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原文传递基于网络的桥梁智能化施工控制系统研究

论文题名：	基于网络的桥梁智能化施工控制系统研究
关键词：	桥梁施工;施工控制;健康监测系统;人工智能
摘要：	施工控制是桥梁施工过程中的关键性问题之一。随着中国开始陆续修建创世界记录的跨江跨海大桥，施工控制遇到了新的挑战与机遇。根据大规模跨江跨海大桥建设过程中的需要和国内外桥梁施工控制技术的发展趋势，本文在总结传统桥梁施工控制过程中获得的理论与实践经验的基础上，综合运用网络技术、人工智能技术等多种新技术，提出建立一种新的桥梁施工控制系统：基于网络的桥梁智能化施工控制系统。研究开发这样一种基于网络的桥梁智能化施工控制系统，对彻底弥补现有施工控制技术的不足，全面提高施工控制技术水平，有着极其重要的理论与实际意义，并具有良好的市场前景。若将其与成桥后的桥梁健康监测系统整合在一起，实现无缝衔接，将极大的降低桥梁健康监测系统的投入，取得良好的社会和经济效益。为实现上述目标，本文进行了如下内容的研究： (1)建立了基于网络的桥梁智能化施工控制系统的体系结构。该智能化施工控制系统由三个分系统组成：数据高速采集系统、数据双向传输网络系统、计算分析与控制决策专家系统，建立了系统拓扑结构图与三个分系统之间的流程框图。通过分析桥梁施工控制中的数据采集类型及各种数字化数据采集设备特点，建立了一个全数字化的数据高速采集系统，以满足数据高速采集的需要；分析各种数据传输方式，提出以Internet或手机通信网络为媒介，建立数据双向传输网络系统；研究计算分析与控制决策系统的组成结构，并引入专家系统，以实现自动化的智能控制。通过三个分系统的建立，从数据采集、数据传输到控制决策，实现实时化与智能化，从而使桥梁施工控制达到高精度、高智能与高效率。 (2)构建了桥梁智能施工控制专家系统的理论体系。专家系统是桥梁智能化施工控制系统的核心。本文根据一般专家系统的特点与桥梁施工控制系统的要求，提出智能施工控制专家系统的目标、功能与开发原则，建立了智能施工控制专家系统总体结构模型图。该专家系统融合了控制、预测、决策、监视、解释、咨询等专家系统的功能。在施工控制知识库的构建中，分析了知识层次结构，提出了一种面向对象、规则表示、动态链接库与文本知识综合起来的集成表示方法，并对定性知识提出了量化方法。为使知识库知识不断更新、完善，研究了知识库中可能存在的问题，并提出了相应的处理方法。设计了推理机的结构，提出了分析推理方式、控制策略，提出了推理的步骤和方法。建立专家系统的解释机构，采用预制文本法与追踪解释法相结合以实现解释机构。为适应智能施工控制专家系统的远程诊断与辅助决策，还讨论了远程控制的功能与结构，并研究了建立基于Internet的远程诊断与辅助决策系统的关键技术。 (3)根据施工控制专家系统的理论基础，分别建立连续梁(刚构)桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥等四种桥型的代表性知识库与数据库，详细讨论各种桥型施工控制中的关键知识与实现方法，使施工控制专家系统能胜任各种桥型的智能施工控制。 (4)研究智能施工控制专家系统的软件开发的关键技术。通过比较分析，确定系统的计算核心开发工具采用Visual Fortran，软件界面开发采用Visual Basic，数据库开发采用SQLServer。为解决计算程序与VB界面的无缝衔接，讨论了VB与Visual Fortran混合编程的关键技术。通过动态链接库和文本规则存储于数据库两种方法，解决了施工控制知识在软件系统中的存储与可控管理问题。还研究了数据库中数据的图表显示、存储编辑、自动处理、安全预警、文件报表的生成和基于Internet的数据交互功能等技术。该软件将桥梁计算分析技术、数据库技术、人工智能技术、网络技术有机结合起来，实现了远程智能化施工控制。 (5)本文最后将基于网络的桥梁智能化施工控制系统应用于实际工程。控制过程及结果表明：该系统采集数据全面、高效，数据传输快捷，计算结果可靠，控制决策高效准确，控制效果理想，较好地完成了大规模跨江桥梁工程的施工控制任务，同时也为桥梁建设各方参与施工控制协商、问题咨询、数据查询、辅助决策等提供了良好的平台。
作者：	袁帅华
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	肖汝诚
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学土木工程学院
学位年度：	2008
正文语种：	中文