一种实时智能的建筑结构无线监测系统的制作方法

本发明涉及建筑监测技术领域，具体涉及一种实时智能的建筑结构无线监测系统。

背景技术：

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，因此有必要对建筑进行结构监测。目前，对建筑结构的监测，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，本发明提供一种实时智能的建筑结构无线监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

提供了一种实时智能的建筑结构无线监测系统，该系统包括：

感知模块，用于采集建筑结构健康监测数据并将建筑结构健康监测数据发送至第一处理模块，所述建筑结构健康监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；感知模块包括汇聚节点和多个用于采集建筑结构健康监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建筑结构健康监测数据汇总发送至第一处理模块；

第一处理模块，用于将建筑结构健康监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，将完成标记的建筑结构健康监测数据发送到第二处理模块；

第二处理模块，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；用于将建筑结构健康监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显示模块；

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建筑结构健康监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一种实时智能的建筑结构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：

感知模块1、第一处理模块2、第二处理模块3、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一种实时智能的建筑结构无线监测系统，该系统包括：

感知模块1，用于采集建筑结构健康监测数据并将建筑结构健康监测数据发送至第一处理模块2，所述建筑结构健康监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；感知模块1包括汇聚节点和多个用于采集建筑结构健康监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建筑结构健康监测数据汇总发送至第一处理模块2；

第一处理模块2，用于将建筑结构健康监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，将完成标记的建筑结构健康监测数据发送到第二处理模块3；

第二处理模块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；用于将建筑结构健康监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显示模块4；

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建筑结构健康监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，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建筑结构健康监测数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的建筑结构健康监测数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将建筑结构健康监测数据发送至汇聚节点；传感器节点按照下列公式定期更新自己的发送距离：

式中，xi(s)为传感器节点i在第s个周期更新的发送距离，xi(s-1)为传感器节点i在第s-1个周期更新的发送距离，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，为取整函数，表示对取整，ρ为预设的基于能量的衰减系数，ρ的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例基于传感器节点的能量设定了发送距离的计算公式，创新性地为传感器节点发送建筑结构健康监测数据的路由方式选择给出了较好的衡量标准，即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建筑结构健康监测数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的建筑结构健康监测数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将建筑结构健康监测数据发送至汇聚节点。传感器节点基于发送距离选择合适的路由方式，有利于减少传感器节点发送建筑结构健康监测数据的能量消耗，避免传感器节点因能量快速消耗而失效，保障无线传感器网络中路由的稳定性。

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，构建邻居节点集，并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候选节点，为每个候选节点分配优先等级，从而将候选节点分为一级候选节点、二级候选节点；传感器节点选择下一跳节点时，先向一级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到一级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的一级候选节点作为下一跳节点；在计时结束后若未收到一级候选节点的反馈信息，传感器节点则向二级候选节点发送请求消息并启动计时器，在计时结束后若收到二级候选节点的反馈信息，则选择最先接到的反馈信息所对应的二级候选节点作为下一跳节点，在计时结束后若未收到二级候选节点的反馈信息，传感器节点选择距离最近的候选节点作为下一跳节点。

本实施例中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候选节点，构建作为下一跳节点候选的候选节点集，限制了传感器节点至汇聚节点的路由路径的长度和方向，保障了建筑结构健康监测数据的单向传输。

其中，为每个候选节点分配优先等级，包括：

(1)计算各候选节点的权值：

式中，wij为传感器节点i的候选节点j的权值，m(i,j)为传感器节点i与该候选节点j的距离，m(i,d)为传感器节点i与其第d个候选节点的距离，m(j,s)为该候选节点j与汇聚节点的距离，m(d,s)为所述第d个候选节点与汇聚节点的距离，ni为传感器节点i的候选节点数量，bi为传感器节点i的邻居节点数量，bj为所述候选节点j的邻居节点数量，bi∩bj为传感器节点i与候选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，r1、r2为预设的影响因子，满足r1+r2＝1；a1、a2为预设的权重系数，满足a1+a2＝1；

(2)若将候选节点j归为一级候选节点，若将候选节点j归为二级候选节点，其中wid为传感器节点i的第d个候选节点的权值。

本实施例创新性地设定了优先等级的指标，其中根据候选节点的位置以及其与传感器节点的关联性提出了衡量优先等级的权值的计算公式。传感器节点根据权值为每个候选节点分配优先等级，从而将候选节点分为一级候选节点、二级候选节点，通过对候选节点进行等级划分，有利于提高下一跳节点的选择效率，传感器节点先从一级候选节点中选择下一跳节点，有利于尽可能选择关联性较少的候选节点，以及缩短传感器节点至汇聚节点的路由路径长度，从而减少建筑结构健康监测数据传输的能耗，进一步延长无线传感器网络的寿命。

在一个实施例中，所述请求消息包括传感器节点的能量和带宽信息，候选节点接收到所述请求消息后，判断自身是否满足下列转发条件，若满足，候选节点向该传感器节点发送反馈消息：

式中，kj为候选节点j的缓存列表中的建筑结构健康监测数据包数量，qt为预设的转发一个建筑结构健康监测数据包的能耗，qj为候选节点j的当前剩余能量，qj0为候选节点j的初始能量，qmin为预设的能量下限，ht为预设的为一个建筑结构健康监测数据包服务所消耗的带宽，hj为候选节点j的当前剩余带宽，hj0为候选节点j的初始带宽，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，hi为传感器节点i的前剩余带宽，hi0为传感器节点i的初始带宽，e1、e2为预设的权重因子，满足e1+e2＝1，δ为预设的容忍系数，δ的取值范围为[0.4,0.6]。

本实施例基于候选节点与传感器节点的剩余资源的博弈创新性地设定了转发条件，候选节点接收到所述请求消息后，根据自身是否满足该转发条件来确定是否向该传感器节点发送反馈消息。本实施例使得有较为足够的资源执行建筑结构健康监测数据转发任务的候选节点才有机会被选为下一跳节点，这有利于提高建筑结构健康监测数据传输的可靠性，同时有益于均衡网络中各候选节点的资源。通过由候选节点自行判断是否去竞争下一跳节点，相对于由传感器节点统一判断候选节点是否满足转发条件的方式，平衡了计算开销，进一步均衡了网络各传感器节点的能耗。

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。