一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無線監(jiān)測技術領域，具體涉及一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]橋梁在長期運營的過程中，受到多種復雜的自然環(huán)境、突發(fā)的人為因素以及橋梁自身構(gòu)件老化等各種因素的綜合影響，不可避免地會導致結(jié)構(gòu)不同程度的損傷。這些損傷如果得不到及時發(fā)現(xiàn)和處理，會對橋梁的安全運營造成不可預料的后果。據(jù)統(tǒng)計，我國從2007年起至今有過報道的就有至少34座大橋發(fā)生坍塌事故，200余人受傷。因此橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀況一直受到公眾的關注。目前，一般通過在橋梁結(jié)構(gòu)中埋入傳感器檢測其健康狀況。但是，有線監(jiān)測需要布設大量電纜線傳輸信息，不僅耗資巨大，而且安裝與后期維護也不方便，更無法做到長期實時監(jiān)測。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，本發(fā)明有效解決了傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)為有線監(jiān)測，需要步設大量的電纜線，不但成本高，而且維護不方便，從而導致無法實時監(jiān)控的問題。
[0004]本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn):
一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括多個傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡和多主體協(xié)調(diào)技術對網(wǎng)絡覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進行信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并將數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送給上位機監(jiān)控中心。
[0005]本發(fā)明進一步技術改進方案是:
所述傳感器主體包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線收發(fā)模塊，上述模塊由電源模塊提供工作電源；
所述傳感器模塊包括加速度傳感器、電阻應變片、位移傳感器以及壓力傳感器構(gòu)成，傳感器模塊通過調(diào)理電路與數(shù)據(jù)處理模塊連接；
所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器和存儲器；
所述的無線收發(fā)模塊由無線收發(fā)器構(gòu)成。
[0006]本發(fā)明進一步技術改進方案是:
所述網(wǎng)關節(jié)點包括無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通信模塊構(gòu)成；所述的數(shù)據(jù)處理模塊又微處理器和存儲器構(gòu)成。
[0007]本發(fā)明進一步技術改進方案是:
所述系統(tǒng)軟件采用Itepast多主體協(xié)作平臺，形成用以生成、運行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進行編寫和設計橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報警功能。
[0008]本發(fā)明進一步技術改進方案是:
所述數(shù)據(jù)處理模塊采用8051微處理器構(gòu)成；所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片。
[0009]本發(fā)明進一步技術改進方案是:
所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片；所述數(shù)據(jù)處理主體模塊由cortex-MO微處理器和存儲器組成；所述無線通信模塊采用TD-LTE無線通信模塊。
[0010]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下明顯優(yōu)點:
一、本發(fā)明采用無線傳感網(wǎng)絡技術傳輸數(shù)據(jù)，不僅解決了實時布線等問題，節(jié)省了電纜線安裝和維護的成本，而且在一些人無法到達的艱難環(huán)境中，發(fā)揮著重大的作用；
二、本發(fā)明將WSNs和多主體協(xié)作技術結(jié)合，應用在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作時，各個主體對橋梁結(jié)構(gòu)信息進行采集和處理，如果成功采集到數(shù)據(jù)則向管理中心發(fā)送監(jiān)測結(jié)果，對于復雜的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測任務，則求助于其他智能主體，通過多個智能主體之間的相互協(xié)作共同完成復雜結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測任務；
三、本發(fā)明多主體系統(tǒng)是人工智能技術和分布計算相結(jié)合的產(chǎn)物，具有如下優(yōu)點:
1)主體之間可以相互通信，從而可以發(fā)展出不同的規(guī)劃和求解方法，用來處理不確定和不完全的信息；
2)由于系統(tǒng)中主體可以異構(gòu)，因此通過主體間的通訊和協(xié)作管理控制，可以使多主體系統(tǒng)擁有對復雜系統(tǒng)無可比擬的表達力，進而可以很好的表達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；
3)該技術打破了目前只是鄰域的一個局限，即只使用一個專家，因此可以完成復雜龐大系統(tǒng)的任務；
因此，多主體協(xié)作技術的引入，不僅可以實現(xiàn)不同傳感器信息的協(xié)調(diào)、不同監(jiān)測子區(qū)域間的協(xié)調(diào)，而且可以構(gòu)建復雜和強健的分布式信息處理系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明傳感器主體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的網(wǎng)關節(jié)點結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實施例一傳感器節(jié)點分布圖；
