一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统的制作方法

本发明涉及桥梁监测领域，具体涉及一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统。

背景技术：

相关技术中，采用有线监测网络对桥梁进行监测，而有线监测网络一方面需要布设大量的电力和通信线缆，成本较高，布设难度大，需要浪费较多的人力物力。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，包括传感器网络感知子系统、云存储子系统和数据处理装置；所述传感器网络感知子系统包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的桥梁危险部位数据并将汇聚的数据发送至云存储子系统；所述数据处理装置从云存储子系统中获取桥梁危险部位感知数据，并对桥梁危险部位感知数据进行分析和处理。

优选地，所述桥梁危险部位感知数据包括桥梁危险部位的应力数据、加速度数据、位移数据。

优选地，所述数据处理装置包括分析处理模块和显示模块，该分析处理模块将收到的桥梁危险部位感知数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示模块进行比较结果显示。

本发明的有益效果为：利用无线传感器网络技术实现了桥梁结构的安全监测，并通过数据处理装置对采集的数据进行处理，系统结构简单，监测精度较高，且可有效地节省人力物力。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1本发明一个示例性实施例的一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统的结构示意框图；

图2是本发明一个示例性实施例的数据处理装置的框图示意图。

附图标记：

传感器网络感知子系统1、云存储子系统2、数据处理装置3、分析处理模块10、显示模块20。

具体实施方式

结合以下实施例对本发明作进一步描述。

参见图1，本实施例提供了一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，包括传感器网络感知子系统1、云存储子系统2和数据处理装置3；所述传感器网络感知子系统1包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的桥梁危险部位数据并将汇聚的数据发送至云存储子系统2；所述数据处理装置3从云存储子系统2中获取桥梁危险部位感知数据，并对桥梁危险部位感知数据进行分析和处理。

其中，所述桥梁危险部位感知数据包括桥梁危险部位的应力数据、加速度数据、位移数据。传感器节点包括用于对桥梁危险部位进行探测的传感器，其中传感器包括应力传感器、加速度传感器、位移传感器。

在一个实施例中，如图2所示，数据处理装置3包括分析处理模块10和显示模块20，该分析处理模块10将收到的桥梁危险部位感知数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示模块20进行比较结果显示，从而实现桥梁结构的安全监测。

本发明上述实施例利用无线传感器网络技术实现了桥梁结构的安全监测，并通过数据处理装置对采集的数据进行处理，系统结构简单，监测精度较高，且可有效地节省人力物力。

在一个实施例中，初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的桥梁危险部位感知数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的桥梁危险部位感知数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将桥梁危险部位感知数据发送至汇聚节点。

在一个实施例中，设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息并构建邻居节点集；传感器节点从其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，包括：

(1)传感器节点从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，构建备选节点集；

(2)传感器节点向各备选节点发送请求信息，每个备选节点接收到所述请求信息后计算自身的转发能力值并反馈至传感器节点，所述请求信息包括各备选节点的总带宽和初始缓存空间、传感器节点i的邻居节点的数量和对应的节点标识，所述转发能力值的计算公式为：

式中，qij为传感器节点i的备选节点j的转发能力值，hj为所述备选节点j的总带宽，gj为所述备选节点j的初始缓存空间，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量，hp为传感器节点i的备选节点集中第p个备选节点的总带宽，gp为传感器节点i的备选节点集中第p个备选节点的初始缓存空间；ai为传感器节点i的邻居节点数量，aj为所述备选节点j的邻居节点数量，ai∩aj为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，e1、e2为预设的影响因子，满足e1+e2＝1；β1、β2为预设的权重系数，满足β2+β2＝1；

(3)传感器节点从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点。

本实施例创新性地设定了转发能力值的指标，传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并向各备选节点发送请求信息，由备选节点根据自身资源情况以及与传感器节点的相似度情况计算转发能力值，在需要选择下一跳节点时，传感器节点从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点。

本实施例有利于平衡各传感器节点的资源利用率，从而平衡各传感器节点的能耗和负载，减少网络拥塞现象的发生，改善网络在桥梁危险部位感知数据传输方面的性能，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。本实施例由备选节点自己进行转发能力值的计算，相对于由传感器节点统一计算的方式，提高了下一跳节点选择的效率，平衡了计算开销。

在一个实施例中，传感器节点每隔一个时间段δt重新从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点；下一跳节点每隔一个时间段δt/2判断自身是否符合中继条件，若不符合，下一跳节点向对应的上一跳传感器节点发送反馈信息，收到反馈信息的上一跳传感器节点更新该下一跳节点的转发能力值，所述中继条件为：

式中，bd为下一跳节点d的当前剩余能量，bd0为所述下一跳节点d的初始能量，kd为所述下一跳节点d的缓存列表中的桥梁危险部位感知数据包数量，bt为预设的转发一个桥梁危险部位感知数据包的能耗，bmin为预设的保持转发能力的能量下限；hd为所述下一跳节点d的剩余带宽，gd为所述下一跳节点d的剩余缓存空间，md所述下一跳节点d的上一跳传感器节点数量，hmin为预设的协助一个传感器节点转发桥梁危险部位感知数据所需的带宽下限，gmin为预设的协助一个传感器节点转发桥梁危险部位感知数据所需的缓存空间下限，为判断取值函数，当时，当时，

本实施例中，传感器节点每隔一个时间段δt重新从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点，实现了下一跳节点的更新，有利于最大化地平衡各传感器节点的资源利用率。进一步地，本实施例创新性地设定了中继条件的计算公式，下一跳节点每隔一个时间段δt/2判断自身是否符合中继条件，若不符合，下一跳节点向对应的上一跳传感器节点发送反馈信息，收到反馈信息的上一跳传感器节点更新该下一跳节点的转发能力值，实现了备选节点的转发能力值的更新。

本实施例能够有效保证传感器节点的下一跳节点始终能够有足够的资源执行桥梁危险部位感知数据转发的任务，提高了桥梁危险部位感知数据传输的可靠性。

其中，δt为预设的时间阈值。作为一种优选的实施方式，传感器节点设置有计时器，用于进行时间段δt或者时间段δt/2的计时。

在一个实施例中，收到反馈信息的上一跳传感器节点，按照下列公式更新该下一跳节点的转发能力值：

式中，qzu(t)为上一跳传感器节点z的下一跳节点u在第t次更新后的转发能力值，qzu(t-1)为所述下一跳节点u在第t-1次更新后的转发能力值，qzp为上一跳传感器节点z的第p个备选节点初始的转发能力值，nz为上一跳传感器节点z的备选节点集中的备选节点数量，k为预设的能力衰减系数，k的取值范围为[0.2,0.3]；

当传感器节点的一个备选节点更新后的转发能力值低于预设的转发能力值下限时，传感器节点将该一个备选节点从自己的备选节点集中剔除。

本实施例设计了下一跳节点的转发能力值的更新公式，并进一步考虑到备选节点的更新情况对于转发的不利影响，即当传感器节点的一个备选节点更新后的转发能力值低于预设的转发能力值下限时，传感器节点将该一个备选节点从自己的备选节点集中剔除。本实施例能够去除那些没有足够资源而无法接入新的桥梁危险部位感知数据流的备选节点，有效保障可选的备选节点有足够的资源执行桥梁危险部位感知数据转发的任务，提高了桥梁危险部位感知数据传输的可靠性，并缩小了备选节点集中备选节点的数量，有利于减少整个网络中的路由开销。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。