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鸟巢和水立方采用LabVIEW 和CompactRIO 平台搭建结构监测系统

在前面的文章中,我们了解了NI监测系统在港珠澳大桥和东海大桥中的应用,今天小编再带大家看下NI及其合作伙伴CGM工程公司如何攻克鸟巢和水立方的健康监测难题。

北京国家体育场作为2008年北京奥运会的主体育场,可容纳8万名观众。整个体育场结构部件相互支撑,形成网络状构架,外观酷似树枝织成的鸟巢,“鸟巢”体育场故因此得名 。而另一奥运水上比赛项目举办地——中国国家水上运动中心,其设计理念源于自然状态下肥皂泡沫的形状,称为“水立方”。

由于两个场馆体积巨大,如何监测它们的建筑安全、以及确保运动员和观众的安全受到了中国政府的重视。与其它新近建造的大型建筑一样,中国地震局需要选择尖端的建筑健康监测系统在场馆内监测。该系统必须监测任何可能影响建筑物的波动——从自然地质的震动到在场观众造成的震动,以确保安全。

经过仔细评估,CGM工程公司(美国国家仪器有限公司合作伙伴之一)的SeismoCast 建筑监测方案被甄选为上述建筑物的监测管理系统。此方案提供简单即用的安装、多种I/O 选择,工程师可快速简便地重新配置系统以满足系统的变化要求,同时其高性能及低单位成本等优势使得SeismoCast 最终获选成为鸟巢和水立方的守护者。

通过NI LabVIEW软件和CompactRIO硬件平台进行系统的设计、原型、发布,CGM在不到一年的时间里就完成了两套系统的开发以满足中国政府的特定需求。

- Chris McDonald, CGM Engineering, Inc.

鸟巢采用了9 套64 通道的CompactRIO 系统,水立方则是2 套36 通道的系统,每套系统分别与嵌入式单板电脑相连并安置在坚固的NEMA 4 机箱中,各个机箱再以客户端- 服务器的构架与主服务器连接后分布在各结构关键点进行监测与预警。

系统的主要任务在于测量结构振动和加速度,因此保证各通道之间的同步是非常重要的,这使得研究人员可以同步监测多个位置的振动,从而更好地理解和描述整个建筑结构所受的影响。传统基于线缆的同步方法限制每个系统间最多相隔100 米,考虑到鸟巢和水立方的场地规模,至少需要分布上百套这样的系统,因而基于线缆的方案并不适用于这种场地。为此,SeismoCast采用了全球定位系统(GPS)来构建同步解决方案。

使用GPS卫星的精确时钟,SeismoCast建筑监测方案不受距离限制,而且能够达到+/- 10 微秒内的同步精度,符合系统的同步需求。CompactRIO系统将采集得到的大量数据和分析结果传送到同机箱的嵌入式单板电脑并临时储存,借助LabVIEW对于分布在不同地点数据的管理能力将数据通过以太网发送到主服务器,以进行进一步的分析。此外,系统允许研究人员通过客户端软件远程连接并实时监测建筑物的健康状况。

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