摘要：本文介绍一种桥梁监测系统的组网方法，包括了前端激光测距传感器设备、图像采集监控设备、水位传感器等设备的组网方式，本组网方式中间链路采用光纤进行信号传输，前端可以支持不同信号端口的设备，如图像采集设备等网口信号设备，激光传感器设备等串口信号设备，同时还可以扩展其他类型信号的设备，能够合理的将不同端口信号的设备进行统一组网，适用于距离较远且时延要求较高的设备组网，适用性广，组网连接稳定，方法简易有效。
关键词：桥梁；监测系统；组网方法；信号传输；信号扩展；
1.引言
我国江河众多，越来越多的跨江桥梁建设对我国经济发展具有极大的促进作用。但与此同时，随着交通运输业的不断发展，大量跨海、跨江桥梁兴建[1]，由于桥区水域通航环境复杂，桥梁不可避免地承担着一定的船舶碰撞或者其它来自自然的风险，桥梁往往成为水上交通事故多发地带，带来巨大的人员、经济、环境等方面的损失。桥梁监测系统可以实时的监测桥梁的安全状况，但由于桥梁的结构复杂，监测设备多种多样，需要一个统一的组网方案，能够契合不同的端口的设备，且需要保证线路拥有安全性高、时延低、可维护性强等优点，故本发明利用了光纤通信技术，光电转换技术等，实现多种设备的组网连接，本组网连接包括但不仅限于桥梁监测系统使用，其他类似的工程也可应用此组网方法来实现。
2.桥梁监测系统介绍
本文介绍的组网方法基于桥梁监控系统来实现的，系统包括视频监控装置、激光测高装置、报警装置以及主控机、集控中心，所述视频监控装置、激光测高装置、报警装置分别与主控机电连接，主控机与集控中心电连接，其中视频监控设备是由一系列摄像头及网络连接设备组成，摄像头监控来往的船只的位置，经由图像处理来判定船舶航行轨迹，用于完成对通航船只的偏航监测；激光测高装置由激光传感器，水位传感器以及网络连接设备组成，实时监测船舶的高度，水位的变化等，用于完成对通航船只的高度监测；主控机用于完成对通航船只运行状态的存储和处理；集控中心监测预警机制判断是否向船舶发布预警信息或其他信息，实现对船舶通航的远程监控[2]，此系统用于桥梁的安全防御，所以对网络的时延要求较高，可维护性要求较高，其次要求能够兼容不同端口设备的高效组网，能够为不同的设备进行适配不同的组网设备，最终将不同信号端口的设备全部连接到一个系统之中，为统一的数据交换及处理做好连接通道。极大的方便了整个系统的数据采集工作。
3.桥梁监测系统组网方法整体架构
如图1所示，本桥梁监控系统的组网方法包含三个部分，分别是外网接入及路由设定、图像采集设备的组网、激光传感器设备的组网，用于组网的设备及线缆主要有：光纤收发器若干、工业控制光猫若干对，四芯光纤、超六类网线、光猫、交换机，光纤终端盒、电源线等等。
外网接入采用光纤接入，连入光纤终端盒进行熔纤，再利用跳线连入光猫实现链路的连通，进入光猫进行外网的连通并进行路由功能的设定，再通过超六类网线连入交换机进行端口的扩展，交换机的规格按照实际的网口需求进行选择。
桥梁上图像采集设备通过网线传回视频信号至机房，而由于距离过大，时延要求低、线缆的抗腐蚀性要求高，中间链路使用光纤传输，所以机房与设备两端都要进行信号的转换，故再摄像头集中处设立控制箱进行信号的转换，控制箱中设备有光纤收发器，光纤终端盒，还有电源开关提供设备的供电。
图1 桥梁监测系统组网整体架构图
4.桥梁监测系统网口设备组网
桥梁监测系统网口设备（图像采集设备）主要是用于监测船舶航行轨迹的摄像头组成，由于桥梁通航孔以及相邻桥墩间距较大，长达几百米，且走线不方便，网线不能满足时延及长久使用的要求，为保证通信质量，采用光纤作为中间链路。
网口信号的组网如图2所示，组网设备包括交换机、光纤交换机、光纤终端盒各一对，机房及主控设备所在，所有的信号需要集中到此处进行统一分析，设备端即摄像头所在地，如图2所示，机房中的交换机接出来的网线为了转换成光纤信号需要先通过光纤收发器转化成光信号，再通过跳线接入光纤终端盒，熔纤后就可以将光纤线通过桥梁上专用的线路通道拉至不同位置的控制箱。控制箱负责将网口信号与光纤信号进行转换，具体是通过控制箱中的光纤终端盒进行熔纤，通过跳线接入光纤收发器，再转化成网口输出，此时网口连接到交换机进行端口扩展，再通过网线接入附近的网络摄像机进行图像信号的采集，由于桥梁上环境恶劣，为了保证网线的安全长久使用，应使用管道进行线缆保护。
图2 桥梁监测系统网口信号组网示意图
5.桥梁监测系统串口设备组网
激光测距传感器设备的组网，由于距离过长，岸边延河岸长度700-1000米，走线上桥到机房也要几百米，选用光纤作为中间链路进行信号的传输，由于激光测距设备采用485串口进行通信，故在设备端和机房端采用配对的工业控制光猫进行光纤信号与串口信号的转换。
如图3所示，由于激光传感器设备通过串口信号进行通信，机房需要发送指令给设备，也需要接收激光设备返回的串口信息，故采用配对的工业控制光猫，实现双向通信，具体组网方法是机房出来的串口信号，通过工业控制光猫来转化为为光纤信号，再通过跳线接入光纤终端盒，熔纤后将光纤线通过线路通道拉至桥下，再拉至岸边的铁塔上的控制箱。铁塔上的控制箱负责将光纤信号与串口信号进行转换，具体是通过控制箱中的光纤终端盒进行熔纤，通过跳线接入与机房配对的工业控制光猫，转化成串口信号输出，此时串口信号线连接到铁塔上的激光传感器设备，由于铁塔上环境恶劣，为了保证线缆的安全长久使用，应使用管道进行线缆保护。
图3 桥梁监测系统串口信号组网示意图
6.创新性分析
本文提出的一种桥梁监测系统的组网方法，相较于现有的各种组网方法，特别为桥梁及类似工程设计，对于多端口类型的设备的统一提供了一个简单高效、可扩展的组网方法，该方法保证线路拥有高安全性、低时延；并且能够很简单的进行维护。
7.结语
本文提出新型的基于桥梁监测系统的组网方法的设计及其实施方案，本方法主要采用光纤、网络中继设备、，网络转换设备对不同的终端设备进行组网连接，虽然是基于桥梁监测系统来研究制定，但此方法设计的目的即为实现多种设备的互联，统一数据到后台控制中心，故此方法具有通用性，可以应用于类似的工程中，为我国现有的大型监测系统的组网方法提供了新思路，具有广阔的应用前景和重要的现实意义。
参考文献：
[1]李华文.关于防范船桥碰撞事故的思考[J].珠江水运，2011（24）：73-74.
[2]刘畅，周曙，张彩云.一种新型的桥梁主动防船撞监测预警系统[J].《价值工程》，2018.
[3]张少军，谭志.计算机网络与通信技术。清华大学出版社.2012
论文作者:李雨童
论文发表刊物:《基层建设》2019年第3期
论文发表时间:2019/4/24
标签：设备论文; 桥梁论文; 光纤论文; 终端盒论文; 信号论文; 控制箱论文; 监测系统论文; 《基层建设》2019年第3期论文;