王鳴輝

（中鐵大橋局集團武漢橋梁科學研究院有限公司，湖北 武漢 430034）

0 引言

橋梁健康監(jiān)測系統是對橋梁的狀態(tài)進行長期不間斷地監(jiān)測，并對橋梁的整體狀態(tài)進行評估和分析，及時預報橋梁結構的安全隱患，以便為橋梁的維護和保養(yǎng)提供相應的數據和依據的一套系統。由于大部分系統都是采用Windows操作系統，因此本文所闡述的自診斷系統也僅限于Win?dows操作系統。一般的橋梁健康監(jiān)測系統的組成結構如圖1所示。

圖1 橋梁健康監(jiān)測系統結構圖

由圖1可以看出，橋梁健康監(jiān)測系統是由各種數據的采集子系統與數據處理子系統的集成，不同的橋梁健康監(jiān)測系統會根據需要設計不同的數據采集系統和數據處理系統。而這些系統的集成主要是通過相應的工控機、服務器組成的局域網以及具有相應功能的軟件來實現的。橋梁健康監(jiān)測系統運行的穩(wěn)定性直接關系到橋梁維護和保養(yǎng)的決策。因此在橋梁健康監(jiān)測系統中有必要增加一個系統自診斷功能，以此來判斷系統本身的運行是否正常。

1 系統自診斷所包含的主要功能及主要技術

由圖1可知在健康監(jiān)測系統中包含多個采集工控機和服務器，這些工控機和服務器是系統的核心，系統自診斷程序的主要作用是監(jiān)測這些設備是否工作正常。因此系統自診斷程序主要監(jiān)測以下幾個項目：

1）各個工控機、服務器和網絡設備是否在線（Ping各個網絡設備的IP來判斷是否在線）；

2）各個工控機和服務器上的指定程序是否在運行；

3）各個工控機和服務器上的存儲空間是否足夠；

4）各個采集子系統的采集數據量是否正常。

1.1 網絡設備的在線監(jiān)測

監(jiān)測各個網絡設備是否在線，實際上就是按照一定的時間周期來Ping各個網絡設備的IP地址。如果各網絡設備都能夠Ping成功，則不發(fā)出報警信息；否則就將Ping失敗的IP通過短信或者其他形式發(fā)送給維護人員。

NetCommunication.dll中封裝了Ping IP地址的功能。在Visual Studio建立的Windows應用的項目中添加NetCommunication.dll引用，然后在代碼中添加命名空間，最后調用類CPing類中的靜態(tài)方法CmdPing（），并將要Ping的IP作為字符串類型的參數帶入到該方法即可。如果Ping成功則返回true，否則返回false。具體代碼如下：

1.2 各個工控機和服務器上的指定程序的監(jiān)測

監(jiān)測各機器上指定的程序是否在運行，實際上是在指定的網絡設備都在線的基礎上，對各個設備中指定的進程進行監(jiān)測。如果指定進程存在，則不發(fā)出報警信息；否則，通過短信或者其他形式將信息發(fā)送給維護人員。

在System.Management的命名空間中，提供對大量管理信息和管理事件集合的訪問，這些信息和事件是與根據Windows管理規(guī)范（WMI）結構對系統、設備和應用程序設置檢測點有關的。應用程序和服務可以使用從 ManagementObject?Searcher和ManagementQuery派生的類，查詢感興趣的管理信息，例如有哪些進程在運行、在磁盤上還剩多少可用空間等等［1］。

使用ManagementObjectSearcher派生類查詢指定機器上的進程可按照以下步驟進行：

1）初始化ConnectionOptions類，并設置User?name和Password屬性為指定機器的用戶名和密碼。設置Authority屬性為ntlmdomain：DOMAIN，使用NTLM身份驗證。NTLM是Windows NT早期版本的標準安全協議，Windows 2000支持NTLM是為了保持向后兼容，因此也可用于XP系統［2］。NTLM是Windows 2000內置3種基本安全協議之一。具體代碼如下：

2）初始化ManagementScope類，并將目標IP作為參數帶入構造函數，代碼如下：

3）調用派生類ManagementObjectSearcher中的Get（）方法獲得想要得到的信息，如想要得到所有的進程名，則在初始化ObjectQuery類的時候帶入參數”SELECT*FROM Win32_Process”即可。具體代碼如下：

