高层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，具体涉及高层建筑结构损伤无线监测系统。

背景技术：

高层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，因此有必要对高层建筑进行结构监测。目前，对高层建筑结构的监测，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，本发明提供高层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：

提供了高层建筑结构损伤无线监测系统，该系统包括：

结构监测模块，用于采集高层建筑结构感测数据并将高层建筑结构感测数据发送至数据预处理模块，所述高层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层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层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，用于将高层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，将完成标记的高层建筑结构感测数据发送到计算机分析终端；

计算机分析终端，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；用于将高层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结果显示模块；

结果显示模块，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层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，所述结果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：本发明通过对高层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层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、计算机分析终端3、结果显示模块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层建筑结构损伤无线监测系统，该系统包括：

结构监测模块1，用于采集高层建筑结构感测数据并将高层建筑结构感测数据发送至数据预处理模块2，所述高层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层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层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，用于将高层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，将完成标记的高层建筑结构感测数据发送到计算机分析终端3；

计算机分析终端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；用于将高层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结果显示模块4；

结果显示模块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层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，所述结果显示模块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层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，网络初始化时，传感器节点之间通过信息交互获取邻居节点信息，构建邻居节点集，其中所述邻居节点为位于传感器节点的通信范围内的其他传感器节点；在高层建筑结构感测数据传输阶段，传感器节点根据自身的当前剩余能量选择直接或者间接发送的方式，将所采集的高层建筑结构感测数据发送至汇聚节点，具体为：

(1)传感器节点按照设定的第一周期周期性地判断自身的当前剩余能量是否满足下列能量条件：

式中，qi为传感器节点i的当前剩余能量，qi0为传感器节点i的初始能量，qmin为预设的能量下限，s(i,o)为传感器节点i到汇聚节点的距离，ei为传感器节点i的当前通信距离，d为预设的基于能量的衰减因子，d的取值范围为[0.8,0.9]；

(2)若传感器节点的当前剩余能量满足能量条件，传感器节点直接将采集的高层建筑结构感测数据发送至汇聚节点；若传感器节点的当前剩余能量不满足能量条件，传感器节点在其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，将所述采集的高层建筑结构感测数据发送至下一跳节点。

本实施例根据传感器节点的通信距离和到汇聚节点的距离创新性地设置了能量条件，传感器节点根据自身的当前剩余能量是否满足能量条件，来选择直接或者间接发送的方式，将所采集的高层建筑结构感测数据发送至汇聚节点，有利于提高传感器节点间路由的灵活性，降低传感器节点的能量消耗，延长传感器节点的工作时间，提高高层建筑结构感测数据传输至汇聚节点的稳定性。

在一个实施例中，传感器节点在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)传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配优先级，初始时，优先级按照下列公式确定：

式中，wij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，s(i,j)为传感器节点i到备选节点j的距离，s(j,e)为所述备选节点j到汇聚节点的距离，s(i,k)为传感器节点i到其第k个备选节点的距离，s(k,e)为所述第k个备选节点到汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量；

(2)传感器节点按照设定的第二周期周期性地获取其备选节点集中各备选节点的信息，并根据该信息更新各备选节点的优先级：

式中，wij为传感器节点i的备选节点j的当前优先级，c为预设的优先级更新系数，c的取值范围为[0.8,0.9]；ni为传感器节点i的邻居节点数量，nj为所述备选节点j的邻居节点数，ni∩nj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，yj为所述备选节点j的当前缓存空间，yj为所述备选节点j的初始缓存空间，qj为所述备选节点j的当前剩余能量，qj0为所述备选节点j的初始能量，a1为预设的基于社会相似度的权重系数，a2为预设的基于剩余资源比的权重系数，b1、b2为资源比率的权重因子，它是根据节点对当前资源的使用状态，满足b1+b2＝1；

(3)传感器节点在备选节点集中选择当前优先级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优先级的指标，传感器节点将相对于其距离汇聚节点更近的邻居节点作为备选节点，构建备选节点集，并为每个备选节点分配初始的优先级，并进行定期的优先级更新，在需要选择下一跳节点时，传感器节点在备选节点集中选择当前优先级最大的备选节点作为下一跳节点。本实施例相应地设计了优先级的更新公式，根据该优先级的计算公式可知，当前剩余能量越大的、剩余缓存空间更多的、共有的邻居节点更少的备选节点具有更大的优先级。通过本实施例方式来选择下一跳节点，实现了下一跳节点的更新，有利于保障高层建筑结构感测数据的可靠转发，平衡各下一跳节点的能耗和负载，进一步有利于延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，传感器节点每次更新备选节点的优先级时，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除：

式中，wij(t)为传感器节点i当前次即t次更新的备选节点j的优先级，wij(t-1)为,传感器节点i前一次次即t-1次更新的备选节点j的优先级，wij0为传感器节点i的备选节点j的初始优先级，wik0为传感器节点i的第k个备选节点的初始优先级，ni为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量，γ为预设的调节系数，γ的取值范围为[1.1,1.2]。

本实施例设定了中继条件，传感器节点每次更新备选节点的优先级时，判断各备选节点是否满足下列中继条件，若不满足，传感器节点将该备选节点从备选节点集中剔除，有利于使得当前剩余能量和/或当前缓存空间过小的备选节点市区充当下一跳节点的资格，进而有利于提高选择下一跳节点的效率，节省选择下一跳节点的能耗，提高高层建筑结构感测数据传输的效率。

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。