看NI與CGM工程如何攻克鳥(niǎo)巢和水立方的健康監(jiān)測(cè)難題

在前面的文章中，我們了解了NI監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在港珠澳大橋港珠澳大橋“私人醫(yī)生”已上線和東海大橋NI 全天候?yàn)闁|海大橋健康監(jiān)測(cè)把脈中的應(yīng)用，今天小編再帶大家看下NI及其合作伙伴CGM工程公司如何攻克鳥(niǎo)巢和水立方的健康監(jiān)測(cè)難題。

鳥(niǎo)巢和水立方需要什么樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

北京國(guó)家體育場(chǎng)作為2008年北京奧運(yùn)會(huì)的主體育場(chǎng)，可容納8萬(wàn)名觀眾。整個(gè)體育場(chǎng)結(jié)構(gòu)部件相互支撐，形成網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架，外觀酷似樹(shù)枝織成的鳥(niǎo)巢，“鳥(niǎo)巢”體育場(chǎng)故因此得名 。而另一奧運(yùn)水上比賽項(xiàng)目舉辦地——中國(guó)國(guó)家水上運(yùn)動(dòng)中心，其設(shè)計(jì)理念源于自然狀態(tài)下肥皂泡沫的形狀，稱為“水立方”。

由于兩個(gè)場(chǎng)館體積巨大，如何監(jiān)測(cè)它們的建筑安全、以及確保運(yùn)動(dòng)員和觀眾的安全受到了中國(guó)政府的重視。與其它新近建造的大型建筑一樣，中國(guó)地震局需要選擇尖端的建筑健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在場(chǎng)館內(nèi)監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)必須監(jiān)測(cè)任何可能影響建筑物的波動(dòng)——從自然地質(zhì)的震動(dòng)到在場(chǎng)觀眾造成的震動(dòng)，以確保安全。

高穩(wěn)定性高精度至上，SeismoCast 方案為鳥(niǎo)巢和水立方提供全方位守護(hù)

經(jīng)過(guò)仔細(xì)評(píng)估，CGM工程公司（美國(guó)國(guó)家儀器有限公司合作伙伴之一）的SeismoCast 建筑監(jiān)測(cè)方案被甄選為上述建筑物的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。此方案提供簡(jiǎn)單即用的安裝、多種I/O 選擇，工程師可快速簡(jiǎn)便地重新配置系統(tǒng)以滿足系統(tǒng)的變化要求，同時(shí)其高性能及低單位成本等優(yōu)勢(shì)使得SeismoCast 最終獲選成為鳥(niǎo)巢和水立方的守護(hù)者。

通過(guò)NI LabVIEW軟件和CompactRIO硬件平臺(tái)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、原型、發(fā)布，CGM在不到一年的時(shí)間里就完成了兩套系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)以滿足中國(guó)政府的特定需求。

“"采用LabVIEW 和CompactRIO 作為計(jì)算平臺(tái)，我們開(kāi)發(fā)的這個(gè)嵌入式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有無(wú)可匹敵的精度，價(jià)格和靈活性。"

- Chris McDonald, CGM Engineering, Inc.

”

鳥(niǎo)巢采用了9 套64 通道的CompactRIO 系統(tǒng)，水立方則是2 套36 通道的系統(tǒng)，每套系統(tǒng)分別與嵌入式單板電腦相連并安置在堅(jiān)固的NEMA 4 機(jī)箱中，各個(gè)機(jī)箱再以客戶端- 服務(wù)器的構(gòu)架與主服務(wù)器連接后分布在各結(jié)構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

系統(tǒng)的主要任務(wù)在于測(cè)量結(jié)構(gòu)振動(dòng)和加速度，因此保證各通道之間的同步是非常重要的，這使得研究人員可以同步監(jiān)測(cè)多個(gè)位置的振動(dòng)，從而更好地理解和描述整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)所受的影響。傳統(tǒng)基于線纜的同步方法限制每個(gè)系統(tǒng)間最多相隔100 米，考慮到鳥(niǎo)巢和水立方的場(chǎng)地規(guī)模，至少需要分布上百套這樣的系統(tǒng)，因而基于線纜的方案并不適用于這種場(chǎng)地。為此，SeismoCast采用了全球定位系統(tǒng)（GPS）來(lái)構(gòu)建同步解決方案。

使用GPS衛(wèi)星的精確時(shí)鐘，SeismoCast建筑監(jiān)測(cè)方案不受距離限制，而且能夠達(dá)到+/- 10 微秒內(nèi)的同步精度，符合系統(tǒng)的同步需求。CompactRIO系統(tǒng)將采集得到的大量數(shù)據(jù)和分析結(jié)果傳送到同機(jī)箱的嵌入式單板電腦并臨時(shí)儲(chǔ)存，借助LabVIEW對(duì)于分布在不同地點(diǎn)數(shù)據(jù)的管理能力將數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)送到主服務(wù)器，以進(jìn)行進(jìn)一步的分析。此外，系統(tǒng)允許研究人員通過(guò)客戶端軟件遠(yuǎn)程連接并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)建筑物的健康狀況。