结构安全管理系统与信息集成技术

# 结构安全管理系统与信息集成技术 ## 1. Midas系统：离线安全管理数据库 Midas是一个用于管理和处理数据的系统，这些数据表征了由现场测量网络监测的结构的行为。与前一章介绍的在线系统不同，在线系统仅存储其算法所需的有限数据集，而Midas旨在作为一个历史数据库，采集系统收集的大量数据可以快速、可靠地传输、存储、更新、检索和处理，以监督机构要求的格式生成适合安全评估的所有图形表示。 ### 1.1 系统功能与数据 数据采集是了解结构行为的第一步。测量由自动数据采集系统提供，这些系统使用安装在现场（温度传感器、电应变计、自动铅垂线读取器等）和场外（用于数据收集、记录和传输的小型计算机）的电子设备。这种技术使得能够更频繁地监测结构。 Midas系统的创建旨在实现以下目的： - 应用程序和数据的独立性； - 能够定义数据之间的复杂关系； - 数据无冗余； - 数据安全； - 与数据库的通信便捷（用户可以在存储的各种数量之间建立链接）； - 能够开发新程序； - 能够进行集中数据控制。 数据库的结构允许存储原始的自动或手动读数，这些读数按列组织并定义为源测量值。然后，它们可以通过用户预定义的公式自动处理，以得出所谓的计算值。这种方法的优点是原始测量值保持不变（并可用于进一步处理），同时自动处理消除了手动操作可能导致的错误。此外，由于测量不需要任何初步的手动处理阶段，数据存储可以快速完成。 初步数据控制（相关性、傅里叶分析、最小值/最大值、平滑理论值等）可以突出由于不正确的过程或硬件故障导致的异常值（偶然误差或系统误差）。 在Midas中，可以使用几种不同类型的统计模型来监测所有影响量（位移、渗流、沉降等），前提是有测量值可用。实际上，当有足够长的因果量（流域水位、温度）和影响量的时间序列时，Midas可以利用回归技术来找到这些量之间的相关性，然后将其用作模型来预测监测量的值。当因果关系由结构分析而不是基于结构的过去历史确定时，量由确定性或先验模型控制。例如，这些模型可用于解释和监测结构及其基础的位移或旋转。最终，也可以使用混合模型，它混合了统计和确定性成分。 ### 1.2 系统特点总结 |特点|描述| | ---- | ---- | |数据存储|作为历史数据库，可存储大量采集数据| |数据处理|可自动处理原始读数得到计算值| |模型应用|支持统计、确定性、混合等多种模型| |系统架构|模块化结构，多用户可同时访问| |运行平台|可在PC、Unix和Vax/Vms工作站上运行| ## 2. 数据库与人工智能的集成 在结构安全方面，来自监测系统的定量数据可以与其他类型的信息（来自目视检查的定性数据、实验测试结果、设计图纸、旧解释）和不同类型的知识（经验关系、数值模型、定性模型）进行有益的集成，这些信息和知识与不同的专业领域（结构行为、水文学、地质学）相关。 为了实现这种集成，开发了人工智能技术，构建了第一个原型系统Damsafe，并随后从中派生了DoDi（大坝档案），该系统是为特定客户的需求而定制的。前者强调智能处理对安全管理的贡献，而后者基于所谓的弱信息系统概念。 ### 2.1 弱信息系统用于技术数据管理 大型结构和工厂的设计、建造和管理会产生大量的技术信息。这些信息可以通过不同的媒体存储和分发：有些可能是纸质的，而其他项目可能以数字形式托管在不同的系统中。这些信息在结构或工厂的整个生命周期（从设计到退役）中都被使用。在生命周期中，几类用户需要访问和修改信息（例如，设计师、维护人员或安全管理人员），并需要特定的可用信息视图。每个视图代表一种特定的访问和集成数据的方式。 一个能够管理此类问题的信息系统还必须处理以下技术要求： - 信息共享（在地方和中央办公室之间以及各合作伙伴之间）； - 链接分布式数据源； - 管理多媒体数据； - 提供技术解决方案以处理异构环境并提供通用的人机界面。 另一个基本限制是开发成本，考虑到对于运营结构，问题是如何处理随着时间推移而演变的信息源。为了降低成本，还必须考虑以下主题： - 重用现有数据库； - 减少从头开始开发； - 为系统的开发安排演进路径。 ### 2.2 强信息系统与弱信息系统对比 现有的处理上述要求的方法从没有真正集成的解决方案（信息片段被收集，如果需要以数字形式，并叠加一些索引机制）到设计一个独特的数据库或产品模型作为集成基础的强解决方案。强解决方案导致强信息系统，而在无集成方法和强集成方法之间，可以提出概念和技术来开发中间类型的信息系统，即弱信息系统。它们可以利用比纯索引更知识密集型的集成优势，同时避免强方法的成本和可行性问题。 |对比项|强信息系统|弱信息系统| | ---- | ---- | ---- | |数据模型|通用数据模型|多个特定集成模型| |系统架构|面向数据库的架构|通过添加集成层集成多个数据源| |设计方式|一次性设计|成长过程| |旧系统处理|重新设计旧系统|集成旧系统| ### 2.3 弱信息系统架构 弱信息系统的架构由以下部分组成： - 信息源层（数据库、计算程序、子系统）； - 集成层。 集成层由以下子层组成： - 抽象层（信息模型）； - 模型与人类之间的通信层（计算机 - 人类界面）； - 模型与信息源之间的通信层。 弱集成系统的基本概念是在现有信息层上添加一个新的产品和过程的多个部分模型层。每个模型可以包含某种特定知识，并作为一种根据特定用户视图来组织和访问信息的方式。 例如，在大坝档案的描述中，可以通过以下模型访问有关大量在用大坝管理的信息： - 一个唯一对象（或通过部分关系链接的对象层次结构）对大坝进行建模，并使能够链接相关信息（测量、图纸、图像、基本参考数据、调查、过去的安全评估、测试、设计文件），这些信息分布在许多地理上分散的数据库中。这种类型的模型为评估结构安全状况的技术人员提供服务； - 一个对象层次结构描述了构成在用大坝管理过程的整个活动集。通过这个层次结构，可以访问与前一个模型相关的部分相同信息以及其他信息，如法律、标准和公司规定。 这些模型作为专门的接口，有助于访问和组织信息，使得信息的综合不是对其进行新的打包，而是一组提供特定导航路径的链接。 ### 2.4 弱信息系统的互联网技术实现 弱信息系统的实现可以利用互联网软件技术。选择这种技术的主要原因如下： - 互联网上可用的软件组件基于客户端 - 服务器架构，并且可在各种平台上使用。这使得设计集成不同环境的分布式应用程序变得容易； - 该技术主要基于事实上的标准，支持应用程序的稳定性、互操作性和发展能力； - WWW分布式超文本技术是开发集成层的有用工具。这允许直接管理超媒体文档。此外，像CGI这样的标准接口机制使得能够集成现有数据库和应用程序； - 超文本技术本身使得能够编写简单的产品和过程模型。使用相同的技术，可以开发标准的人机界面并将模型链接到现有信息库； - 如果需要更复杂的