專利名稱：橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)及應(yīng)急預(yù)警控制技術(shù)，具體涉及一種用于重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
橋梁和其它重大基礎(chǔ)設(shè)施如隧道、大壩、高速鐵路等，在長時(shí)間的運(yùn)營下會(huì)因天氣、震動(dòng)、撞擊、自身老化等因素影響其本身的結(jié)構(gòu)安全狀況，從而造成公共安全隱患， 事故一旦發(fā)生不僅會(huì)造成重大財(cái)產(chǎn)損失，更會(huì)嚴(yán)重地危害生命。因此，對(duì)重大基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全的監(jiān)測(cè)并在危急狀態(tài)下提供有效預(yù)警信息是相當(dāng)重要的。
對(duì)于重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全傳統(tǒng)人工檢測(cè)的方法，不僅周期長效率低，并且難以有效發(fā)現(xiàn)隱患，無法做到實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)評(píng)估及預(yù)警。而目前使用的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多采用有線傳感器技術(shù)，布線施工較為復(fù)雜，且難以進(jìn)行系統(tǒng)更新如添加或刪除監(jiān)控節(jié)點(diǎn)；對(duì)于已建成的設(shè)施進(jìn)行后裝尤為困難，且容易對(duì)設(shè)施造成人為的損壞，增加安全隱患。新型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)克服了這些困難，布設(shè)方便，更新靈活。但無線系統(tǒng)的使用也受到環(huán)境的限制。無線傳感器所使用的無線傳輸技術(shù)是一種視距傳輸技術(shù)，易受障礙物的阻擋，在復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下不易布設(shè)；無線傳感器系統(tǒng)的傳輸距離通常較短，不適用于大跨度基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)。這兩種限制可以通過增加中繼節(jié)點(diǎn)解決，但增加了系統(tǒng)成本。另外，在封閉的空間以及鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)，如大型橋梁的鋼箱梁內(nèi)，多徑干擾會(huì)造成無線傳輸質(zhì)量的下降及錯(cuò)誤率的增加。
因此，針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)的重大基礎(chǔ)設(shè)施，不管是有線還是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，都存在著實(shí)際應(yīng)用的缺陷，需要一種新的傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法來滿足復(fù)雜結(jié)構(gòu)重大基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)。
現(xiàn)有技術(shù)公開的CN200810155659. 9公開了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)應(yīng)急監(jiān)測(cè)及預(yù)警方法，采用傳感器模塊安裝在橋梁兩側(cè)或底部受力點(diǎn)或梁、柱受力支承部位的網(wǎng)絡(luò)，用來采集橋梁溫度、濕度、震動(dòng)幅度、梁、柱的受力應(yīng)變數(shù)據(jù)，以及橋梁結(jié)構(gòu)變化的頻度和幅度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，傳感器模塊通過無線通信模塊無線與匯集節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)進(jìn)行收發(fā)，傳送采集并進(jìn)行處理過的數(shù)據(jù)，無線收發(fā)匯集節(jié)點(diǎn)連接基站節(jié)點(diǎn)，基站節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)；采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)應(yīng)急監(jiān)測(cè)和預(yù)警，傳感系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)經(jīng)過處理系統(tǒng)分解、變換以獲取所需要的參數(shù)后通過網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)后，利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷位置、損傷程度；采用多尺度方法損傷識(shí)別方法，對(duì)加速度與應(yīng)變信號(hào)同時(shí)進(jìn)行分析，這種方法融合了整體結(jié)構(gòu)信息(加速度)和局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)(應(yīng)變)。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)如下構(gòu)成監(jiān)測(cè)的傳感器節(jié)點(diǎn)每2-6個(gè)組成一個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)群組，每一個(gè)群組有一個(gè)匯集節(jié)點(diǎn)，該匯集節(jié)點(diǎn)完成群組內(nèi)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)匯集功能，且傳感器節(jié)點(diǎn)與且僅與群組內(nèi)匯集節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，匯集節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)不接傳感器。所有群組的匯集節(jié)點(diǎn)，組成I個(gè)或者多個(gè)群組，直接與基站節(jié)點(diǎn)通信(I個(gè)群組)，或通過群組內(nèi)的匯集節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)通信(多個(gè)群組)，基站節(jié)點(diǎn)將匯集節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)連接計(jì)算機(jī)，送到監(jiān)控中心，并且計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在異常情況下進(jìn)行報(bào)警，監(jiān)測(cè)人員可隨時(shí)了解橋梁運(yùn)行情況，達(dá)到結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)應(yīng)急監(jiān)測(cè)及預(yù)警的目的。
結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)應(yīng)急監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)采用分層結(jié)構(gòu)的方法，分層結(jié)構(gòu)包括數(shù)值計(jì)算函數(shù)、中間件和損傷識(shí)別算法給出橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種滿足橋梁等復(fù)雜結(jié)構(gòu)重大基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。針對(duì)前述的有線/無線傳感網(wǎng)技術(shù)的問題，設(shè)計(jì)一種新型的基于異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是融合多種數(shù)據(jù)傳輸方式，構(gòu)成異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)靈活部署，適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是采用傳感器模塊安裝在橋梁等重大基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來監(jiān)測(cè)采集關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)的振動(dòng)、應(yīng)變以及環(huán)境溫濕度、光照信息；有線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主塔與鋼箱梁內(nèi)部的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主塔與鋼箱梁的振動(dòng)、應(yīng)變片信息以及溫度、 濕度等環(huán)境信息，采用有線傳輸方式；無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主纜與懸索的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主纜與懸索的振動(dòng)、應(yīng)變等信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息；相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)基站安裝于主塔與邊塔之上，無線網(wǎng)絡(luò)基站位置處于橋梁的開放區(qū)域，無線傳感器節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)基站建立直接的視距連接，可有效進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸。