經過以上3個步驟，可以得到指定的機器中運行的全部進程的信息。這些信息都存儲在實例queryCollection中。將queryCollection強制轉換成ManagementObject后，讀取 queryCollection［“name”］集合中的各個元素即可得到進程名稱。

1.3 各個工控機和服務器上的存儲空間的監(jiān)測

監(jiān)測各機器上的存儲空間，實際上是在指定網絡設備都在線的基礎上，對各個設備中磁盤的剩余空間進行監(jiān)測。如果剩余空間足夠，則不發(fā)出報警信息，否則就通過短信或者其他形式將信息發(fā)送給維護人員。

在System.Management的命名空間中，也可通過 ManagementObjectSearcher和 ManagementQue?ry派生的類獲取磁盤的各種信息，方法同1.2節(jié)中所介紹的大致相同，只是在第三步中，將初始化ObjectQuery類時帶入的參數改為”select FreeSpace，Size，Name from Win32_LogicalDisk where DriveType=3”即可。最后分別將代表驅動器名稱、驅動器存儲總容量和驅動器剩余容量的queryCollection［“name”］、queryCollection［“Size”］和 queryCollection［“FreeSpace”］集合中的元素分別讀取即可。

1.4 各個采集子系統的采集數據量監(jiān)測

橋梁健康監(jiān)測系統需要測量橋梁的各種狀態(tài)數據，如主梁位移、溫度、塔偏、應力、索力、振動等。每種數據根據分析的需要會設置不同的采集頻率，如主梁位移的頻率一般是1 Hz，溫度數據的頻率為0.017 Hz，也就是1 min一次，動應變的頻率一般是20 Hz或者更高［3］。因此在單位時間內每種數據的數據量是不同的。當健康監(jiān)測系統的某個采集子系統發(fā)生故障的時候，往往會引起數據量的不足，因此通過對單位時間內數據量的統計，也可作為判斷監(jiān)測系統是否正常運行的一個依據。

以主梁位移數據為例。主梁位移數據的采樣頻率是1 Hz，因此1個小時內的數據量應該是3600條。系統自診斷程序將利用SQL語句中模糊查詢的功能，獲得原始數據庫中指定的一個小時內的所有記錄的條數，然后與3600相比，如果比值大于規(guī)定的一個值（如95%或者更高），則證明主梁位移采集系統正常。

2 系統自診斷的實現方法

2.1 開發(fā)平臺

整個系統在Windows操作系統下，采用Visu?al Studio.NET 2008進行開發(fā)。數據庫采用SQL 2005。

2.2 實現方法

為了使自診斷程序有一個良好的人機交互界面，使用了TreeView控件，用于編輯相應的信息，使用了ListView控件來顯示自診斷的結果。系統界面如圖2所示。

用戶通過界面對樹狀菜單上的各個節(jié)點進行添加、刪除、編輯等操作。點擊左下角的開始按鈕，自診斷系統便開始運行各個診斷功能，并將診斷的結果顯示在右邊的ListView控件中。如果需要定時進行自診斷，則可使用Timer控件調用這些功能。

圖2 系統界面圖

如果自診斷系統檢測到某些問題，則會將報警信息寫入數據庫的指定表中（見圖3）。

圖3 報警信息存儲界面

報警信息寫入數據后，則可以通過報警界面或者短信、或者其他方式通知維護人員進行維修。

3 結語

系統自診斷是一個較復雜的系統。本文針對橋梁健康監(jiān)測系統的自診斷功能，闡述了系統自診斷的基本內容和實現方法。隨著橋梁健康監(jiān)測系統的不斷發(fā)展，其地位在橋梁的管養(yǎng)中越來越重要。自診斷系統作為健康監(jiān)測系統的一部分，并不獨立于健康監(jiān)測系統之外，其功能是保障健康監(jiān)測系統的正常運行。一個成功的自診斷系統，可以使系統的維護工作有的放矢，提高效率。目前系統的自診斷功能還處在起步階段，隨著新技術和新方法的應用，系統的自診斷功能會越來越完善。

［1］Ferguson J，Patterson B.C#寶典［M］.蓋江南，朱海綾，王勇，等譯.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［2］湯濤..NET企業(yè)級應用程序開發(fā)教程［M］.北京：清華大學出版社，2005：312.

［3］范立礎.橋梁工程［M］.北京：人民郵電出版社，1979.