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基于物联网和云计算的高速铁路桥梁状态监测预警系统设计秦煜;李青良;徐长春;秦光祥;赖小刚【摘要】In order to promote the reliability of the safe operation for high-speed railway bridge. The thesis is based on the theories of internet of thinys and technologies of cloud computing, monitoring and inspection of the operational status of bridge, data processing, status assessment and risk pre-warning are researched. Pre-warning system of monitoring high-speed railway bridge is designed, integrated with daily management and maintenance, monitoring and early warning as well as emergency disposal, which adopts sensing equipment to collect different information about bridge’s operation in real time for a long term. Mass data is input to data processing server through communication technology. Then, data processing server transmits the data to central server of cloud computing through internet. It is the third-party professional agencies that provide cloud computing services like data assessment and risk pre-warning, and the results of assessment and pre-warning are transmitted and displayed in the visual monitoring terminal of information data disposal platform. Fi-nally, it is bridge maintenance agency that is in charge of the repair and maintenance. This system can monitor the oper-ational status of high-speed railway bridge in real-time for a long term, provide risk pre-warning of bridge, put forward the emergency disposal scheme and eliminate the potential risk.%为提升高速铁路桥梁结构安全运营可靠度，基于物联网概念和云计算技术，研究了高速铁路桥梁运营状态监测检测、数据处理、状态评估及风险预警等理论和技术；设计了集合日常管养、监测预警、应急处置等为一体的高速铁路桥梁运营状态监测预警系统，即采用传感设备长期实时采集桥梁运营状态各项信息；使用通信技术将海量数据输入数据处理服务器。
桥梁安全与健康监测云计算数据中心介绍1、总体介绍桥梁安全与健康监测云计算数据中心(以下简称“中心”)依托“桥梁结构安全与健康湖北省重点实验室”，以云计算技术为基础，专注桥梁检测、监测、养护管理信息化建设，面向大中小型各类桥梁，构建一个提供信息化管理解决方案的云计算平台。
中心集物联网、云计算和大数据存储管理分析于一体，为用户提供信息化基础设施、监测与管理软件及运行平台等优质的云计算资源，提供异构数据融合、数据异地备份容灾、大数据存储管理分析、结构监测分析与报告、综合安全评估与智能预警等服务。
中心目前规模能满足50座特大型桥梁的信息化服务，将来可以通过云计算无限动态扩展，服务更多桥梁。
图1 桥梁安全与健康监测云计算数据中心拓扑图2、优势1)、成本节约：不再需要单独的机房建设与运维、聘请专业的管理人员、支付高昂的独立网络费用；只需支付较低的普通网络费用和云计算服务费用。
2)、中小型桥梁在线监测完美解决方案：精简桥梁现场在线监测设施，节省工程造价，通过集约化管理，降低在线监测系统维护工作量。
