基于NI cRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)

　　應(yīng)用領(lǐng)域：遠(yuǎn)程監(jiān)測/控制

　　挑戰(zhàn)：系統(tǒng)在高動(dòng)態(tài)范圍、高計(jì)時(shí)精度、高頻譜純度和多通道設(shè)計(jì)上，具有一定的難度;在FPGA上，GPS同步、數(shù)字降采樣、標(biāo)定信號(hào)的多路轉(zhuǎn)換控制和多種復(fù)雜的觸發(fā)策略的實(shí)現(xiàn)極具挑戰(zhàn)性;在數(shù)據(jù)接口中， miniSEED地震數(shù)據(jù)包的封裝和基于NetSeisIP地震數(shù)據(jù)流的通信又是一個(gè)難點(diǎn);在數(shù)據(jù)分析上，既可以分析信號(hào)的時(shí)域指標(biāo)，又可進(jìn)行頻譜分析和時(shí)頻譜分析并綜合數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)震動(dòng)報(bào)警。

　　應(yīng)用方案：利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW 8.6集成開發(fā)軟件快速構(gòu)建軟硬件平臺(tái)，進(jìn)行多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)信號(hào)調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、時(shí)鐘同步、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析、數(shù)據(jù)離線分析、健康診斷、突發(fā)性震動(dòng)破壞事件報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)通信和儀器控制等功能。數(shù)據(jù)采集器的終端軟件采用Sever和Client兩種模式并行工作，在廣東虎門大橋的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣的應(yīng)用中，一方面將采集到的36通道震動(dòng)信號(hào)，實(shí)時(shí)封裝成miniSEED地震數(shù)據(jù)包，以Client方式，按照NetSeisIP協(xié)議發(fā)送到路橋公司的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，再由其它地震專業(yè)處理模塊進(jìn)行互相關(guān)處理;另一方面，數(shù)據(jù)采集器作為Sever，監(jiān)聽數(shù)據(jù)中心上位機(jī)通信分析軟件的各項(xiàng)功能請(qǐng)求并作出相關(guān)響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)大橋的強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警。

　　使用的產(chǎn)品：

　　LabVIEW 8.6軟件開發(fā)平臺(tái)

　　cRIO-9014嵌入式實(shí)時(shí)控制器

　　cRIO-9104 cRIO背板

　　cRIO-9205 模擬輸入模塊

　　cRIO-9263 模擬輸出模塊

　　cRIO-9401 高速數(shù)字IO模塊

　　介紹：

　　目前，從國外整套進(jìn)口的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其性價(jià)比和功能已經(jīng)不能很好滿足國內(nèi)的需要。通過多方選型，決定采用NI 的cRIO搭建硬件平臺(tái)，使用LabVIEW8.6自主進(jìn)行多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)開發(fā)。

　　NI cRIO是一款高級(jí)嵌入式控制和采集系統(tǒng)，具有耐久較好、功耗較低等特點(diǎn)。借助NI cRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開發(fā)了采集系統(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)存儲(chǔ)功能更為強(qiáng)大和專業(yè)，支持地震業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，全面滿足地震信號(hào)處理與分析的專業(yè)要求。在NI平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的地震業(yè)界通用的數(shù)據(jù)交換格式miniSEED的實(shí)時(shí)打包，并且基于NetSeisIP地震數(shù)據(jù)流的通信協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，更具創(chuàng)新性。

　　“基于NI cRIO的多通道強(qiáng)震動(dòng)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)”已經(jīng)在廣東虎門大橋的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣上投入使用，初見成效。

　　正文

　　1、項(xiàng)目背景

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，地震對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的影響更顯突出，建設(shè)高密度數(shù)字強(qiáng)震臺(tái)網(wǎng)、臺(tái)陣和系列配套軟硬件，已成為減輕地震災(zāi)害的重要舉措，已受到政府高度重視。“十五”期間，國家在在21個(gè)國家地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)建設(shè)了1160個(gè)固定自由場強(qiáng)震動(dòng)觀測臺(tái)，在全國建設(shè)了活斷層影響、地震動(dòng)衰減、場地地形影響、大型橋梁、水庫大壩、典型建筑結(jié)構(gòu)等12個(gè)地震反應(yīng)專用臺(tái)陣，但是這方面的數(shù)據(jù)采集設(shè)備幾乎全部依靠整套進(jìn)口，承受著昂貴的費(fèi)用負(fù)擔(dān)和技術(shù)約束，在一定程度上制約了我國防震減災(zāi)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

　　我們國家經(jīng)過30年改革開放的飛速發(fā)展，修建了大量的重大工程、生命線工程(機(jī)場、港口、燃?xì)鈽屑~、供水管道、海洋平臺(tái)等)、超高層建筑(電視塔、商務(wù)中心等)和特殊結(jié)構(gòu)(地鐵、新型橋梁、大壩、核電站等)，而這些工程的地震反應(yīng)專用臺(tái)陣的布設(shè)甚少，工程建筑結(jié)構(gòu)物的健康診斷和突發(fā)性震動(dòng)破壞報(bào)警技術(shù)沒有得到深層次的發(fā)展與應(yīng)用，遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，滿足不了時(shí)代發(fā)展的需求。