看NI與CGM工程如何攻克鳥巢和水立方的健康監(jiān)測難題

在前面的文章中，我們了解了NI監(jiān)測系統(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 全天候為東海大橋健康監(jiān)測把脈中的應(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巢和水立方的健康監(jiān)測難題。

鳥巢和水立方需要什么樣的監(jiān)測系統(tǒng)

北京國家體育場作為2008年北京奧運會的主體育場，可容納8萬名觀眾。整個體育場結(jié)構(gòu)部件相互支撐，形成網(wǎng)絡(luò)狀構(gòu)架，外觀酷似樹枝織成的鳥巢，“鳥巢”體育場故因此得名 。而另一奧運水上比賽項目舉辦地——中國國家水上運動中心，其設(shè)計理念源于自然狀態(tài)下肥皂泡沫的形狀，稱為“水立方”。

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

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

經(jīng)過仔細評估，CGM工程公司（美國國家儀器有限公司合作伙伴之一）的SeismoCast 建筑監(jiān)測方案被甄選為上述建筑物的監(jiān)測管理系統(tǒng)。此方案提供簡單即用的安裝、多種I/O 選擇，工程師可快速簡便地重新配置系統(tǒng)以滿足系統(tǒng)的變化要求，同時其高性能及低單位成本等優(yōu)勢使得SeismoCast 最終獲選成為鳥巢和水立方的守護者。

通過NI LabVIEW軟件和CompactRIO硬件平臺進行系統(tǒng)的設(shè)計、原型、發(fā)布，CGM在不到一年的時間里就完成了兩套系統(tǒng)的開發(fā)以滿足中國政府的特定需求。

“"采用LabVIEW 和CompactRIO 作為計算平臺，我們開發(fā)的這個嵌入式監(jiān)測系統(tǒng)具有無可匹敵的精度，價格和靈活性。"

- Chris McDonald, CGM Engineering, Inc.

”

鳥巢采用了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固的NEMA 4 機箱中，各個機箱再以客戶端- 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)鍵點進行監(jiān)測與預(yù)警。

系統(tǒng)的主要任務(wù)在于測量結(jié)構(gòu)振動和加速度，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)測多個位置的振動，從而更好地理解和描述整個建筑結(jié)構(gòu)所受的影響。傳統(tǒng)基于線纜的同步方法限制每個系統(tǒng)間最多相隔100 米，考慮到鳥巢和水立方的場地規(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地。為此，SeismoCast采用了全球定位系統(tǒng)（GPS）來構(gòu)建同步解決方案。

使用GPS衛(wèi)星的精確時鐘，SeismoCast建筑監(jiān)測方案不受距離限制，而且能夠達到+/- 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)果傳送到同機箱的嵌入式單板電腦并臨時儲存，借助LabVIEW對于分布在不同地點數(shù)據(jù)的管理能力將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)發(fā)送到主服務(wù)器，以進行進一步的分析。此外，系統(tǒng)允許研究人員通過客戶端軟件遠程連接并實時監(jiān)測建筑物的健康狀況。