3)、安全可靠：异地数据备份容灾保障，并提供统一的监控、报警、问题处理等专业服务，提高系统稳定性，避免数据的丢失遗漏。
4)、高效的数据分析处理能力：提供优质稳定的服务器群，实现高效的大数据分析处理，减少用户在一手数据的获取及整理上的工作量。
5)、简约桥梁在线监测：简化施工过程和系统运维，让用户只需关注桥梁现场传感设备安装，提供更加全面的监测功能，真正实现桥梁在线监测简约而不简单。
3、提供的服务1)、实时远程监测：提供高速互联网接入，用户可以随时随地访问系统，查看桥梁现场实时监测情况；并且在桥梁现场监测中心服务器宕机的情况下，同样可以提供实时的远程监测；2)、系统诊断：远程设备的完好性能监控，诊断系统运行异常及桥梁结构异常，便于现场设备稳定地发挥作用；3)、数据异地备份容灾：提供高质量的数据存储空间、数据同步和数据管理解决方案，保障数据的安全可靠；4)、大数据分析：通过云计算服务器群提供强大的数据分析和挖掘能力，对监测系统积累的大数据进行定期自动和人工分析；5)、监测报告：定期对结构监测数据实时分析整理，生成报告，便于业主实时准确掌握结构状况；6)、智能预警：综合多源预警信息，通过短信、邮件等各种方式为业主提供优质放心的服务。
基于物联网的健康监测系统设计与实现随着物联网技术的不断发展，基于物联网的健康监测系统在医疗领域得到了广泛的应用。
本文将介绍一种基于物联网的健康监测系统的设计与实现，该系统可以实时监测人体的生理参数，并将数据传输到云服务器进行分析与处理，为医疗工作者和患者提供全面的健康监护服务。
1. 系统架构设计基于物联网的健康监测系统主要包括传感器、数据传输模块、云服务器和用户终端。
传感器负责采集人体的生理参数，如心率、血压、体温等。
数据传输模块负责将采集到的数据传输到云服务器，通过网络实现数据的无线传输。
云服务器负责数据的存储、分析与处理。
用户终端可以通过手机、电脑等设备查看自己的健康状况和监测数据。
2. 系统实现技术为了实现基于物联网的健康监测系统，可以利用传感器技术、物联网通信技术和云计算技术等多种技术手段。
传感器技术可以通过佩戴式传感器、无线传感器网络等方式实现对人体生理参数的实时监测。
物联网通信技术可以利用无线传输技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，将采集到的数据传输到云服务器。
云计算技术可以实现云服务器的部署、存储和数据分析，为用户提供可视化的健康监测结果。
3. 数据传输与处理在基于物联网的健康监测系统中，数据的传输和处理非常重要。
传输过程需要保证数据的安全和实时性。
可以使用加密算法对数据进行加密保护，同时采用数据压缩和分包技术优化数据的传输效率。
在云服务器端，需要建立稳定的数据存储和处理系统，对传感器采集到的数据进行存储、分析和挖掘，为医疗工作者和患者提供准确的健康监测结果。
4. 数据可视化与用户界面基于物联网的健康监测系统的用户界面至关重要。
用户可以通过手机、电脑等设备查看自己的健康状况和监测数据。
用户界面应该简洁、清晰，并提供丰富的图表和数据展示方式，方便用户理解和分析自己的健康状况。
同时，用户界面应该支持多种用户操作方式，如点击、滑动、放大缩小等，提供良好的用户体验。
5. 数据隐私与安全在基于物联网的健康监测系统中，数据隐私和安全性是关键问题。
《基于物联网的桥梁变形监测技术的研究》篇一一、引言随着物联网技术的快速发展，其在各个领域的应用越来越广泛。
桥梁作为重要的交通基础设施，其安全性和稳定性直接关系到人民的生命财产安全。
因此，对桥梁的变形监测技术的研究显得尤为重要。
本文将探讨基于物联网的桥梁变形监测技术的研究，以期为桥梁的安全监测提供新的思路和方法。
二、物联网技术在桥梁变形监测中的应用物联网技术通过传感器、网络通信、云计算等技术手段，实现对物体的实时监测和数据分析。
在桥梁变形监测中，物联网技术的应用主要体现在以下几个方面：1. 传感器技术传感器是物联网技术的核心，通过安装在桥梁各个部位的传感器，可以实时监测桥梁的变形情况。
例如，可以通过应变计、位移计等传感器，对桥梁的应力、位移等参数进行实时监测。
同时，利用无线传输技术，将监测数据传输到数据中心进行分析和处理。
2. 网络通信技术网络通信技术是实现物联网数据传输的关键。
在桥梁变形监测中，通过网络通信技术，将各个传感器采集的数据传输到数据中心，实现数据的实时共享和远程监控。
同时，网络通信技术还可以实现多部门、多单位的协同作业，提高监测效率和准确性。
3. 云计算技术云计算技术是实现大数据存储和分析的关键。
在桥梁变形监测中，通过云计算技术，可以对海量监测数据进行存储、分析和处理，为桥梁的安全评估和预警提供支持。
同时，云计算技术还可以实现数据的共享和协同，提高监测工作的效率和准确性。
