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结构健康监测物联网系统的云计算应用研究

陈亮  
【摘要】:结构健康监测系统是保障重大工程结构安全的重要手段,对于保障城市安全和城市功能的正常发挥以及经济和社会的可持续发展具有重大意义。实现结构健康监测与物联网的融合是数字城市建设的必然要求,可促进结构健康监测发展,使其发挥更大作用。云计算技术是物联网海量感知数据高效智能处理的重要支撑技术,将物联网和云计算技术应用到结构健康监测领域是一个重要的研究方向。 为了实现物联网在结构健康监测领域的应用,本文根据结构健康监测的要求,提出了结构健康监测物联网的总体方案;考虑云计算对该系统的支持,分析了结构健康监测中加速度响应信号处理等任务的可并行性,利用分析结果对结构健康监测云中的计算与存储进行了概念设计;为了验证云计算的应用分析,利用MATLAB对ITD模态参数识别任务进行了分布式计算模拟。本文具体完成了以下三方面工作: 提出了结构健康监测物联网系统的总体方案,并基于功能需求分析了各功能子层的概念设计,同时设计了C/S与B/S混合的结构健康监测物联网管理系统体系结构。 分析并得到了结构健康监测基于加速度响应的模态参数识别、损伤诊断、模型修正和安全评定等任务的可并行性分析结果,也分析了相关任务的分解、计算与存储策略以及云中分布式计算适用性。并利用上述分析结果对结构健康监测云中的计算与存储进行了概念设计,主要考虑云中计算与存储的整合和迁移;针对纵向数据分块策略,举例部署了ITD模态参数识别和有限元模型修正任务在云中计算与存储的整合和迁移及其执行控制。 利用MATLAB并行和分布式计算工具箱对ITD模态参数识别任务进行了云计算模拟,模拟实现了pmode、parfor、SPMD共3种并行结构5个并行计算程序的单机和多机云中分布式计算。并将其与单机串行计算对比,分析了模拟分布式计算对计算效率的提高,结果显示其中的通信代价不可忽略,同时对模拟分布式计算与云中分布式计算进行了理论对比分析,着重分析了两者的不同,通过对比得出了云中分布式计算更高效更稳定可靠的结论。


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