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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]橋梁在長期運(yùn)營的過程中，受到多種復(fù)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(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不同程度的損傷。這些損傷如果得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，會(huì)對橋梁的安全運(yùn)營造成不可預(yù)料的后果。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國從2007年起至今有過報(bào)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(guān)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(shè)大量電纜線傳輸信息，不僅耗資巨大，而且安裝與后期維護(hù)也不方便，更無法做到長期實(shí)時(shí)監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)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(shè)大量的電纜線，不但成本高，而且維護(hù)不方便，從而導(dǎo)致無法實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)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(gè)傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)和多主體協(xié)調(diào)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進(jìn)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(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)監(jiān)控中心。
[0005]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)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(yīng)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(chǔ)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(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是:
所述網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)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(chǔ)器構(gòu)成。
[0007]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)方案是:
所述系統(tǒng)軟件采用Itepast多主體協(xié)作平臺(tái)，形成用以生成、運(yùn)行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機(jī)界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進(jìn)行編寫和設(shè)計(jì)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報(bào)警功能。
[0008]本發(fā)明進(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)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(jìn)一步技術(shù)改進(jìn)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(chǔ)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(shù)相比，具有以下明顯優(yōu)點(diǎn):
一、本發(fā)明采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，不僅解決了實(shí)時(shí)布線等問題，節(jié)省了電纜線安裝和維護(hù)的成本，而且在一些人無法到達(dá)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(shù)結(jié)合，應(yīng)用在橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)工作時(shí)，各個(gè)主體對橋梁結(jié)構(gòu)信息進(jìn)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(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測任務(wù)，則求助于其他智能主體，通過多個(gè)智能主體之間的相互協(xié)作共同完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測任務(wù)；
三、本發(fā)明多主體系統(tǒng)是人工智能技術(shù)和分布計(jì)算相結(jié)合的產(chǎn)物，具有如下優(yōu)點(diǎn):
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(fù)雜系統(tǒng)無可比擬的表達(dá)力，進(jìn)而可以很好的表達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；
3)該技術(shù)打破了目前只是鄰域的一個(gè)局限，即只使用一個(gè)專家，因此可以完成復(fù)雜龐大系統(tǒng)的任務(wù)；
因此，多主體協(xié)作技術(shù)的引入，不僅可以實(shí)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(fù)雜和強(qiáng)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(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一傳感器節(jié)點(diǎn)分布圖；
圖5為本發(fā)明實(shí)施例一的測試圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1、2、3所示，本發(fā)明包括多個(gè)傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)和多主體協(xié)調(diào)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進(jìn)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(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)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(yīng)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(yīng)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(chǔ)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(guān)節(jié)點(diǎn)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(chǔ)器構(gòu)成；所述系統(tǒng)軟件采用Itepast多主體協(xié)作平臺(tái)，形成用以生成、運(yùn)行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機(jī)界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進(jìn)行編寫和設(shè)計(jì)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報(bào)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(chǔ)器組成；所述無線通信模塊采用TD-LTE無線通信模塊。
[0013]實(shí)施例一、
如圖4、5所示，以結(jié)構(gòu)較簡單某拱橋?yàn)槔?，全橋長212.2m，橋?qū)挒?.3m，一共有11孔。整個(gè)橋梁分為11個(gè)子區(qū)域，每個(gè)區(qū)域安置11個(gè)電阻應(yīng)變片、兩個(gè)位移傳感器和兩個(gè)壓力傳感器；在橋梁的兩端分別安置加速度傳感器，整個(gè)布置如圖4所示，總共布置11個(gè)傳感節(jié)點(diǎn)，在第五個(gè)孔中心位置布置一個(gè)基站。同時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(shè)置調(diào)整到需要位置進(jìn)行橋梁檢測。設(shè)置所有傳感器以50Hz的頻率對橋梁進(jìn)行應(yīng)變、壓力、位移、加速度信號(hào)采集，在監(jiān)測過程中，當(dāng)車通過橋時(shí)，橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會(huì)產(chǎn)生變化，此時(shí)應(yīng)變、壓力、位移、加速度傳感器都將接受到信號(hào)，各自產(chǎn)生相應(yīng)的峰值。如圖5所示，通道1-3是混凝土應(yīng)變片，4-11是鋼筋應(yīng)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(yīng)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(shè)資料可知，該橋梁的應(yīng)力極限為4Mpa，鋼筋的應(yīng)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(jìn)行針對性維修。
[0014]本發(fā)明方案所公開的技術(shù)手段不僅限于上述實(shí)施方式所公開的技術(shù)手段，還包括由以上技術(shù)特征任意組合所組成的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(gè)傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)和多主體協(xié)調(diào)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進(jìn)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(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)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(yīng)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(chǔ)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(guān)節(jié)點(diǎn)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(chǔ)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(tái)，形成用以生成、運(yùn)行、顯示和收集數(shù)據(jù)的類庫，上位機(jī)界面選用LabVIEWt12]圖形化程序語言進(jìn)行編寫和設(shè)計(jì)橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)果顯示界面，實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示和報(bào)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(chǔ)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(gè)傳感器主體，傳感器主體之間通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)和多主體協(xié)調(diào)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的感知對象進(jìn)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(guān)節(jié)點(diǎn)發(fā)送給上位機(jī)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(shè)大量的電纜線，不但成本高，而且維護(hù)不方便，從而導(dǎo)致無法實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題。
【IPC分類】G08C17-02, G01D21-02, G01M99-00
【公開號(hào)】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(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月17日