三、基于物联网的桥梁变形监测技术的优势基于物联网的桥梁变形监测技术具有以下优势：1. 实时性：通过传感器和网络通信技术，实现数据的实时采集和传输，为桥梁的安全监测提供实时数据支持。
2. 准确性：通过高精度的传感器和数据分析技术，提高监测数据的准确性和可靠性，为桥梁的安全评估提供准确依据。
3. 智能化：通过云计算和人工智能等技术手段，实现数据的智能分析和处理，提高监测工作的智能化水平。
4. 协同性：通过网络通信和云计算等技术手段，实现多部门、多单位的协同作业，提高监测效率和准确性。
桥梁健康监测云计算系统的安全防护体系浅析通过分析云计算在桥梁健康监测系统中的应用，能够详细了解云计算系统中存在的风险和威胁因素，方便创建有效的安全防护体系。
本文重点研究了桥梁健康监测云计算系统中的安全防护体系，并且对其所发挥的作用进行了详细的分析。
在互联网技术不断发展的情况下，我国于2015年提出了互联网+的计划，使一些传统的产业和互联网充分的结合在了一起。
云计算作为一个相对成熟的互联网商业模型，在传统产业与互联网互相结合的同时实现了非常广泛的应用，而且还创造出了全新的发展生态，成为了以互联网为基础的发展形式。
本文对云计算系统在桥梁健康监测中的应用进行了详细的分析，并且对其安全防护体系进行了重点研究。
一、桥梁健康监测云计算系统的数据安全体系在桥梁健康监测云计算系统中，管理人员最关心的就是数据安全问题，因此，一定要采取相应的措施确保数据的安全。
桥梁健康监测云计算系统中数据安全的防护体系主要包括以下几方面：（一）数据的传输安全在进行桥梁健康监测时，城市管理信息中心的数据收集中心会将所收集到的数据的传输到集成中心中的云平台上面，在这个过程中可能会经过开放式的网络，也就是说有可能会被黑客盗取数据或者是修改数据，从而带来一定的风险。
另外，如果在传输过程中出现网络不稳定的现象也会导致数据出现丢失的风险，会对数据的真实性、实用性以及完整性等带来影响。
所以，在进行桥梁数据的传输时，城市管理信息中心要确保数据的安全性，先对其进行加密处理，之后在安全传输协议SSL以及VPN的基础上进行数据的传输，从而确保数据传输过程安全进行。
（二）数据的保存安全在云计算系统进行桥梁健康数据的保存时，经常会出现各种各样的安全风险，如数据滥用、保存位置不正确以及数据丢失等。
所以，在桥梁健康监测云计算系统的数据防护中，城市管理信息中心一定要对数据的保存进行有效管理，创建切实有效的管理制度，避免数据丢失。
另外，还可以采用备份的方法，提升数据保存的安全性。
第17卷第6期2020年12月现代交通技术Modern Transportation TechnologyVol.17No.6Dec.2020我国桥梁安全与健康检测监测新技术的发展与应用——访在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室主任张宇峰董雅芸（苏交科集团股份有限公司，南京210019）摘要：为深入了解我国桥梁安全与健康现状,全面把握我国桥梁检测监测领域的创新思想和前沿技术，本刊特邀桥梁领域专家、在役长大桥梁安全与健康国家重点实验室主任张宇峰，详细介绍桥梁安全与健康检测监测技术的创新与应用推广，以及未来技术发展所呈现的四大特征趋势，以期推动交通科研技术成果更好更快地在行业內转化与应用，为该领域研究提供参考。
关键词：桥梁;检测；健康监测；技术应用中图分类号：U445.7文献标识码：A文章编号：16729889（2020）06000106Development and Application of New Inspection and Monitoring Technology forBridge Safety and Health in China一Interview with Zhang Yufeng,Director of the State Key Laboratory of Safety andHealth for In-service Long Span BridgeDONG Yayun(JSTI Group Co.,Ltd.,Nanjing210019,China)Abstract:In order to deeply understand the current situation of bridge safety and health in China,and comprehensively grasp the innovative ideas and cutting-edge technologies in the field of bridge inspection and monitoring,an exclusive interview was conducted with Zhang Yufeng,an expert in the field of bridges and director of the State Key