатчик координатора сети
7 - база данных
8 - блок анализа состояния конструкции
9 - управляющий компьютер
Claims (2)
1. Способ контроля и управления состоянием искусственных сооружений, включающий опрос датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, сравнение полученной величины с заданным значением и передачу разницы в координатор сети, где осуществляют регистрацию полученной информации, формируют условное изображение контролируемого объекта, повторяющее его конструкцию, размещают на нем в местах, соответствующих реальному расположению датчиков, метки-индикаторы, выводят упомянутое изображение с метками-индикаторами на экран управляющего компьютера, обеспечивая постоянную связь меток-индикаторов с датчиками, а результаты опроса датчиков отражают в реальном времени на условном изображении объекта, по которому судят об исправности датчиков и состоянии конструкции, отличающийся тем, что осуществляют непрерывный мониторинг, для чего используют систему датчиков, интегрированных в узлы, каждый из которых содержит конкретную метамодель, представляющую собой набор кластеров, характеризующихся присущими им ограничениями признакового пространства, при этом каждый кластер соответствует определенной ситуации на контролируемом объекте, результат опроса конкретного узла сравнивают с данными его метамодели и определяют, к какому из кластеров относится сложившаяся ситуация, а в координатор сети передают информацию об определенном кластере и относительном положении сложившейся ситуации в признаковом пространстве и по результатам сопоставления изменений положения ситуаций прогнозируют выход параметров конструкции за допустимые пределы, при возникновении ситуаций, не относящихся ни к одному из существующих кластеров, дополняют метамодели узлов новыми кластерами, характеризующими новые ситуации, перезаписывая их по радиоканалу в узлы.
2. Устройство контроля и управления состоянием искусственных сооружений, содержащее связанные посредством радиоканала сенсорные узлы, размещенные в местах диагностирования, каждый из которых состоит из интегрированных датчиков, источника питания, приемопередатчика и контроллера, выполненного с возможностью обработки данных, полученных от датчиков, и координатора с подключенным к нему через интерфейс управляющим компьютером, программное обеспечение которого выполнено с возможностью передачи данных от узлов системы, находящихся вне прямой зоны радиовидимости, отличающееся тем, что содержит входящие в координатор базу данных, связанную с приемопередатчиком и накапливающую информацию об объекте, и блок анализа состояния конструкции, выполненный с возможностью прогнозирования состояния конструкции искусственного сооружения и связанный с базой данных и управляющим компьютером, а каждый из узлов содержит метамодель, представляющую собой набор кластеров, характеризующихся присущими им ограничениями признакового пространства с возможностью пополнения, при этом источник питания каждого из узлов выполнен с возможностью подзарядки за счет энергии среды.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124043/08A RU2434300C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010124043/08A RU2434300C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2434300C1 true RU2434300C1 (ru) | 2011-11-20 |
Family
ID=45316792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010124043/08A RU2434300C1 (ru) | 2010-06-11 | 2010-06-11 | Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2434300C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619822C1 (ru) * | 2016-02-05 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения |
| RU2645903C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2018-02-28 | Публичное акционерное общество "Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро" | Способ контроля напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов массивных бетонных сооружений при длительной эксплуатации |
| RU2697916C1 (ru) * | 2018-09-14 | 2019-08-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения |
| RU2698419C1 (ru) * | 2018-05-30 | 2019-08-26 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Система для мониторинга искусственных сооружений высокоскоростной магистрали |
| RU2744414C2 (ru) * | 2019-08-26 | 2021-03-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Способ мониторинга объектов инфраструктуры железнодорожной станции |
-
2010
- 2010-06-11 RU RU2010124043/08A patent/RU2434300C1/ru active IP Right Revival
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2619822C1 (ru) * | 2016-02-05 | 2017-05-18 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения |
| RU2645903C1 (ru) * | 2016-11-08 | 2018-02-28 | Публичное акционерное общество "Федеральная гидрогенерирующая компания - РусГидро" | Способ контроля напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов массивных бетонных сооружений при длительной эксплуатации |
| RU2698419C1 (ru) * | 2018-05-30 | 2019-08-26 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Система для мониторинга искусственных сооружений высокоскоростной магистрали |
| RU2697916C1 (ru) * | 2018-09-14 | 2019-08-21 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Полюс" им. М.Ф. Стельмаха" | Способ контроля состояния конструкции инженерно-строительного сооружения |
| RU2744414C2 (ru) * | 2019-08-26 | 2021-03-09 | Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" | Способ мониторинга объектов инфраструктуры железнодорожной станции |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2434300C1 (ru) | Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений | |
| CN106593534A (zh) | 一种智能隧道施工安全监控系统 | |
| CN102930692B (zh) | 一种路桥隧安全综合检测监控预警装置的安装和使用方法 | |
| CN201508484U (zh) | 一种桥梁智能监测系统 | |
| JP2017107416A (ja) | センサノード、コントローラノード、センサネットワークシステム、およびその動作方法 | |
| CN102044127A (zh) | 一种基于远程专家服务预警服务管理系统 | |
| Rolfes et al. | Integral SHM-system for offshore wind turbines using smart wireless sensors | |
| CN104973479B (zh) | 一种施工立井吊桶运动状态监测系统及方法 | |
| KR20190071426A (ko) | 태양광발전원의 전력패턴분석·신재생에너지 시각화기능을 갖는 스마트 에너지관리장치 | |
| CN102826452A (zh) | 起重机载荷谱数据获取系统、方法以及疲劳寿命评估系统 | |
| CN206039247U (zh) | 一种桥梁结构健康监测系统 | |
| CN109141528A (zh) | 一种城市轨道交通土建设施智能实时监控系统 | |
| JP6495509B2 (ja) | 遠隔状態監視システム及び監視方法 | |
| CN202848789U (zh) | 一种电梯运行状态监测与报警装置 | |
| JP2020088703A (ja) | 監視システム | |
| JP2006170861A (ja) | 地震時橋梁被災度判定システムおよび被災度診断ユニット | |
| CN108230624A (zh) | 基于cc2530的山体滑坡监测系统 | |
| RU98290U1 (ru) | Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения | |
| CN114092051A (zh) | 一种工程施工全流程实时监控管理系统 | |
| CN113542358A (zh) | 一种监测系统以及监测方法 | |
| CN102521475A (zh) | 一种运动设备的运动轨迹描绘方法 | |
| RU2450346C1 (ru) | Система мониторинга потенциально опасных объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта | |
| CN110809201A (zh) | 建设工程健康监护管理芯片及系统 | |
| CN118907186B (zh) | 一种基于数字孪生的智能无砟轨道节点监测方法及系统 | |
| CN110686726A (zh) | 一种用于装配式梁桥的可移动式快速化监测系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130612 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20160620 |