高塔类建筑结构损伤无线监测系统的制作方法

本发明涉及建筑监测技术领域，具体涉及高塔类建筑结构损伤无线监测系统。

背景技术：

高塔类建筑包括风能超高塔、冷却塔以及古塔等，其健康状况受到自然灾害、本身建筑结构设计及维护保养的影响，因此有必要对高塔类建筑进行结构监测。目前，对高塔类建筑结构的监测，大多通过监测人员通过例如目测法、发射光谱法、声发射法、回弹法、渗漏试验法、脉冲回波法、射线法等方法进行周期性检测。普遍存在以下缺陷：

1、数据整体性差，只是对结构的局部特征进行监测，无法实现数据之间的关联性；

2、所检测到的数据均为静态数据，建筑后期的发展情况会怎么样，以及这些变形数据会带来的安全隐患都无法进行预测分析；

3、实时性差，要经过后期处理才能知道建筑结构目前的状态，不能实时的监测，效率较低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供高塔类建筑结构损伤无线监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了高塔类建筑结构损伤无线监测系统，该系统包括：

结构监测模块，用于采集高塔类建筑结构感测数据并将高塔类建筑结构感测数据发送至数据预处理模块，所述高塔类建筑结构感测数据包括建筑内应力数据、加速度数据、建筑沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数数据；结构监测模块包括汇聚节点和多个用于采集高塔类建筑结构感测数据的传感器节点，传感器节点部署于设定的监测区域内，汇聚节点主要用于将各传感器节点发送的高塔类建筑结构感测数据汇总发送至数据预处理模块；

数据预处理模块，用于将高塔类建筑结构感测数据用其对应的建筑基本信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的高塔类建筑结构感测数据发送到数据分析模块；

数据分析模块，内储存各类建筑安全隐患下的内应力数据、加速度数据、沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数；用于将高塔类建筑结构感测数据与所存储的数据进行类似度对比，并将对比结果按照相似度进行升序或降序排序后，以表格的形式发送给数据显示模块；

数据显示模块，用于显示所述对比结果。

优选地，所述传感器节点包括传感器和用于将传感器信号转换为对应的高塔类建筑结构感测数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

其中，所述数据显示模块包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

本发明的有益效果为：本发明通过对高塔类建筑内应力数据以及加速度数据的采集，结合建筑沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数的采集，实现了建筑情况的全方位监测，系统自带数据分析功能，可实时根据检测到的数据进行建筑安全隐患的分析。

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是本发明一个示例性实施例的高塔类建筑结构损伤无线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传感器节点的结构示意框图。

附图标记：

结构监测模块1、数据预处理模块2、数据分析模块3、数据显示模块4、传感器10、信号适配器20、控制器30。

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，本发明实施例提供了高塔类建筑结构损伤无线监测系统，该系统包括：

结构监测模块1，用于采集高塔类建筑结构感测数据并将高塔类建筑结构感测数据发送至数据预处理模块2，所述高塔类建筑结构感测数据包括建筑内应力数据、加速度数据、建筑沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数数据；结构监测模块1包括汇聚节点和多个用于采集高塔类建筑结构感测数据的传感器节点，传感器节点部署于设定的监测区域内，汇聚节点主要用于将各传感器节点发送的高塔类建筑结构感测数据汇总发送至数据预处理模块2；

数据预处理模块2，用于将高塔类建筑结构感测数据用其对应的建筑基本信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的高塔类建筑结构感测数据发送到数据分析模块3；

数据分析模块3，内储存各类建筑安全隐患下的内应力数据、加速度数据、沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数；用于将高塔类建筑结构感测数据与所存储的数据进行类似度对比，并将对比结果按照相似度进行升序或降序排序后，以表格的形式发送给数据显示模块4；

数据显示模块4，用于显示所述对比结果。

其中，如图2所示，所述传感器节点包括传感器10和用于将传感器10的信号转换为对应的高塔类建筑结构感测数据的信号适配器20，所述信号适配器20与传感器10连接；还包括用于控制采集频率的控制器30，所述控制器30与传感器10连接。

其中，所述数据显示模块4包括显示屏、智能手机、笔记本、桌上型电脑中的任意一种或任意几种。

本发明上述实施例通过对高塔类建筑内应力数据以及加速度数据的采集，结合建筑沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数的采集，实现了建筑情况的全方位监测，系统自带数据分析功能，可实时根据检测到的数据进行建筑安全隐患的分析。

在一种实施方式中，部署完传感器节点后，将所述监测区域划分成多个虚拟方形网格，从每个虚拟方形网格中选取一个距离虚拟方形网格的中心最近的传感器节点作为簇头节点；网络初始化时，每个传感器节点选取距离最近的簇头节点加入簇，完成分簇；在高塔类建筑结构感测数据传输阶段，每个簇头节点收集其簇内各传感器节点采集的高塔类建筑结构感测数据，并将高塔类建筑结构感测数据发送至汇聚节点。

在一个实施例中，传感器节点之间通过信息交互，获取同一簇内的邻居节点信息，并构建同簇邻居节点集，其中所述邻居节点位于传感器节点的通信范围内；在高塔类建筑结构感测数据传输阶段，传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的高塔类建筑结构感测数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的高塔类建筑结构感测数据发送至下一跳节点，其中所述直接发送条件为：

式中，qi为传感器节点i的当前剩余能量，qmin为预设的能量下限，qi0为传感器节点i的初始能量，dimax为传感器节点i所能调节的最大通信距离，l(i，chi)为传感器节点i到其对应簇头节点chi的距离，s为预设的基于能量的衰减因子，s的取值范围为[0.8，0.9]。