Laboratory of Safety and Health for In-service Long Span Bridge.This paper introduces in detail the innovation and application of bridge safety and health inspection and monitoring technology,the international technology communication and exchange,and the four characteristic trends of future technology development,in order to promote the better and faster transformation and application of transportation scientific research and technology achievements in the industry,and provide reference for further research in this field. Key words:bridge；detection；health monitoring；technology application古语云“山无径迹,泽无桥梁,不相往来”,纵观人类社会发展历程,桥梁作为交通运输体系中的重要一环，对经济发展和社会进步发挥着重要的推动作用。
梁桥维修与加固中应用云计算有何创新应用在现代交通体系中，梁桥作为重要的基础设施，承载着巨大的交通流量和运输压力。
随着时间的推移，梁桥不可避免地会出现各种病害和损伤，需要进行及时的维修与加固，以确保其安全可靠地运行。
近年来，云计算技术的快速发展为梁桥维修与加固领域带来了新的机遇和创新应用。
云计算是一种基于互联网的计算方式，它能够提供强大的计算能力、海量的数据存储和高效的数据分析处理服务。
在梁桥维修与加固中，云计算技术的应用可以从多个方面提升工作的效率和质量。
首先，云计算可以实现对梁桥结构健康监测数据的高效存储和管理。
梁桥在使用过程中，通过安装各种传感器可以实时采集到结构的应力、应变、位移、振动等数据。
这些数据量庞大且需要长期保存，传统的本地存储方式往往面临着存储容量有限、数据安全性难以保障等问题。
而云计算平台可以提供几乎无限的存储空间，能够轻松应对海量监测数据的存储需求。
同时，云计算平台具备完善的数据备份和恢复机制，有效保障了数据的安全性和可靠性。
其次，云计算为梁桥结构的数值模拟和分析提供了强大的计算资源。
在对梁桥进行维修与加固方案设计时，通常需要进行复杂的数值模拟和分析，以评估不同方案的效果和可行性。
然而，这些计算任务往往需要耗费大量的计算时间和资源。
借助云计算平台的强大计算能力，可以快速完成这些复杂的计算任务，大大缩短方案设计的周期。
而且，云计算平台还支持并行计算和分布式计算，能够进一步提高计算效率，使得在更短的时间内对更多的方案进行比较和优化成为可能。
另外，云计算有助于实现梁桥维修与加固信息的共享和协同工作。
在梁桥维修与加固项目中，往往涉及到多个参与方，如设计单位、施工单位、监理单位、业主等。
各方之间需要及时、准确地共享信息，以便协同工作。
云计算平台可以为各方提供一个统一的信息共享平台，使得各方能够实时获取和更新梁桥的相关数据、维修与加固方案、施工进度等信息。
这样不仅可以提高工作效率，减少沟通成本，还能够避免信息传递过程中的误差和延误，确保项目的顺利进行。
为了对环境变化与荷载引起的结构响应等桥梁运营状态进行长期监控分析，长大桥梁大都建造有结构健康监测系统。
这些系统采用现代光电通讯与计算技术，对传感器采集的信号数据进行处理分析，来监测评估桥梁结构的健康状态、验证设计参数、并进行更深入的科学研究［1-2］。
我国江阴大桥、苏通大桥、东海大桥、坝陵河大桥、泰州大桥，香港青马大桥、昂船洲大桥，以及丹麦Great Belt 桥等国内外诸多桥梁已经或即将建成布设有大规模传感器组的桥梁结构健康监测系统。
由于多传感器长时间连续采集与传输的数据量相当庞大，当前桥梁结构健康监测数据的处理分析工作多在桥址现场的监控监测中心自动或离线进行。
但桥址现场管理机构很少配备有能够完全应对海量监测数据的专业技术力量，经常会发生面对大量数据却不能及时得到有效信息的现象。
为避免上述情况发生，有必要将长大桥梁结构健康监测系统接入互联网，由专业机构组建的软硬件工作环境对数据进行细致分析，专业机构在进行多座桥梁数据分析时能够形成长大桥梁健康监测数据分析中心，集聚研究力量，降低数据分析成本。
云计算（Cloud Computing ）就是一种新兴的可以基金项目：江苏省自然科学基金资助项目（BK2008510）作者简介：朱仕村（1980-），男，硕士，四川巴中人，研究方向为结构健康监测与计算机辅助工程。
