米兰的圣西罗体育场（又名梅亚查）作为大型体育场，一直面临着一些建筑结构上问题，比如人们使用建筑物内部设施带来的结构应力（举办音乐会时乐曲、歌曲带来的振动）。米兰市政府请米兰理工大学（是意大利最大也最负盛名理工科大学）对梅亚查体育场进行研究，并设计一个新型的监控系统，能够测量振动、金属部件腐蚀和其他物理参数。整个监控系统必须坚固耐用、适用于体育场环境，可以克服高温、强振以及复杂的电磁环境等不利因素。
图1. 梅亚查体育场
米兰梅亚查体育场兴建于1925 年，与50 年代和80 年代扩建了中圈和外圈看台，可容纳八万名观众。最初体育场用于足球比赛，从80年代后期开始，体育场也举办非体育活动，比如音乐会、演唱会等。在足球比赛和音乐会期间，人们会感觉到体育场有强烈振动。这是由于成千上万的人随着音乐的旋律跳跃和舞动引起的。为了应对这样的问题，米兰理工使用结构评估、模态分析、动/ 静态测量和腐蚀测评等方法研究了体育场的状态。通过大量的实验和数据分析表明，有必要为进行振动、应力、温度和其他物理量的定量分析搭建一个实时监控系统，以评估长时间下体育场的结构特性、变化趋势，并预报危险情况。
体育场举办音乐活动时，观众随着旋律摇摆、舞动或者跳跃，引起结构振动。振动幅度随着这种由观众引起的、交替性的外力而变化。振动的强度不仅于观众人有关，如果歌曲的节奏（引起的观众的运动）与结构的固有频率匹配时，振动会明显加强。因此，需要测量这种情况下的振动，在达到引起破坏的量级之前采取控制措施。
监控系统必须连续测量0～50Hz振动范围内相关的物理量，进行可靠的数据采集、存储和传输。米兰理工大学的力学和热学测量组曾经为很多建筑搭建过实时监控系统，在这一领域享有盛誉。对于梅亚查体育场的应用，他们基于CompactRIO 平台搭建一个业内领先水平的系统，并利用LabVIEW图形化编程环境开发了功能强大的软件程序。
传感器的功能是量化各种物理量，从传感器的角度来看，为了尽可能保证采集精度，采集模块和传感器之间的连线需要尽可能的缩短。从网络的角度来看，布线越长越好，这样采集模块可以集中而变少。因此这两者之间有一个妥协。因为测量中大量使用了加速度计，所以使用ICP标准的加速度计可在两者之间找到比较好的平衡。
PC 安放在一个受保护的环境中，作为系统的主控端。在通常的操作条件下，他主要是收集和分析各个采集节点上的数据。在搭建过程中，它还可以在配置节点和校准传感器时作为人机界面。PC 还可以作为Internet 网上远程访问本系统的网关。这个测试系统的关键部分是如何经济有效的放置分布式的数
据采集节点。最终目的就是在上万部手机、成百电视信号收发天线和无数的电力传输的环境下，减少传感器连线，改善采集效果。
图2. 监控系统的主控室
使用CompactRIO，系统有了可靠的数据采集节点，并且把数据有效的存储在本地。通常主控PC 负责协调这些节点，并且控制数据存储和回传。如果主控PC 不能正常工作，每一个CompactRIO 节点仍然可以采集数据，并独立保存数天的数据。CompactRIO 提供了强大的计算和存储功能，小巧的体积，并能承受高湿度等不利环境因素。目前整个体育场的监控系统使用了14 套CompactRIO 硬件设备。
此外，很重要的是它还具有很好的扩展、升级的性能。一个大规模的系统节点数和信号接入类型非常重要。尤其对于动态信号采集，CompactRIO 平台还提供了数字和模拟的滤波器。
图3. 振动信号分析界面
LabVIEW 是一种方便快捷的开发语言，力学组的研究人员一部分工作必须深入结合采集系统。使用LabVIEW，不需要无需高级软件技巧，即可在任何时刻做对系统任意的修改。系统的管理软件提供了非常灵活、便捷界面，从底层配置到常规控制。经过长时间运行，证明系统稳定可靠。最后，作者致谢米兰市政府、国际和米兰足球协会的支持。
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Giovanni Moschioni
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