所述有線或無線傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊包括溫濕度傳感器、光照傳感器以及加速度傳感器、光電傳感器和外置的光纖傳感器；溫濕度傳感器和光照傳感器采集環(huán)境的溫濕度和光照信號(hào)，為數(shù)字式傳感器，直接連接至傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的系統(tǒng)總線；加速度傳感器和光電傳感器為模擬式傳感器，通過ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后接入傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的系統(tǒng)總線，加速度傳感器采集橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，光電傳感器通過外置的光纖傳感器采集橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)；光纖傳感器的激勵(lì)信號(hào)由傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC提供。
所述異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由無線與有線兩種傳感器節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)以及中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)并通過網(wǎng)絡(luò)連接；兩種傳感器節(jié)點(diǎn)分別為基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)和基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)的有線傳感器節(jié)點(diǎn)；安裝位置接近的多個(gè)同種傳感器節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)群組，向同一個(gè)基站節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，無線基站節(jié)點(diǎn)與有線基站節(jié)點(diǎn)分別通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)連接到中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，構(gòu)成異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
所述傳感器節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸及基站節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸過程中采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式，包括節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、傳感數(shù)據(jù)類型、時(shí)間戳以及傳感數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)域，與所采用的數(shù)據(jù)傳輸類型無關(guān)。
傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器模塊構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理和控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和電源模塊組成。傳感器模塊用來將振動(dòng)、應(yīng)變以及環(huán)境溫濕度、光照等物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊用來進(jìn)行外部傳感器信號(hào)的接收和轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)處理和控制模塊用來進(jìn)行節(jié)點(diǎn)設(shè)備的控制、任務(wù)調(diào)度、能量計(jì)算、功能協(xié)調(diào)等；數(shù)據(jù)傳輸模塊負(fù)責(zé)與基站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、交換控制信息和收發(fā)采集數(shù)據(jù)；電源模塊負(fù)責(zé)為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。微處理模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連接，傳感器輸出接數(shù)據(jù)采集模塊，電源模塊分別與傳感器模塊、微處理器模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊相連接，微處理器模塊分別連接數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。
所述數(shù)據(jù)傳輸模塊可根據(jù)需要分別配置TCP/IP傳輸模塊、光纖傳輸模塊等有線數(shù)據(jù)傳輸模塊，也可配置Zigbee傳輸模塊、3G傳輸模塊等無線數(shù)據(jù)傳輸模塊,可與相應(yīng)種類的基站建立數(shù)據(jù)連接進(jìn)行通信。
所述電源模塊可根據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境及監(jiān)測(cè)時(shí)間選擇電池供電、交/直流供電及太陽能供電、風(fēng)力供電中的一種或多種，以節(jié)約能源、提高系統(tǒng)的健壯性。
基站節(jié)點(diǎn)由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊構(gòu)成的數(shù)據(jù)處理和控制模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊和電源模塊組成。節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊可根據(jù)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)類型配置TCP/IP傳輸模塊、光纖傳輸模塊等有線數(shù)據(jù)傳輸模塊，也可配置Zigbee傳輸模塊、3G傳輸模塊等無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，用來接收相應(yīng)類型節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)；數(shù)據(jù)處理和控制模塊用來進(jìn)行基站設(shè)備的控制、任務(wù)調(diào)度、功能協(xié)調(diào)以及數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換等；網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊用于將接收到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)；電源模塊負(fù)責(zé)為傳感器節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量。微處理器模塊分別連接節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊，電源模塊分別與節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊相連接。
