CN104729869A - 一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个传感器主体，传感器主体之间通过无线传感网络和多主体协调技术对网络覆盖监测区域内的感知对象进行信息采集、数据处理和传输，并将数据最终通过网关节点发送给上位机监控中心。本发明有效解决了传统的桥梁结构监测系统为有线监测，需要步设大量的电缆线，不但成本高，而且维护不方便，从而导致无法实时监控的问题。
Description
技术领域
本发明涉及无线监测技术领域，具体涉及一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统。
背景技术
桥梁在长期运营的过程中，受到多种复杂的自然环境、突发的人为因素以及桥梁自身构件老化等各种因素的综合影响，不可避免地会导致结构不同程度的损伤。这些损伤如果得不到及时发现和处理，会对桥梁的安全运营造成不可预料的后果。据统计，我国从2007年起至今有过报道的就有至少34座大桥发生坍塌事故，200余人受伤。因此桥梁结构的安全状况一直受到公众的关注。目前，一般通过在桥梁结构中埋入传感器检测其健康状况。但是，有线监测需要布设大量电缆线传输信息，不仅耗资巨大，而且安装与后期维护也不方便，更无法做到长期实时监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，本发明有效解决了传统的桥梁结构监测系统为有线监测，需要步设大量的电缆线，不但成本高，而且维护不方便，从而导致无法实时监控的问题。
本发明通过以下技术方案实现：
一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个传感器主体，传感器主体之间通过无线传感网络和多主体协调技术对网络覆盖监测区域内的感知对象进行信息采集、数据处理和传输，并将数据最终通过网关节点发送给上位机监控中心。
本发明进一步技术改进方案是：
所述传感器主体包括传感器模块、数据处理模块以及无线收发模块，上述模块由电源模块提供工作电源；
所述传感器模块包括加速度传感器、电阻应变片、位移传感器以及压力传感器构成，传感器模块通过调理电路与数据处理模块连接；
所述的数据处理模块包括微处理器和存储器；
所述的无线收发模块由无线收发器构成。
本发明进一步技术改进方案是：
所述网关节点包括无线收发模块、数据处理模块以及无线通信模块构成；所述的数据处理模块又微处理器和存储器构成。
本发明进一步技术改进方案是：
所述系统软件采用Repast多主体协作平台，形成用以生成、运行、显示和收集数据的类库，上位机界面选用LabVIEW[12]图形化程序语言进行编写和设计桥梁监测系统的结果显示界面，实现多通道数据采集、数据显示和报警功能。
本发明进一步技术改进方案是：
所述数据处理模块采用8051微处理器构成；所述无线收发模块采用CC2530芯片。
本发明进一步技术改进方案是：
所述无线收发模块采用CC2530芯片；所述数据处理主体模块由cortex-M0微处理器和存储器组成；所述无线通信模块采用TD-LTE无线通信模块。
本发明与现有技术相比，具有以下明显优点：
一、本发明采用无线传感网络技术传输数据，不仅解决了实时布线等问题，节省了电缆线安装和维护的成本，而且在一些人无法到达的艰难环境中，发挥着重大的作用；
二、本发明将WSNs和多主体协作技术结合，应用在桥梁结构健康监测系统中，系统工作时，各个主体对桥梁结构信息进行采集和处理，如果成功采集到数据则向管理中心发送监测结果，对于复杂的桥梁结构监测任务，则求助于其他智能主体，通过多个智能主体之间的相互协作共同完成复杂结构的健康监测任务；
三、本发明多主体系统是人工智能技术和分布计算相结合的产物，具有如下优点：
1）主体之间可以相互通信，从而可以发展出不同的规划和求解方法，用来处理不确定和不完全的信息；
2）由于系统中主体可以异构，因此通过主体间的通讯和协作管理控制，可以使多主体系统拥有对复杂系统无可比拟的表达力，进而可以很好的表达系统的结构和功能；
3）该技术打破了目前只是邻域的一个局限，即只使用一个专家，因此可以完成复杂庞大系统的任务；
因此，多主体协作技术的引入，不仅可以实现不同传感器信息的协调、不同监测子区域间的协调，而且可以构建复杂和强健的分布式信息处理系统的框架结构。
附图说明
图1为本发明系统结构示意图；
图2为本发明传感器主体结构示意图；
图3为本发明的网关节点结构示意图；
图4为本发明实施例一传感器节点分布图；
