多通道強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)的設(shè)計研究

目前，從國外整套進(jìn)口的地震反應(yīng)專用臺陣的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，其性價比和功能已經(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，使用LabVIEW8.6自主進(jìn)行多通道強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)開發(fā)。

NI cRIO是一款高級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，全面滿足地震信號處理與分析的專業(yè)要求。在NI平臺上實(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。

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快，地震對社會和經(jīng)濟(jì)的影響更顯突出，建設(shè)高密度數(shù)字強(qiáng)震臺網(wǎng)、臺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個國家地震重點(diǎn)監(jiān)視防御區(qū)內(nèi)建設(shè)了1160個固定自由場強(qiáng)震動觀測臺，在全國建設(shè)了活斷層影響、地震動衰減、場地地形影響、大型橋梁、水庫大壩、典型建筑結(jié)構(gòu)等12個地震反應(yīng)專用臺陣，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)和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

TheChallenge:

系統(tǒng)在高動態(tài)范圍、高計時精度、高頻譜純度和多通道設(shè)計上，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)流的通信又是一個難點(diǎn)。在數(shù)據(jù)分析上，需要時域指標(biāo)分析、頻譜分析和聯(lián)合時頻譜分析等綜合分析處理并進(jìn)行強(qiáng)震動報警。

TheSolutiON:

利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW8.6集成開發(fā)軟件快速構(gòu)建軟硬件平臺，進(jìn)行多通道強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)地震動信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、時鐘同步、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、數(shù)據(jù)實(shí)時分析、數(shù)據(jù)離線分析、健康診斷、突發(fā)性震動破壞事件報警、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、高可靠地開發(fā)了地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)觸發(fā)存儲功能更為強(qiáng)大和專業(yè)，支持地震業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的文件格式，全面滿足地震信號處理與分析的專業(yè)要求。”基于NIcRIO的多通道強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)“已經(jīng)在廣東虎門大橋的地震反應(yīng)專用臺陣上投入使用，初見成效。”

1.強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)組成

“基于NIcRIO的多通道強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)”是針對重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)程實(shí)時長期地開展強(qiáng)震動監(jiān)測和分析其健康狀況而設(shè)計的，既能夠以分布式布設(shè)，也可以作為單一監(jiān)測系統(tǒng)獨(dú)立工作。系統(tǒng)由地震觀測站點(diǎn)、專線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心三大部分構(gòu)成，如圖1所示。

圖1強(qiáng)震動監(jiān)測與報警系統(tǒng)組成