本發(fā)明采用異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警。傳感系統(tǒng)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施各個(gè)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)變化的頻度和幅度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理系統(tǒng)分解、變換以獲取所需要的參數(shù)后通過數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，監(jiān)控人員利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷的位置、損傷程度等。
計(jì)算機(jī)服務(wù)于異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)和預(yù)警系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)庫)、處理數(shù)據(jù)、圖形化顯示，和警訊發(fā)布。
本發(fā)明的有益效果是采用了異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)靈活部署。在無線通信條件較好、節(jié)點(diǎn)布設(shè)密集的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)短距離無線傳感器，易于安裝維護(hù)；在節(jié)點(diǎn)布設(shè)間隔較大，短距離無線通信無法覆蓋的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)遠(yuǎn)距離無線傳感器，節(jié)約布線工程量；在被障礙物阻擋或狹小封閉空間內(nèi)、無法保證無線通信質(zhì)量的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，布設(shè)有線傳感器節(jié)點(diǎn)，保證數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。采用與數(shù)據(jù)傳輸類型無關(guān)的數(shù)據(jù)包格式，簡化監(jiān)控程序的設(shè)計(jì)。多種有線/無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)融合于一體，構(gòu)成異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，適用于各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)重大基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)，尤其適用于現(xiàn)代橋梁。本發(fā)明將傳感數(shù)據(jù)以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式傳輸?shù)街行谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)；中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與顯示，并通過可實(shí)現(xiàn)診斷功能的算法對(duì)各種傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分解與變換以獲取所需的參數(shù)，對(duì)所監(jiān)測(cè)的重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估與預(yù)警。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)工作流程圖；圖2是異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)圖；圖3是傳感模塊電路原理框圖；圖4是異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)傳感器節(jié)點(diǎn)電路原理框圖；圖5是基站節(jié)點(diǎn)的電路原理框圖；圖6是異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)包格式圖；圖7是本發(fā)明用于橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的實(shí)例。具體實(shí)施方案
下面以橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)作為具體實(shí)例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)闡述，但本系統(tǒng)應(yīng)用范圍不限于此例。
結(jié)合圖1-7，本實(shí)例由兩種傳感器節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)以及中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成。兩種傳感器節(jié)點(diǎn)分別為基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)的短距離無線傳感器節(jié)點(diǎn)和基于光纖網(wǎng)絡(luò)的有線傳感器節(jié)點(diǎn)，并配置了兩種相應(yīng)的基站節(jié)點(diǎn)。無線傳感器節(jié)點(diǎn)與無線基站節(jié)點(diǎn)建立數(shù)據(jù)連接，有線傳感器節(jié)點(diǎn)與有線基站節(jié)點(diǎn)建立數(shù)據(jù)連接，無線基站節(jié)點(diǎn)與有線基站節(jié)點(diǎn)分別通過光纖網(wǎng)絡(luò)連接到中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)。
無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主纜與懸索的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主纜與懸索的振動(dòng)、應(yīng)變等信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息。相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)基站安裝于主塔與邊塔之上，這些位置處于橋梁的開放區(qū)域，無線傳感器節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)基站可建立直接的視距連接，可有效進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸。
有線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主塔與鋼箱梁內(nèi)部的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主塔與鋼箱梁的振動(dòng)、應(yīng)變等信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息。這些位置由于處于封閉空間內(nèi)， 且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無線傳輸方式易受多徑干擾影響及障礙物阻礙，無法有效進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸，因此采用有線傳感器。
結(jié)合圖3，傳感模塊由數(shù)字式溫濕度傳感器、光照傳感器以及模擬式加速度傳感器、光纖傳感器構(gòu)成。溫濕度傳感器型號(hào)為SHT11，光照傳感器型號(hào)為ISL29004，加速度傳感器型號(hào)為LIS344ALH，光纖傳感器選用布里淵光纖。
結(jié)合圖4，無線傳感器節(jié)點(diǎn)和有線傳感器節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式發(fā)送到相應(yīng)的基站節(jié)點(diǎn)，再由基站節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控計(jì)算機(jī)。在中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)上利用可實(shí)現(xiàn)診斷功能的各種軟硬件對(duì)接收到的數(shù)據(jù)分析并對(duì)結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行診斷，包括結(jié)構(gòu)是否受到損傷以及損傷的位置、損傷程度。系統(tǒng)可在異常情況下進(jìn)行報(bào)警，監(jiān)測(cè)人員可隨時(shí)了解橋梁運(yùn)行情況，達(dá)到結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)及預(yù)警的目的。