面向长大桥梁结构健康监测物联网的云计算朱仕村1，2，张宇峰1，2，张立涛1，2，朱晓文1，2，胡云辉1，2（1.江苏省交通科学研究院长大桥梁健康检测与诊断技术交通行业重点实验室，江苏南京210017；2.江苏省公路桥梁工程技术研究中心，江苏南京211112）摘要：云计算可以满足长大桥梁结构健康监测海量数据存储管理与专业计算需求，为此提出一种新兴的由第三方专业机构提供服务的结构健康监测云的概念。
在总结结构健康监测物联网技术特点的基础上，分析了结构健康监测云计算系统需求，描述了结构健康监测云的系统架构，回顾了相关技术的研究现状并展望应用前景。
关键词：长大桥梁；结构健康监测；物联网；云计算中图分类号：U446.2文献标识码：A文章编号：1672－9889（2011）01－0024－04Cloud Computing Research Based on the Internet of Things for Long -spanBridge Structure Health MonitoringZhu Shicun 1，2，Zhang Yufeng 1，2，Zhang Litao 1，2，Zhu Xiaowen 1，2，Hu Yunhui 1，2（1.Key Laboratory of Long -span Bridge Health Inspection &Diagnosis Technology of Ministry of Transport ，Jiangsu Transportation Research Institute ，Nanjing 210017，China ；2.Jiangsu Research Center of Road and Bridge EngineeringTechnology ，Nanjing 211112，China ）Abstract ：Cloud computing can meet the massive data storage management needs and professional computing solutions for long -span bridge structural health monitoring.So the new concept of Structural Health Monitoring Cloud provides services through the third party professional organization is proposed.Based on the summary of the internet of things ′technical characteristics for structural health monitoring ，the system requirements and architecture of Structural Health Monitoring Cloud is described ，and then the status of related technology research is reviewed.At last the application prospect is predicted.Key words ：long -span bridge ；structure health monitoring ；internet of things ；cloud computing第8卷第1期2011年2月Vol.1No.8Feb.2011现代交通技术Modern Transportation Technology第1期满足长大桥梁结构健康监测海量时间序列数据处理与专业计算需求的解决方案。
云计算将相关能力以服务的方式提供给用户，允许用户在不了解提供服务的技术、没有相关知识以及设备操作能力的情况下，通过互联网获取需要的服务［3］。
本文把这种以桥梁健康监测为应用目的的云计算系统称为结构健康监测云。
物联网（Internet of Things）是将信息传感设备与互联网结合起来形成网络的技术，目的是让所有的物品都与网络连接在一起，系统自动、实时地对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件［4］。
结构健康监测物联网的目标是把结构健康监测传感器接入互联网，借助网络更有效地交换信息，进一步提高系统智能化水平，降低人的工作强度与难度。
在桥梁结构健康监测领域，云计算与物联网是一个问题的2个方面，两者均以互联网作为重要基础，云计算侧重于增强系统应用的专业性并提高智能化水平，物联网是获取桥梁结构信息的基本保证，两者互相融合，相辅相成。
本文在总结结构健康监测物联网技术特点的基础上，分析了结构健康监测云的系统需求，描述了结构健康监测云的系统架构，回顾相关技术的研究现状并展望应用前景。
