橋梁、高層建筑等建筑物在使用過程中，在自然環(huán)境（如風(fēng)荷載、波浪、地震等）、人的活動(dòng)及設(shè)備振動(dòng)等激勵(lì)下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，這是工程界的一個(gè)老問題。近年來建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)問題也頻頻出現(xiàn)，引發(fā)社會(huì)關(guān)注。如，2021年深圳華強(qiáng)北賽格大廈因風(fēng)、地鐵運(yùn)行及溫度等多種因素耦合，出現(xiàn)劇烈晃動(dòng)；2020年鸚鵡洲長江大橋雙向橋面因特定風(fēng)況引起的上下波形晃動(dòng)，都是結(jié)構(gòu)在使用過程中受到外部荷載的影響出現(xiàn)振動(dòng)的情況。
建筑結(jié)構(gòu)存在固有頻率，當(dāng)結(jié)構(gòu)受到外部荷載影響或本身結(jié)構(gòu)受損，會(huì)導(dǎo)致其振動(dòng)頻率發(fā)生變化。當(dāng)振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)物的固有頻率相近，會(huì)發(fā)生共振。振動(dòng)輕者會(huì)影響人們正常生活、工作的舒適度，重者會(huì)影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，更嚴(yán)重者會(huì)影響結(jié)構(gòu)主體安全，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物損壞。因此，對(duì)結(jié)構(gòu)物尤其是高層建筑、橋梁、大壩等重點(diǎn)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并形成城市建筑物安全監(jiān)測(cè)網(wǎng)，即時(shí)捕捉建筑物的振動(dòng)狀態(tài)非常重要。特別是在遭受地震、工業(yè)振動(dòng)等情況后，可以為專家快速分析提供判斷依據(jù)，縮短政府決策時(shí)間和形成快速處置方案。
依托于加速度儀、地震儀等高靈敏度檢測(cè)設(shè)備組成的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（SHM），相比于傳統(tǒng)的土木結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)方法能夠捕獲更高的共振頻率，同時(shí)通過傳感器陣列能夠?qū)ㄖY(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行檢測(cè)和定位，提供高精度的實(shí)時(shí)速度擾動(dòng)結(jié)果。
結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)·監(jiān)測(cè)方案
根據(jù)結(jié)構(gòu)物情況的不同（如大壩結(jié)構(gòu)，建筑高度），在傳感器陣列布設(shè)的過程中，為解決供電和信號(hào)傳輸?shù)男枨?，需要布置大量線纜，給系統(tǒng)造價(jià)和現(xiàn)場實(shí)施帶來一定的難度。
目前普遍使用的地震儀一般都具有多種通信接口，主要包括RS-232串口、Modem、RJ-45以太網(wǎng)口等接口，可直接用RS-232電纜現(xiàn)場連接，或使用調(diào)制解調(diào)器通過一個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)連接，或通過互聯(lián)網(wǎng)訪問強(qiáng)震儀的IP地址來建立計(jì)算機(jī)與記錄儀之間的遠(yuǎn)程聯(lián)系，并應(yīng)用通信軟件在記錄儀和計(jì)算機(jī)之間傳送文件，查看記錄儀的狀態(tài)和信息、改變記錄儀參數(shù)等。在以太網(wǎng)電纜無法覆蓋的偏遠(yuǎn)地方，沒有公用通信網(wǎng)絡(luò)，使用光纖來延長傳輸距離是目前最好的選擇。
用金屬銅線作為傳輸介質(zhì)，標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通信距離只有15m，而雙絞線在以太網(wǎng)接口間的傳輸距離也只有100m，在結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中，這個(gè)距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如果采用光纖通訊方案，通信距離可以達(dá)到20km以上，但在單一結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)使用存在性能過剩，且成本較高的問題。而無線傳感技術(shù)，在實(shí)際工程中，需要更多考慮其穩(wěn)定性、時(shí)間同步、傳輸速度及實(shí)時(shí)性的問題。
IEEE 802.3cg 10BASE-T1L標(biāo)準(zhǔn)
在需要局部通信的建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)，最新的IEEE 802.3cg 10BASE-T1L規(guī)范實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)通信在遠(yuǎn)距離通信上的應(yīng)用。
該標(biāo)準(zhǔn)支持通過一對(duì)雙絞線在1,000米的距離內(nèi)進(jìn)行10Mbps全雙工通信，實(shí)現(xiàn)了利用以太網(wǎng)進(jìn)行兩線制遠(yuǎn)距離通信的可能。隨著電纜長度更長，設(shè)計(jì)人員可以擴(kuò)展工業(yè)通信的范圍，而無需增加系統(tǒng)重量或布線成本。支持的電纜長度更長，還會(huì)提高短距離電纜的壽命，在電纜老化時(shí)不會(huì)影響傳輸質(zhì)量。
IEEE 802.3cg-2019標(biāo)準(zhǔn)用于規(guī)范管理10BASE-T1L連接。這個(gè)單對(duì)以太網(wǎng)（SPE）媒介標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)10Mbps的通信速度，并支持通過長達(dá)1km的單條雙絞線提供電源和傳輸數(shù)據(jù)。
以太網(wǎng)交換機(jī)ETH-T1L模塊
基于10BASE-T1L新標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)新以太網(wǎng)交換機(jī)ETH-T1L模塊，可以連接加速度計(jì)、記錄儀和其他數(shù)據(jù)集中型設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種數(shù)據(jù)記錄儀組網(wǎng)，并提供1200米以上距離的10MBps數(shù)據(jù)傳輸及供電。
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以太網(wǎng)供電（PoE），無需單獨(dú)為 任何設(shè)備供電
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模塊間最長可達(dá)1200m 電纜
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高性價(jià)比電纜
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減少安裝時(shí)間
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無限擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)提供了覆蓋任何 距離的可能性
加速度儀/烈度計(jì)
ela用于大規(guī)模的室內(nèi)部署和室外安裝。
加速度儀（高動(dòng)態(tài)）
albris緊湊型、全功能型的數(shù)字加速度儀。
ETH-T1L模塊建構(gòu)監(jiān)測(cè)解決方案