圖5是基站節(jié)點(diǎn)的電路原理框圖；主要包括節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理模塊和網(wǎng)絡(luò)通信模塊。圖6是異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)包格式圖；圖7是本發(fā)明用于橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的實(shí)例，圖7主要是用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜監(jiān)控要求高的懸索橋梁(包括斜拉橋梁亦然、斜拉桿對(duì)應(yīng)著懸索、主纜進(jìn)行監(jiān)測(cè))。本發(fā)明的應(yīng)用是監(jiān)視及時(shí)準(zhǔn)確且符合實(shí)際運(yùn)行條件的應(yīng)用方式。
權(quán)利要求
1.橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是采用傳感器模塊安裝在橋梁等重大基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來監(jiān)測(cè)采集關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)的振動(dòng)、應(yīng)變以及環(huán)境溫濕度、光照信息；有線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主塔與鋼箱梁內(nèi)部的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主塔與鋼箱梁的振動(dòng)、應(yīng)變片信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息，采用有線傳輸方式；無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主纜與懸索的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主纜與懸索的振動(dòng)、應(yīng)變等信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息；相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)基站安裝于主塔與邊塔之上，無線網(wǎng)絡(luò)基站位置處于橋梁的開放區(qū)域，無線傳感器節(jié)點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)基站建立直接的視距連接，可有效進(jìn)行無線數(shù)據(jù)的傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述有線或無線傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器模塊包括溫濕度傳感器、光照傳感器以及加速度傳感器、光電傳感器和外置的光纖傳感器；溫濕度傳感器和光照傳感器采集環(huán)境的溫濕度和光照信號(hào)，為數(shù)字式傳感器，直接連接至傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的系統(tǒng)總線；加速度傳感器和光電傳感器為模擬式傳感器，通過ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后接入傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的系統(tǒng)總線，加速度傳感器采集橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)信號(hào)，光電傳感器通過外置的光纖傳感器采集橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變信號(hào)；光纖傳感器的激勵(lì)信號(hào)由傳感器節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)通過數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC提供。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由無線與有線兩種傳感器節(jié)點(diǎn)和基站節(jié)點(diǎn)以及中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)并通過網(wǎng)絡(luò)連接；兩種傳感器節(jié)點(diǎn)分別為基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)或3G網(wǎng)絡(luò)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)和基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)的有線傳感器節(jié)點(diǎn)；安裝位置接近的多個(gè)同種傳感器節(jié)點(diǎn)組成一個(gè)節(jié)點(diǎn)群組，向同一個(gè)基站節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，無線基站節(jié)點(diǎn)與有線基站節(jié)點(diǎn)分別通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)或光纖網(wǎng)絡(luò)連接到中心監(jiān)控計(jì)算機(jī)，構(gòu)成異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，其特征是所述傳感器節(jié)點(diǎn)與基站節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸及基站節(jié)點(diǎn)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸過程中采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包格式，包括節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、傳感數(shù)據(jù)類型、時(shí)間戳以及傳感數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)域，與所采用的數(shù)據(jù)傳輸類型無關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的所述傳感器節(jié)點(diǎn)的電源模塊根據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境及監(jiān)測(cè)時(shí)間選擇電池供電、交/直流供電、太陽能供電呀風(fēng)力供電中的一種或多種。
全文摘要
橋梁和重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)及預(yù)警的異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用傳感器模塊安裝在橋梁等重大基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來監(jiān)測(cè)采集關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)的振動(dòng)、應(yīng)變以及環(huán)境溫濕度、光照信息；有線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主塔與鋼箱梁內(nèi)部的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主塔與鋼箱梁的振動(dòng)、應(yīng)變片信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息，采用有線傳輸方式；無線傳感器節(jié)點(diǎn)安裝于橋梁的主纜與懸索的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)點(diǎn)上，用來采集主纜與懸索的振動(dòng)、應(yīng)變等信息以及溫度、濕度等環(huán)境信息；對(duì)所監(jiān)測(cè)的重大基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估與預(yù)警。
文檔編號(hào)G08C17/02GK102980782SQ201210450609
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月13日
發(fā)明者沈慶宏, 劉云峰, 朱飛飛, 馬千里, 楊根成, 馮兆祥, 唐軻, 陳紅梅, 都思丹 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 南京金曉電子信息有限公司