RU98290U1 - Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения - Google Patents
Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения Download PDFInfo
- Publication number
- RU98290U1 RU98290U1 RU2010125406/08U RU2010125406U RU98290U1 RU 98290 U1 RU98290 U1 RU 98290U1 RU 2010125406/08 U RU2010125406/08 U RU 2010125406/08U RU 2010125406 U RU2010125406 U RU 2010125406U RU 98290 U1 RU98290 U1 RU 98290U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nodes
- state
- transceiver
- sensors
- control computer
- Prior art date
Links
Landscapes
- Selective Calling Equipment (AREA)
Abstract
Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения, содержащая 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, отличающаяся 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.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для мониторинга состояния конструкции искусственного сооружения в процессе его эксплуатации, в частности может применяться в системах мониторинга искусственных сооружений железнодорожного транспорта.
Известна система BriMon (http://www.cs.toronto.edu/~delara/courses/csc2228//papers/brimon.pdf), характеризующаяся 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 указанной системы мониторинга являются низкая информационная составляющая и большие объемы акселерометрических данных, передаваемых с удаленных узлов в координатор сети, приводящие к значительному расходу энергии передатчиком, а также низкая надежность системы за счет использования подвижного приемопередающего модуля, расположенного на локомотиве поезда.
Известна система для контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения (патент РФ№2327105, МПК G01M 7/00), содержащая пункт контроля в виде компьютера, датчики, размещенные в критичных местах и средства связи блока предварительной обработки сигналов с упомянутым компьютером. Система позволяет осуществлять постоянный контроль за состоянием сооружения или конструкции.
Недостатки ее выражаются в том, что система позволяет учитывать 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, а 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, а также в том, что в этой системе предусматривается питание датчиков по проводной контактной сети или от аккумуляторов ограниченной емкости.
Известна 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 такая 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 заявляемой полезной модели 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 и прогнозирования состояния конструкции, 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 решена за счет того, что беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения, содержащая 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 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.
Предлагаемая беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения позволяет получить наглядную и оперативную картину состояния контролируемого объекта, поскольку 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 решение представляет собой 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 фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой системы.
Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения 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 системы 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 (1)
- Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения, содержащая 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, отличающаяся 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 |
---|---|---|---|
RU2010125406/08U RU98290U1 (ru) | 2010-06-21 | 2010-06-21 | Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010125406/08U RU98290U1 (ru) | 2010-06-21 | 2010-06-21 | Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU98290U1 true RU98290U1 (ru) | 2010-10-10 |
Family
ID=44025162
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010125406/08U RU98290U1 (ru) | 2010-06-21 | 2010-06-21 | Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU98290U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450346C1 (ru) * | 2011-07-08 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") | Система мониторинга потенциально опасных объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта |
RU2626069C1 (ru) * | 2016-02-17 | 2017-07-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Способ контроля состояния антенно-мачтовых сооружений |
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
- 2010-06-21 RU RU2010125406/08U patent/RU98290U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450346C1 (ru) * | 2011-07-08 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте" (ОАО "НИИАС") | Система мониторинга потенциально опасных объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта |
RU2626069C1 (ru) * | 2016-02-17 | 2017-07-21 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Газпром Трансгаз Краснодар" | Способ контроля состояния антенно-мачтовых сооружений |
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 |
---|---|---|
CN110926439B (zh) | 一种基于bim技术的运营隧道结构健康监测*** | |
KR101068862B1 (ko) | 모니터링을 통한 실시간 에너지 관리 시스템 | |
CN107458418A (zh) | 自供电式列车运行状态监测*** | |
CN103112477A (zh) | 基于无线传感器网络的铁轨安全监测自动报警*** | |
RU2434300C1 (ru) | Способ и устройство для контроля и управления состоянием искусственных сооружений | |
CN103955174A (zh) | 基于建筑信息模型技术的建筑健康监测*** | |
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 | |
KR20210041724A (ko) | 전기차 충전기의 고장 예측 장치 및 방법 | |
CN102044127A (zh) | 一种基于远程专家服务预警服务管理*** | |
CN202863475U (zh) | 一种无缝线路锁定轨温监控*** | |
CN102211725A (zh) | 一种基于加速度传感器的升降机维保的控制装置及控制方法 | |
CN206039247U (zh) | 一种桥梁结构健康监测*** | |
KR20190071426A (ko) | 태양광발전원의 전력패턴분석·신재생에너지 시각화기능을 갖는 스마트 에너지관리장치 | |
CN204557180U (zh) | 基于建筑信息模型技术的建筑健康监测*** | |
CN101835178A (zh) | 一种实现远程无线监测的方法及无线监测装置 | |
KR20120114439A (ko) | 유에스엔 기반 지능형 교량 모니터링 및 안전성 평가 시스템 | |
RU98290U1 (ru) | Беспроводная система мониторинга состояния искусственного сооружения | |
CN103200226A (zh) | 一种基于无线传感的桥梁位移在线监测*** | |
JP6495509B2 (ja) | 遠隔状態監視システム及び監視方法 | |
CN108230624A (zh) | 基于cc2530的山体滑坡监测*** | |
RU2450346C1 (ru) | Система мониторинга потенциально опасных объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта | |
JP2020088703A (ja) | 監視システム | |
CN103017824A (zh) | 使用测量机器人的监测*** | |
CN204098865U (zh) | 一种智能监控石油开采设备*** | |
CN103487275B (zh) | 基于二维投射的煤矿设备状态识别和预警方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130622 |