圖5為本發(fā)明實施例一的測試圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1、2、3所示，本發(fā)明包括多個傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡和多主體協(xié)調(diào)技術對網(wǎng)絡覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進行信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并將數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送給上位機監(jiān)控中心；所述傳感器主體包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線收發(fā)模塊，上述模塊由電源模塊提供工作電源；所述傳感器模塊包括加速度傳感器、電阻應變片、位移傳感器以及壓力傳感器構(gòu)成，傳感器模塊通過調(diào)理電路與數(shù)據(jù)處理模塊連接，混凝土專用電阻應變片，通過埋入結(jié)構(gòu)中來監(jiān)測阻值的變化，把位移傳感器安置在橋梁底端，在橋梁的兩端安置壓力傳感器和加速度傳感器；所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器和存儲器；所述的無線收發(fā)模塊由無線收發(fā)器構(gòu)成；所述網(wǎng)關節(jié)點包括無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通信模塊構(gòu)成；所述的數(shù)據(jù)處理模塊又微處理器和存儲器構(gòu)成；所述系統(tǒng)軟件采用Itepast多主體協(xié)作平臺，形成用以生成、運行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進行編寫和設計橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報警功能；所述數(shù)據(jù)處理模塊采用8051微處理器構(gòu)成；所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片；所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片；所述數(shù)據(jù)處理主體模塊由cortex-MO微處理器和存儲器組成；所述無線通信模塊采用TD-LTE無線通信模塊。
[0013]實施例一、
如圖4、5所示，以結(jié)構(gòu)較簡單某拱橋為例，全橋長212.2m，橋?qū)挒?.3m，一共有11孔。整個橋梁分為11個子區(qū)域，每個區(qū)域安置11個電阻應變片、兩個位移傳感器和兩個壓力傳感器；在橋梁的兩端分別安置加速度傳感器，整個布置如圖4所示，總共布置11個傳感節(jié)點，在第五個孔中心位置布置一個基站。同時，整個網(wǎng)絡以孔為單位來分簇，傳感器將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱仡^，最后通過TD-LTE接入互聯(lián)網(wǎng)中，打開監(jiān)測界面，將所有設置調(diào)整到需要位置進行橋梁檢測。設置所有傳感器以50Hz的頻率對橋梁進行應變、壓力、位移、加速度信號采集，在監(jiān)測過程中，當車通過橋時，橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會產(chǎn)生變化，此時應變、壓力、位移、加速度傳感器都將接受到信號，各自產(chǎn)生相應的峰值。如圖5所示，通道1-3是混凝土應變片，4-11是鋼筋應變片，12-13是位移傳感器數(shù)據(jù)，14-15是加速度傳感器數(shù)據(jù)，16是壓力傳感器數(shù)據(jù)。其中應變片的峰值為2558.06 ;加速度為25.8m/s2 ;位移是1225.7mm;壓力最大是2520.1kg ;而根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的建設資料可知，該橋梁的應力極限為4Mpa，鋼筋的應力極限為270 Mpa,限重55噸。經(jīng)分析，差值均在允許范圍之內(nèi)，表明該橋梁的健康狀態(tài)良好，無需對其進行針對性維修。
[0014]本發(fā)明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括多個傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡和多主體協(xié)調(diào)技術對網(wǎng)絡覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進行信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并將數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送給上位機監(jiān)控中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述傳感器主體包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線收發(fā)模塊，上述模塊由電源模塊提供工作電源； 所述傳感器模塊包括加速度傳感器、電阻應變片、位移傳感器以及壓力傳感器構(gòu)成，傳感器模塊通過調(diào)理電路與數(shù)據(jù)處理模塊連接； 所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括微處理器和存儲器； 所述的無線收發(fā)模塊由無線收發(fā)器構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述網(wǎng)關節(jié)點包括無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)處理模塊以及無線通信模塊構(gòu)成；所述的數(shù)據(jù)處理模塊又微處理器和存儲器構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)軟件采用Itepast多主體協(xié)作平臺，形成用以生成、運行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進行編寫和設計橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報警功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)據(jù)處理模塊采用8051微處理器構(gòu)成；所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述無線收發(fā)模塊采用CC2530芯片；所述數(shù)據(jù)處理主體模塊由cortex-MO微處理器和存儲器組成；所述無線通信模塊采用TD-LTE無線通信模塊。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于WSNs和多主體協(xié)作的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：所述監(jiān)測系統(tǒng)包括多個傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡和多主體協(xié)調(diào)技術對網(wǎng)絡覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進行信息采集、數(shù)據(jù)處理和傳輸，并將數(shù)據(jù)最終通過網(wǎng)關節(jié)點發(fā)送給上位機監(jiān)控中心。本發(fā)明有效解決了傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)為有線監(jiān)測，需要步設大量的電纜線，不但成本高，而且維護不方便，從而導致無法實時監(jiān)控的問題。
【IPC分類】G08C17-02, G01D21-02, G01M99-00
【公開號】CN104729869
【申請?zhí)枴緾N201510116149
【發(fā)明人】李倩倩, 俞阿龍, 王袁
【申請人】南京工業(yè)大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月17日