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TheChallenge: 系統在高動(dòng)態(tài)范圍、高計時(shí)精度、高頻譜純度和多通道設計上，具有一定的難度。在FPGA上，GPS同步、數字降采樣、標定信號的多路轉換控制和多種復雜的觸發(fā)策略的實(shí)現極具挑戰性；在數據接口中，miniSEED地震數據包的封裝和基于NetSeisIP地震數據流的通信又是一個(gè)難點(diǎn)。在數據分析上，需要時(shí)域指標分析、頻譜分析和聯(lián)合時(shí)頻譜分析等綜合分析處理并進(jìn)行強震動(dòng)報警。 TheSolution: 利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW8.6集成開(kāi)發(fā)軟件快速構建軟硬件平臺，進(jìn)行多通道強震動(dòng)監測與報警系統開(kāi)發(fā)，實(shí)現地震動(dòng)信號調理、數據采集、時(shí)鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實(shí)時(shí)分析、數據離線(xiàn)分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報警、網(wǎng)絡(luò )通信和儀器控制等功能。 "借助NIcRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開(kāi)發(fā)了地震數據采集系統。系統中的數據觸發(fā)存儲功能更為強大和專(zhuān)業(yè)，支持地震業(yè)界標準的文件格式，全面滿(mǎn)足地震信號處理與分析的專(zhuān)業(yè)要求�！盎贜IcRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統”已經(jīng)在廣東虎門(mén)大橋的地震反應專(zhuān)用臺陣上投入使用，初見(jiàn)成效。" 1.強震動(dòng)監測與報警系統組成 “基于NIcRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統”是針對重大工程、生命線(xiàn)工程、超高層建筑和特殊結構遠程實(shí)時(shí)長(cháng)期地開(kāi)展強震動(dòng)監測和分析其健康狀況而設計的，既能夠以分布式布設，也可以作為單一監測系統獨立工作。系統由地震觀(guān)測站點(diǎn)、專(zhuān)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和數據中心三大部分構成，如圖1所示。 圖1強震動(dòng)監測與報警系統組成 地震觀(guān)測站點(diǎn)中的數據采集器采用NIcRIO數據采集模塊、GPS模塊和電源模塊搭建而成。其中cRIO由嵌入式實(shí)時(shí)控制器cRIO9014、cRIO背板cRIO9104、模擬輸入模塊cRIO9205、模擬輸出模塊cRIO9263和高速數字IO模塊cRIO9401構成。如圖2所示。 圖2多通道強震動(dòng)數據采集器內部結構 2、強震動(dòng)監測與報警系統的軟件架構及其實(shí)現 系統軟件架構由數據采集終端和上位機控制分析終端實(shí)現。 2.1采集終端的系統軟件架構 整個(gè)數據采集終端的軟件由數據采集和通信兩大部分組成。數據采集在FPGA和實(shí)時(shí)(RT)控制器上實(shí)現，集成了GPS同步、數字降采樣、標定信號的多路轉換控制和多種復雜的觸發(fā)策略等極具挑戰性的功能。通信部分的接口中，由數據采集器直接將實(shí)時(shí)數據流壓縮打包成miniSEED格式，并按照NetSeisIP地震數據流的通信協(xié)議，發(fā)送到遠程的地震流服務(wù)器或上位機監控分析軟件，如圖3所示。 圖3采集終端的系統軟件結構框圖 2.2上位機通信控制及分析軟件的實(shí)現 上位機通信控制及分析軟件主要由記錄儀設置、實(shí)時(shí)監測、數據管理、數據分析四大模塊組成。其中記錄儀設置包括常規、數據采集、通道、事件記錄信息的設置等；實(shí)時(shí)監測包括波形的實(shí)時(shí)顯示、通道表示、本地記錄設置、本地記錄、遠程記錄、標定信號、站點(diǎn)信息、系統狀態(tài)、連接狀態(tài)、GPS捕獲狀態(tài)、秒脈沖鎖定狀態(tài)、強震告警、關(guān)鍵參數實(shí)時(shí)計算及顯示等；數據管理包括數據采集器的數據回收及數據刪除、本地數據的更新及刪除等。數據分析可以實(shí)時(shí)或離線(xiàn)分析信號的時(shí)域指標（最大值、最小值、峰峰值、RMS值、平均值等），又可對時(shí)域波形進(jìn)行頻譜分析和時(shí)頻譜分析，計算出健康診斷和警報等關(guān)鍵參數信息。 結論 借助NI公司功能強大、高效并且容易使用的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW，結合先進(jìn)的cRIO硬件平臺，我們在很短的時(shí)間內就搭建了多通道強震動(dòng)監測與報警平臺，較快地實(shí)現了地震動(dòng)信號調理、數據采集、時(shí)鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實(shí)時(shí)分析、數據離線(xiàn)分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報警、網(wǎng)絡(luò )通信和儀器控制等復雜功能，大大縮短了程序的開(kāi)發(fā)周期�！盎贜IcRIO的多通道強震動(dòng)監測與報警系統”，達到了高動(dòng)態(tài)范圍、高計時(shí)精度、高頻譜純度和多通道的設計要求，并且結合了行業(yè)的應用，采用了創(chuàng )新的方法，在NI的平臺上實(shí)現了數據的壓縮和基于NetSeisIP協(xié)議傳輸�？梢灶A見(jiàn)，在地震行業(yè)內，利用NI產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)研發(fā)，將有廣闊的發(fā)展前景。 |
