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TheChallenge: 系統在高動態范圍、高計時精度、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策略的實現極具挑戰性；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難點。在數據分析上，需要時域指標分析、頻譜分析和聯合時頻譜分析等綜合分析處理并進行強震動報警。 TheSolution: 利用NI公司的cRIO模塊和LabVIEW8.6集成開發軟件快速構建軟硬件平臺，進行多通道強震動監測與報警系統開發，實現地震動信號調理、數據采集、時鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實時分析、數據離線分析、健康診斷、突發性震動破壞事件報警、網絡通信和儀器控制等功能。 "借助NIcRIO，我們低成本、短周期、高可靠地開發了地震數據采集系統。系統中的數據觸發存儲功能更為強大和專業，支持地震業界標準的文件格式，全面滿足地震信號處理與分析的專業要求。“基于NIcRIO的多通道強震動監測與報警系統”已經在廣東虎門大橋的地震反應專用臺陣上投入使用，初見成效。" 1.強震動監測與報警系統組成 “基于NIcRIO的多通道強震動監測與報警系統”是針對重大工程、生命線工程、超高層建筑和特殊結構遠程實時長期地開展強震動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。系統由地震觀測站點、專線網絡和數據中心三大部分構成，如圖1所示。 圖1強震動監測與報警系統組成 地震觀測站點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由嵌入式實時控制器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多通道強震動數據采集器內部結構 2、強震動監測與報警系統的軟件架構及其實現 系統軟件架構由數據采集終端和上位機控制分析終端實現。 2.1采集終端的系統軟件架構 整個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和實時(RT)控制器上實現，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時數據流壓縮打包成miniSEED格式，并按照NetSeisIP地震數據流的通信協議，發送到遠程的地震流服務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現 上位機通信控制及分析軟件主要由記錄儀設置、實時監測、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；實時監測包括波形的實時顯示、通道表示、本地記錄設置、本地記錄、遠程記錄、標定信號、站點信息、系統狀態、連接狀態、GPS捕獲狀態、秒脈沖鎖定狀態、強震告警、關鍵參數實時計算及顯示等；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。數據分析可以實時或離線分析信號的時域指標（最大值、最小值、峰峰值、RMS值、平均值等），又可對時域波形進行頻譜分析和時頻譜分析，計算出健康診斷和警報等關鍵參數信息。 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言LabVIEW，結合先進的cRIO硬件平臺，我們在很短的時間內就搭建了多通道強震動監測與報警平臺，較快地實現了地震動信號調理、數據采集、時鐘同步、數據壓縮傳輸、數據實時分析、數據離線分析、健康診斷、突發性震動破壞事件報警、網絡通信和儀器控制等復雜功能，大大縮短了程序的開發周期。“基于NIcRIO的多通道強震動監測與報警系統”，達到了高動態范圍、高計時精度、高頻譜純度和多通道的設計要求，并且結合了行業的應用，采用了創新的方法，在NI的平臺上實現了數據的壓縮和基于NetSeisIP協議傳輸。可以預見，在地震行業內，利用NI產品進行相關研發，將有廣闊的發展前景。 |
