另外，为了保证采集系统能够长时间工作，满足野外恶劣环境下正常工作的要求，因此在各传感器及读出设备的电源及信号线上均连接了防雷器等保护设施，能够保证系统在恶劣环境下正常工作。为了达到集群监测的功能，现场计算机还通过网络接口与集群中心系统相连接，实现集群监测。
以马桑溪大桥为例，其现场自动监测与控制子系统能自动控制现场各个传感器子系统进行数据采集、处理、存储等，将数据实时、远程传输给集群中心。
马桑溪大桥现场系统配备光纤、PCI、Camera-Link、RS485四套总线系统。与之相应，配备48路光纤接口、96路动态信号接口、26路图像信号接口、4路RS485接口，如图2.40所示。为保证系统正常工作，采用12路D/A控制卡、配合48只继电器，通过软件控制各个传感器系统的工作。同时，采用3000VA的专用大功率UPS、电源隔离器、避雷器，还在所有部件上设计防止短路、防止雷击的辅助电路，以适应现场突然的断电、短路，电源的波动与冲击，雷击等意外事故。
图2.39 现场监测系统总体硬件框图
Fig.2.39 Overall hardware framework of site monitoring system
由于传感器种类或型号不同，传感器与采集设备之间的接口也各不相同，因此传感器种类数量的不同会带来采集策略的变化以及数据存储的差异。如果分别针对这些传感器、接口设计系统控制与数据采集软件，那么就需要设计多个子系统，其开发效率很低。因此项目组提出了编制一个系统的通用控制及数据采集软件平台系统。
具体在设计中，用“虚拟桥梁监测类”来定义桥梁状态监测，用“虚拟桥梁监测类”的属性定义传感器数量和种类，用“虚拟桥梁监测类”的方法来定义采集策略和传感器的访问方法，通过利用数据库技术，管理“虚拟桥梁监测类”的方法和属性。“虚拟桥梁监测类”的派生类即为一座具体桥梁的状态监测。若需针对某一具体桥梁进行监测，只需修改数据库中对应的配置，指明传感器的数量、种类和访问方式，实现通用性监测。其实际软件框图如图2.41所示。
串口保护隔离多路A/DD/A工控机USB光纤应变测量仪寻检USBUSBHUB往集群中心远程收发数字传感器模拟传感器图像传感器光纤传感器 图2.40 马桑溪大桥现场总线控制系统 Fig. 2.40 Site bus control system of Masangxi bridge
图2.41 通用现场监测系统软件框图
Fig.2.41 Software framework of general site monitoring system
2.6.3 集群中心软硬件方案
马桑溪长江大桥、高家花园嘉陵江大桥、向家坡立交桥分属上界公司、渝涪公司、南方公司。经各方协调，将集群中心设置在江北区虾子碥收费站大楼内。
集群系统的作用，是在一个共同的集群中心内，对三座桥梁的状态进行远程集中监测。因此必须采用适当的远程传输方式，将三座桥联网成一个有机的集群网络系统。但由于这三座桥分别处于九龙坡区、沙坪坝区、南岸区，相互之间皆至少相距十余公里，不管集群中心位置在何处，集群中心都必然远离这些桥梁。因此集群系统中相互间的数据传输方式，必须具有数十公里以上的稳定传输能力。
马桑溪大桥工控机1工控机2工控机1高家花园大桥工控机2向家坡立交桥工控机光纤收发器光缆光纤收发器光纤收发器光缆光纤收发器光纤收发器Hub光纤收发器Hub光纤收发器光缆光纤收发器光缆光纤收发器光缆(袁家湾)光纤收发器(石马河)(南 坪)G703/以太转换器11G703/以太转换器21光纤配线架袁家湾光纤配线架石马河光纤配线架G703/以太转换器12G703/以太转换器22SDH传输网交换机1南坪光纤配线架G703/以太转换器31虾子蝙光纤配线架G703/以太转换器32服务器虾子蝙集群中心交换机虾子蝙集群中心马桑溪1马桑溪2马桑溪3高家1高家2向家坡(工作站） 图2.42 专用光缆结合高速公路路网的形式
Fig.2.42 Combination of dedicated fiber optic cable with expressway network
由于马桑溪长江大桥、高家花园嘉陵江大桥、向家坡立交桥都有各自的现场
总线控制系统进行现场数据采集与控制，每一座桥少则数只传感器、多则上百只传感器，且要求数据实时传输，因此数据量很大。特别是马桑溪的动态传感器系统，对数据传输系统的带宽要求更可能达到了兆比特/秒。因此必须采用高速宽带传输手段。同时，除了各桥的数据上行传输外，还必须考虑在特殊情况下集群中心的指令下行传输的要求。
市电防雷UPS主服务器网卡网 络 交 换 机接虾子蝙协议转换器网卡马桑溪工作站1显卡网卡马桑溪工作站2显卡网卡高家花园工作站显卡网卡向家坡工作站显卡VGA 信号切换矩阵显示终端1显示终端2显示终端3显示终端4投影幕投影机
图2.43 集群中心硬件结构
Fig.2.43 Hardware structure of the cluster center
桥梁健康远程集群监测系统需要对分布于各地的桥梁进行远程监测，就必须实现远程通信。考虑到需要监测的桥梁都分布于重庆市内环高速公路上，而内环高速公路的联网收费系统自身拥有完备的光纤通信网络。其通信带宽、成本、可靠性，都是其他通信系统无法比拟的。因此，考虑利用专用光缆结合高速公路路网的形式进行桥梁结构信息的远程传输。其结构系统如图2.42所示。
为了保证信息畅通，高家花园大桥的两个子系统之间、马桑溪大桥的两个子系统之间都通过光缆相互连接。而各桥梁的现场监测系统也通过专用光缆连接到距离最近的收费站，然后通过高速公路路网连接成局域网。这种方案有很强的可操作性。通过专用光缆首先将信号传输到距离最近的收费站，然后利用高速公路
路网在收费站进行连接，实现地域上分散、逻辑上集中的数据传输网络，具有传输距离远、性价比高的特点。
集群菜园坝上位机系统中心数据库管理数据查询用户管理数据维护远程采集报数警据系融统合 时间段时间点海量数据预处理存储管理动态演示自诊断系统 图2.44 集群中心软件结构图 Fig2.44 Software structure of the cluster center 由于三座桥的数据都要采用大型计算工具软件，在集群中心进行集中分析、计算，且应该能够按照用户的要求进行数据的备份、报表的生成以及相应的图形生成、显示、打印等，因此对计算与显示等相关手段都有很高的要求。
同时，由于三座桥、数百只传感器、数种评价方案长达数年的结果都要长期保存，且要实现网络互通，因此要有良好的网络服务器。此外，网络系统的安全性、用户的权限分配等，必须要配备硬件防火墙作保障。而断电保护、防短路、雷击，防电源波动、浪涌冲击等附属设备，是必不可少的。集群中心硬件结构如图2.43所示。
集群中心软件按照图2.44所示的功能进行设计。某一具体桥梁作为设计完成的集群中心软件系统的一个实例，软件系统具有很好的可扩展性。对于系统而言，增加一座桥梁的结构监测数据，就是增加桥梁信息数据表的一些记录，系统能够根据该桥梁结构监测数据的信息，进行历史数据的备份、显示、查询等操作，不需要进行程序的修改。
然而，由于桥梁结构差异大，桥梁的结构评价仍然需要针对特定的桥梁进行评价软件的开发。一旦开发完成针对某桥的结构评价软件，可以采用外挂程序的方式集成在集群中心软件系统中，提高了整个软件系统的可重用性、扩展性和开发效率。