1结构健康监测物联网的技术特点物联网最初是为提高流通领域信息化水平而设计的，现在则更多等同理解为传感网，作为“智能交通”、“智慧地球”等智能传感网概念的抽象归纳。
为叙述方便，本文将以传统物联网、智能传感网、结构健康监测物联网3种来简单的区分。
传统物联网系统以欧美支持的EPC Global和日本的Ubiquitous ID（UID）为典型代表；智能传感网则让物联网概念超出了商品代码识别的范畴，它通过传感器智慧地感知事物以达到物体间及人与物之间沟通交流的目的，从而满足人的便捷需求。
结构健康监测物联网的应用领域与方式方法已经完全不同于传统的物联网，是智能传感网的一种，但又有其独有的特点。
智能传感网对监测物体多个属性进行监测时，每个属性采用极为有限甚至单个传感器即可达到监测要求，传感器的激励与响应含义明确，往往只需根据预先设定的条件进行是否简单判断。
例如，智能家居中可能会有温湿度、红外、烟雾等传感器以监测不同属性，监测数据含义明确并可直接采用，数据量较小。
结构健康监测系统则是对结构的不同层次、不同部位的不同结构属性进行监测评估，如钢梁的应变、温度，基础钢筋的腐蚀等；一般情况下不同部位的相同属性会采用相同或相近型号传感器，从而形成传感器组；很多监测数据不能直接使用，需要一定的结构分析方法才能得到明确含义；同时数据采样频率相对较高，数据量较大。
比如监测悬索桥主梁、吊索、主缆加速度时会采用不同量程的同类传感器，形成若干传感器组；按需采集的监测数据也不能直接读用，而会进行模态频率等分析。
根据传感器数量的不同结构健康监测系统每天都会形成109bytes数量级的海量数据，这更增加了结构健康监测物联网数据的存储、传输与分析难度。
综上述，由于结构健康监测自身的前沿科学探索性质，需由包括桥梁结构工程、仪器与测量技术、通信网络、信号处理、计算机等多专业技术人员联合实施，横跨多个专业领域，体系规模庞大，监测对象属性复杂，海量时间序列［5］数据分析专业性强。
2结构健康监测云的系统需求分析云计算的思想可以追溯到20世纪60年代，IBM技术白皮书指出［6-7］：云计算一词用来同时描述1个系统平台或者1种类型的应用程序。
1个云计算的平台按需进行动态地部署（provision）、配置（configuration）、重新配置（reconfigure）以及取消服务（deprovision）等。
在应用方面，云计算描述了一种可以通过互联网进行访问的可扩展的应用程序。
“云应用”使用大规模的数据中心以及功能强劲的服务器来运行网络应用程序与网络服务。
任何一个用户可以通过合适的互联网接入设备以及一个标准的浏览器就能够访问1个云计算应用程序。
目前关于云计算系统没有统一的定义，云计算供应商根据自己企业业务推出相关的云计算实施方案。
在桥梁结构健康监测领域，桥梁管理者最关注的是对桥梁健康监测数据的分析结果，即及时地获得结构异常的警报、安全评估结论和必要的运营维护建议；而设计和研究者会对桥梁运营时的荷载与响应是否与设计相一致，对一些难以理解的现象进行关心并深入研究下去。
结构健康监测云计算系统需要对最终用户即桥梁管理者提供及时的数据分析、结构健康评估报告和必要建议，同时要有面对其它研究者的基础数据共享服务。
单纯的一座桥梁很难形成云计算的需求，在多座桥梁结构健康监测数据分析需求形成规模时，专业数据分析中心的云计算系统提供的数据分析与共享服务将会质优而价廉。
朱仕村，等：面向长大桥梁结构健康监测物联网的云计算25··现代交通技术2011年3结构健康监测云的体系结构云计算系统内部可以看作是一组服务的集合，它可以分为基础设施层、平台层和应用层［7］。
结构监测物联网的传感器采集桥梁结构有关信息，数据采集后通过互联网保存在云端。
传统结构健康监测系统一般分为传感器系统、数据采集与传输系统、数据存储与管理系统、预警及安全评价系统［2］，这4个子系统功能都可以通过基于物联网的云计算系统来实现，见表1。
传感器系统、数据采集与传输系统通过物联网实现，数据存储与管理系统、预警及安全评价系统功能由云来实现。
云计算3层体系结构如下所述：表1结构健康监测云的架构体系与对传统健康监测功能的实现系统架构体系功能简述研究类型相关学科领域实现的传统健康监测功能云计算系统应用层数据、预警、报表、分析报告重要桥梁结构、计算机、通信预警及安全评价系统并行程序开发环境关键计算机、桥梁结构专家人工干预机制重要桥梁结构预警及安全评价系统数据分析计算系统关键桥梁结构、信号处理预警及安全评价系统海量数据管理应用计算机数据存储与管理系统物联网基础应用通信网络数据采集与传输系统数据采集应用仪器科学、计算机数据采集与传输系统传感器的优化布置重要桥梁结构传感器系统廉价、智能传感器研制应用仪器科学传感器系统廉价、智能传感器研制基础设施层海量数据分布式存储计算存储资源部署与虚拟化应用应用计算机计算机数据存储与管理系统物联网基础平台层（1）基础设施层。