图5为本发明实施例一的测试图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明包括多个传感器主体，传感器主体之间通过无线传感网络和多主体协调技术对网络覆盖监测区域内的感知对象进行信息采集、数据处理和传输，并将数据最终通过网关节点发送给上位机监控中心；所述传感器主体包括传感器模块、数据处理模块以及无线收发模块，上述模块由电源模块提供工作电源；所述传感器模块包括加速度传感器、电阻应变片、位移传感器以及压力传感器构成，传感器模块通过调理电路与数据处理模块连接，混凝土专用电阻应变片，通过埋入结构中来监测阻值的变化,把位移传感器安置在桥梁底端，在桥梁的两端安置压力传感器和加速度传感器；所述的数据处理模块包括微处理器和存储器；所述的无线收发模块由无线收发器构成；所述网关节点包括无线收发模块、数据处理模块以及无线通信模块构成；所述的数据处理模块又微处理器和存储器构成；所述系统软件采用Repast多主体协作平台，形成用以生成、运行、显示和收集数据的类库，上位机界面选用LabVIEW[12]图形化程序语言进行编写和设计桥梁监测系统的结果显示界面，实现多通道数据采集、数据显示和报警功能；所述数据处理模块采用8051微处理器构成；所述无线收发模块采用CC2530芯片；所述无线收发模块采用CC2530芯片；所述数据处理主体模块由cortex-M0微处理器和存储器组成；所述无线通信模块采用TD-LTE无线通信模块。
实施例一、
如图4、5所示，以结构较简单某拱桥为例，全桥长212.2m，桥宽为9.3m，一共有11孔。整个桥梁分为11个子区域，每个区域安置11个电阻应变片、两个位移传感器和两个压力传感器；在桥梁的两端分别安置加速度传感器，整个布置如图4所示，总共布置11个传感节点，在第五个孔中心位置布置一个基站。同时，整个网络以孔为单位来分簇，传感器将接收到的数据传输到簇头，最后通过TD-LTE接入互联网中，打开监测界面，将所有设置调整到需要位置进行桥梁检测。设置所有传感器以50Hz的频率对桥梁进行应变、压力、位移、加速度信号采集，在监测过程中，当车通过桥时，桥梁的内部结构将会产生变化，此时应变、压力、位移、加速度传感器都将接受到信号，各自产生相应的峰值。如图5所示，通道1-3是混凝土应变片，4-11是钢筋应变片，12-13是位移传感器数据，14-15是加速度传感器数据，16是压力传感器数据。其中应变片的峰值为2558.06；加速度为25.8m/s2；位移是1225.7mm;压力最大是2520.1kg；而根据桥梁结构的建设资料可知，该桥梁的应力极限为4Mpa，钢筋的应力极限为270 Mpa，限重55吨。经分析，差值均在允许范围之内，表明该桥梁的健康状态良好，无需对其进行针对性维修。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述监测系统包括多个传感器主体，传感器主体之间通过无线传感网络和多主体协调技术对网络覆盖监测区域内的感知对象进行信息采集、数据处理和传输，并将数据最终通过网关节点发送给上位机监控中心。
2.根据权利要求1所述的一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述传感器主体包括传感器模块、数据处理模块以及无线收发模块，上述模块由电源模块提供工作电源；
所述传感器模块包括加速度传感器、电阻应变片、位移传感器以及压力传感器构成，传感器模块通过调理电路与数据处理模块连接；
所述的数据处理模块包括微处理器和存储器；
所述的无线收发模块由无线收发器构成。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述网关节点包括无线收发模块、数据处理模块以及无线通信模块构成；所述的数据处理模块又微处理器和存储器构成。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述系统软件采用Repast多主体协作平台，形成用以生成、运行、显示和收集数据的类库，上位机界面选用LabVIEW[12]图形化程序语言进行编写和设计桥梁监测系统的结果显示界面，实现多通道数据采集、数据显示和报警功能。
5.根据权利要求2所述的一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述数据处理模块采用8051微处理器构成；所述无线收发模块采用CC2530芯片。
6.根据权利要求3所述的一种基于WSNs和多主体协作的桥梁结构监测系统，其特征在于：所述无线收发模块采用CC2530芯片；所述数据处理主体模块由cortex-M0微处理器和存储器组成；所述无线通信模块采用TD-LTE无线通信模块。
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