本实施例基于传感器节点的能量设定了直接发送条件，创新性地为传感器节点到对应簇头节点的路由方式选择提供了较好的衡量标准，即当传感器节点满足直接发送条件时，传感器节点直接将采集的高塔类建筑结构感测数据发送至对应簇头节点，否则，传感器节点在其同簇邻居节点集中选取距离最近的邻居节点作为下一跳节点。传感器节点基于直接发送条件选择合适的路由方式，有利于提高节点间路由的灵活性，减少传感器节点发送高塔类建筑结构感测数据的能量消耗，延长传感器节点的工作时间。

在一个实施例中，传感器节点每隔一个时间段δt获取其下一跳节点的能量和高塔类建筑结构感测数据缓存信息，并根据获取的所述能量和高塔类建筑结构感测数据缓存信息，判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点，所述中继条件为：

式中，qix为传感器节点i的下一跳节点x的当前剩余能量，qmin为预设的能量下限，，qix0为所述下一跳节点x的初始能量，pi为传感器节点i当前所采集的高塔类建筑结构感测数据包数量，pix为所述下一跳节点x的缓存列表中的高塔类建筑结构感测数据包数量，qt为预设的转发一个高塔类建筑结构感测数据包的能耗，l(i，x)为传感器节点i到所述下一跳节点x的距离，pt-x为所述下一跳节点x的缓存列表所能缓存的最大高塔类建筑结构感测数据包数量，bt为预设的在单位距离内发送一个高塔类建筑结构感测数据包的时间，bt为预设的转发处理一个高塔类建筑结构感测数据包的时间，k为预设的基于时间的影响因子，k的取值范围为[0.9，0.95]；为判断取值函数，当时，当时，

传感器节点的能量和缓存队列都是有限的，本实施例基于下一跳节点的能量和高塔类建筑结构感测数据缓存两个因素，创新性地设定中继条件，其中传感器节点每隔一个时间段δt判断其下一跳节点是否满足中继条件，若不满足，传感器节点在其同簇邻居节点集中，重新选择一个除该下一跳节点外距离最近的邻居节点作为新的下一跳节点。本实施例使得在下一跳节点不满足能量和高塔类建筑结构感测数据缓存带宽的需求时，其上一跳的传感器节点能够选择其他邻居节点作为下一跳，实现了下一跳节点的更新，进而使得传感器节点的下一跳始终能够有足够的能量执行高塔类建筑结构感测数据转发的任务，有效降低传感器节点拥塞的概率，为高塔类建筑结构感测数据从传感器节点传输到对应簇头节点提供更好的服务质量。

在一个实施例中，簇头节点与汇聚节点之间的距离未超过设定的距离下限时，簇头节点直接将所收集的高塔类建筑结构感测数据发送至汇聚节点；簇头节点与汇聚节点之间的距离超过设定的距离下限时，簇头节点将所收集的高塔类建筑结构感测数据间接发送至汇聚节点；

其中，所述间接发送至汇聚节点，包括：

(1)簇头节点获取通信范围内的其他簇头节点信息，将所述其他簇头节点作为备选节点，构建备选节点集；

(2)簇头节点按照设定的周期周期性地与备选节点进行信息交互，获取备选节点的能量和高塔类建筑结构感测数据缓存信息，并根据备选节点的能量和高塔类建筑结构感测数据缓存信息计算备选节点集中各备选节点的优先权值，进而选择优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，将所收集的高塔类建筑结构感测数据发送至该下一跳节点，所述优先权值的计算公式为：

式中，vij表示簇头节点i的第j个备选节点的优先权值，qij为所述第j个备选节点的当前剩余能量，pij为所述第j个备选节点的缓存列表中的高塔类建筑结构感测数据包数量，qt为预设的转发一个高塔类建筑结构感测数据包的能耗，qmin为预设的能量下限，z(qij-pij×qt-qmin)为判断函数，当qij-pij×qt-qmin≥0时，z(qij-pij×qt-qmin)＝1，当qij-pij×qt-qmin＜0时，z(qij-pij×qt-qmin)＝0；l(i，o)为簇头节点i到汇聚节点的距离，l(j，o)为所述第j个备选节点到汇聚节点的距离，aij为所述第j个备选节点充当簇头节点i的下一跳节点的次数，w为预设的衰减系数，w的取值范围为[0.95，0.98]，y1、y2为设定的权重系数，且满足y1＞y2，y1+y2＝1。

本实施例设定了优先权值的指标，根据该优先权值的计算公式可知，当前剩余能量越大的、位置优势更好的、充当下一跳节点次数较少的备选节点具有更大的优先权值。

本实施例中，簇头节点在备选节点集中选取优先权值最大的备选节点作为下一跳节点，有利于保障高塔类建筑结构感测数据的转发，节省高塔类建筑结构感测数据转发的能量消耗，平衡各簇头节点的能耗，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解应当理解，可以以硬件、软件、固件、中间件、代码或其任何恰当组合来实现这里描述的实施例。对于硬件实现，处理器可以在一个或多个下列单元中实现：专用集成电路、数字信号处理器、数字信号处理装置、可编程逻辑器件、现场可编程门阵列、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计用于实现这里所描述功能的其他电子单元或其组合。对于软件实现，实施例的部分或全部流程可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成。实现时，可以将上述程序存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。计算机可读介质可以包括但不限于随机存取存储器、只读内存镜像、带电可擦可编程只读存储器或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储装置、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。

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。