Monitorowanie obiektów budowlanych na przykładzie Stadionu Olimpijskiego w Pekinie

Środowisko projektowania aplikacji

Oprogramowanie jest kluczowym komponentem systemu monitoringu. Niezależnie od tego czy aplikacją końcową będzie przenośne urządzenie pomiarowe, czy też system monitoringu długoterminowego, należy zastanowić się, jakie są wymagania, jeśli chodzi o akwizycję i logowanie danych, przetwarzanie i sterowanie w czasie rzeczywistym, komunikację, prezentację i raportowanie oraz zarządzanie pobranymi danymi.

LabVIEW jest graficznym językiem programowania szeroko wykorzystywanym w aplikacjach przemysłowych. Jego zastosowanie pozwala skrócić czas potrzebny do tworzenia systemu dzięki przedstawieniu funkcjonalności aplikacji (kodu) w sposób graficzny. W porównaniu z tekstowymi językami programowania, graficzne podejście wykorzystane w LabVIEW oferuje zwiększoną wydajność dzięki równoległemu przetwarzaniu danych. Rys. 5. przedstawia panel czołowy aplikacji napisanej w LabVIEW, która wyświetla przebiegi sygnałów wraz z synchronizowanymi obrazami.

Aplikacja monitorująca stadion w Pekinie została napisana w środowisku LabVIEW z wykorzystaniem modułów LabVIEW Real-Time Module oraz LabVIEW FPGA Module. Dzięki takiej konfiguracji oprogramowania, możliwe stało się stworzenie systemu pracującego w sposób deterministyczny, zapewniając wykonywanie pomiarów oraz analiz w ściśle określonych chwilach czasowych [1]. Część operacji arytmetycznych może zostać przeprowadzona bezpośrednio w układzie programowalnym FPGA, bez wykorzystania systemu operacyjnego. Zastosowanie układów programowalnych umożliwia zmniejszenie wymagań co do mocy obliczeniowej procesora głównego, co z kolei pozwala znacznie obniżyć koszt sprzętu oraz zredukować zużycie energii.

Warto wspomnieć, że oprogramowanie dla każdej użytej platformy, począwszy od tradycyjnych systemów operacyjnych, poprzez systemy czasu rzeczywistego, aż do układów programowalnych FPGA, tworzone jest w języku programowania LabVIEW.

Zaawansowana analiza oraz przetwarzanie sygnałów

Oprogramowanie NI zawiera setki funkcji do przetwarzania i analizy sygnałów, które mogą okazać się niezbędne w aplikacjach monitoringu. Niektóre z funkcji do analizy danych w aplikacjach monitoringu sejsmicznego oraz strukturalnego to:

• szybka transformata Fouriera (FFT), widmo mocy, zoom FFT, odpowiedź częstotliwościowa,
• uśrednianie, filtracja, funkcje okna,
• analiza oktawowa,
• analiza rainflow,
• detekcja wierzchołków i wartości średniokwadratowej.

Przykładowa aplikacja analizująca sygnały przedstawiona została na rys. 6.

Podsumowanie

Nowoczesne technologie pomiarowe pozwalają inżynierom i architektom zapobiegać wielu potencjalnym problemom. Pomiary temperatury, przyspieszenia czy naprężeń pozwalają przewidzieć, które elementy konstrukcji mogą wymagać renowacji. Co więcej, w przypadku budowli znajdujących się na obszarach czynnych sejsmicznie, możliwa jest analiza wpływu fali sejsmicznych na stan budowli, co pozwala na zmianę sposobu spojrzenia na proces projektowania. Dzięki LabVIEW oraz modułom do akwizycji danych, inżynierowie mogą jeszcze szybciej rozpocząć pomiary, koncentrując się nie na projektowaniu systemu, ale na badaniach oraz analizie.

The mark LabWindows is used under a license from Microsoft Corporation. Windows is a registered trademark of Microsoft Corporation in the United States and other countries.

Literatura cytowana:

[1] Chris McDonald „CGM Engineering, Inc. , Performing Structural Health Monitoring of the 2008 Olympic Venues Using NI LabVIEW and CompactRIO”; sine.ni.com/cs/app/doc/p/id/cs-11279

[2] „Overview of Structural Health Monitoring Solutions”; zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/8426

Artykuł został napisany na podstawie referatu wygłoszonego podczas IX Sympozjum "Bezprzewodowy monitoring obiektów budowlanych" nt. kompleksowego zarządzania jakością w budownictwie w ITB w dniu 28 kwietnia 2009.