在建筑結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中，可以利用新型的10BASE-T1L連接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速部署，從而利用安裝在結(jié)構(gòu)上的若干類型傳感器來檢測(cè)超過允許范圍的性能參數(shù)，以及識(shí)別和驗(yàn)證結(jié)構(gòu)行為。對(duì)于“盒狀”建筑結(jié)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)方向主要為X軸平移、Y軸平移和X-Y扭轉(zhuǎn)。
在監(jiān)測(cè)過程中，主要采用單軸/雙軸/三軸加速度儀，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的平移、扭轉(zhuǎn)、層間位移及響應(yīng)譜等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
高層建筑方案
由單一電源集中供電，形成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò) (LAN)。高動(dòng)態(tài)范圍的加速度儀(albris) ，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)冗余。單個(gè)GPS模塊為所有記錄儀提供納秒精度的計(jì)時(shí)。固定電話或4G路由器為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、配置，以及任何通知提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。任何其他的TCP/IP設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，也可以連接進(jìn)來，添加到現(xiàn)有的LAN中。
由單一電源集中供電，形成標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò) (LAN)，這次的分布略有不同。低動(dòng)態(tài)范圍的加速度儀(ela) ，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)冗余。在加速度儀(ela)的干接點(diǎn)繼電器上，可基于網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的表決邏輯產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。單個(gè)GPS模塊為所有記錄儀提供納秒精度的計(jì)時(shí)。固定電話或4G路由器為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、配置，以及任何通知提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。任何其他的TCP/IP設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，也可以連接進(jìn)來，添加到現(xiàn)有的LAN中。
大壩方案
一個(gè)真正的樹狀拓?fù)?，采用高?dòng)態(tài)范圍的加速度儀 (albris) ，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)冗余。單個(gè)GPS模塊為所有記錄儀提供納秒精度的計(jì)時(shí)。固定電話或4G路由器為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、配置，以及任何通知提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。任何其他的TCP/IP設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，也可以連接進(jìn)來，添加到現(xiàn)有的LAN中。
橋梁方案
一個(gè)真正的總線拓?fù)洌捎脙啥斯╇姾突旌蟿?dòng)態(tài)范圍加速度儀(albris和ela)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)冗余。在加速度儀(ela)的干接點(diǎn)繼電器上，基于網(wǎng)絡(luò)上所有設(shè)備的表決邏輯產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。單個(gè)GPS模塊為所有記錄儀提供納秒精度的計(jì)時(shí)。固定電話或4G路由器為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、配置，以及任何通知提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。任何其他的TCP/IP設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，也可以連接進(jìn)來，添加到現(xiàn)有的LAN中。
2.5km長距離拓?fù)洌捎糜兄醒牍╇姾突旌蟿?dòng)態(tài)范圍加速度儀(albris和ela)，在每個(gè)測(cè)量點(diǎn)都有完整的數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)冗余。單個(gè)GPS模塊為所有記錄儀提供納秒精度的計(jì)時(shí)。固定電話或4G路由器為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、配置，以及任何通知提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。任何其他的TCP/IP設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、打印機(jī)等，也可以連接進(jìn)來，添加到現(xiàn)有的LAN中。
GeoSMART結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)軟件
GeoSMART是一款創(chuàng)新的圖形應(yīng)用程序，它為土木工程結(jié)構(gòu)提供實(shí)時(shí)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)。具有“智能”特性的GeoSMART可以監(jiān)測(cè)和顯示結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。
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任何結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)狀態(tài)的3D顯示。
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交互式縮放、旋轉(zhuǎn)、平移、可見性和投影。
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實(shí)時(shí)交互式地圖上的多個(gè)結(jié)構(gòu)。
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實(shí)時(shí)連續(xù)的數(shù)據(jù)采集和處理。
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基于滑動(dòng)窗口的連續(xù)頻率分析：振幅、頻譜圖和反應(yīng)譜。
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平移和旋轉(zhuǎn)中的剛體運(yùn)動(dòng)。
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非儀器區(qū)域的插值。
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層間漂移比和扭轉(zhuǎn)。
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超出預(yù)定義的閾值水平或曲線。
面對(duì)日益強(qiáng)烈的安全性需求，建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的研究與實(shí)踐愈發(fā)重要。歡迎您與歐美大地一起探索結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的未來發(fā)展與應(yīng)用。
