一种桥梁智能监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种桥梁智能监测系统，包括基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置、基站设备和监测终端；所述基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置包括多个传感器节点，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，并将获得的桥梁危险部位感知数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的桥梁危险部位感知数据，进行处理后转发至监测终端；监测终端用于对基站设备发送的桥梁危险部位感知数据进行分析处理和显示，并在桥梁危险部位感知数据异常时进行报警。本发明专利技术利用无线传感器网络技术实现了桥梁的无线监测，可有效地节省人力物力。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁智能监测系统
本专利技术涉及桥梁监测领域，具体涉及一种桥梁智能监测系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种桥梁智能监测系统。本专利技术的目的采用以下技术方案来实现：提供了一种桥梁智能监测系统，包括基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置、基站设备和监测终端；所述基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置包括多个传感器节点，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，并将获得的桥梁危险部位感知数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的桥梁危险部位感知数据，进行处理后转发至监测终端；监测终端用于对基站设备发送的桥梁危险部位感知数据进行分析处理和显示，并在桥梁危险部位感知数据异常时进行报警。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，所述监测终端包括数据处理模块和显示模块，该数据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。本专利技术的有益效果为：利用无线传感器网络技术实现了桥梁的无线监测，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专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，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本专利技术一个实施例的结构示意框图；图2是本专利技术一个实施例的监测终端的框图示意图。附图标记：基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置1、基站设备2、监测终端3、报警器4、数据处理模块10、显示模块20。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。参见图1，本实施例提供的一种桥梁智能监测系统，包括基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置1、基站设备2和监测终端3；所述基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置1包括多个传感器节点，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，并将获得的桥梁危险部位感知数据发送至基站设备2；所述基站设备2汇聚各传感器节点发送的桥梁危险部位感知数据，进行处理后转发至监测终端3；监测终端3用于对基站设备2发送的桥梁危险部位感知数据进行分析处理和显示，并在桥梁危险部位感知数据异常时进行报警。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，监测终端3包括数据处理模块10和显示模块20，该数据处理模块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。显示模块20还用于实时显示桥梁危险部位感知数据，从而供监测人员实时查看桥梁各危险部位的状态。可选地，该监测终端3为计算机或云服务器。可选地，系统还包括与数据处理模块10连接的报警器4，当桥梁危险部位感知数据超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理模块10驱动报警器4进行报警。其中，所述的报警器30包括蜂鸣报警器或者声光报警器，本实施例对此不作限定。本专利技术上述实施例利用无线传感器网络技术实现了桥梁的无线监测，避免了布线，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，基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置1采用下述的网络结构：多个传感器节点通过分簇路由协议竞选出簇头节点，传感器节点将采集的桥梁危险部位感知数据发送至所属簇的簇头节点，进而由簇头节点对桥梁危险部位感知数据进行融合并发送到基站设备，其中，传感器节点的负载由所属簇的簇头节点依据自身从基站设备得到的负载进行分配，传感器节点在负载分配结束后开启数据采集工作。进一步地，传感器节点的感知时间和发送给簇头节点的桥梁危险部位感知数据量跟所分配的负载量成比例。本实施例中传感器节点通过分簇形式传输桥梁危险部位感知数据至基站设备，使得桥梁危险部位感知数据的传输路径能够保持在较短的通讯距离，从而能够降低能量消耗。在一个实施例中，多个传感器节点通过分簇路由协议竞选出簇头节点，具体包括：(1)基站设备通过发送广播信号，启动网络中所有传感器节点运行，每个启动的传感器节点应用安全加密随机数产生器生成一个0和1之间的随机数；(2)每个启动的传感器节点按照下列公式计算随机阈值，如果生成的随机数小于随机阈值，则成为簇头节点：式中，γμ为传感器节点Sμ的随机阈值，P0为初始概率值，其值固定不变，Eμ为传感器节点Sμ的当前剩余能量，为网络平均能量，Eμ-last为传感器节点Sμ上次作为簇头节点时消耗的能量，传感器节点Sμ未曾做过簇头节点时Eμ-last＝0，Eμ0为传感器节点的初始能量；(3)选定的簇头节点通过广播告知其他的传感器节点，其他的传感器节点根据接收信号的强度计算与簇头节点的距离，并选择最近的簇头节点加入簇，完成簇的建立。传统方式经常采用LEACH分簇协议进行传感器节点的分簇。LEACH分簇协议中，网络的工作周期被分为若干轮，所有节点轮流担任簇首以达到能量均衡消耗的目的。在簇生成阶段，每个节点产生一个0-1之间的随机数，并根据当前轮数计算出一个门限值，如果某节点在前(为簇首的比率)轮内未担任过簇首，并且随机数小于门限值，则该节点成为簇首，然后，簇首向所有节点广播自己成为簇首的消息，普通节点则根据接收到的广播信号的强度来判断自己与簇首的距离，并以簇成员的身份加入与之最近的簇。LEACH协议中簇首的选择是随机的，每轮选出的簇首数量相差很大，且分布不均匀，无法做到最优。相对于LEACH分簇协议，本实施例提出了一种新的分簇协议，该新的分簇协议优先以剩余能量较多的、消耗能量速率较低的传感器节点作为簇头节点，使得传感器节点的开始死亡的时间晚于LEACH，延长了基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置1的工作周期；网络中传感器节点的死亡会带来传感“空洞”，造成传感质量的下降，因此通常用第1个传感器节点的死亡时间来评价分簇协议的性能，本专利技术人根据本实施例的分簇协议以及传统的LEACH分簇协议分别进行了仿真，结果表明，本实施例的传感器节点的开始死亡的时间相对于LEACH的晚了15％，主要原因在于本实施例选择剩余能量较多的、消耗能量速率较低的传感器节点作为簇头节点，有利于平衡传感器节点的能量消耗。在一个实施例中，簇头节点根据所属簇的簇半径以及包含的传感器节点个数从基站设备得到相应的负载：式中，设通过分簇路由协议竞选出的簇头节点集合为θ，M为θ包含的簇头节点的个数，CHk表示θ中第k个簇头节点，CHδ表示θ中第δ个簇头节点，表示CHk从基站设备得到的负载，表示CHk所在簇的簇半径，表示CHk所在簇包含的传感器节点个数，表示CHδ所在簇的簇半径，表示CHδ所在簇包含的传感器节点个数，δ＝1,…,M，Q为基站设备要分配给簇头节点节点的总负载。本实施例中，由基站设备进行总负载调度，基站设备将接收到的总负载分成若干个子负载，然后将子负载分配给各簇头节点，每个簇头节点将分到的子负载再进行分割，然后分配给每个簇内的传感器节点。本实施例基于簇头节点所属簇的簇半径本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁智能监测系统，其特征是，包括基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置、基站设备和监测终端；所述基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置包括多个传感器节点，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，并将获得的桥梁危险部位感知数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的桥梁危险部位感知数据，进行处理后转发至监测终端；监测终端用于对基站设备发送的桥梁危险部位感知数据进行分析处理和显示，并在桥梁危险部位感知数据异常时进行报警。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁智能监测系统，其特征是，包括基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置、基站设备和监测终端；所述基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置包括多个传感器节点，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，并将获得的桥梁危险部位感知数据发送至基站设备；所述基站设备汇聚各传感器节点发送的桥梁危险部位感知数据，进行处理后转发至监测终端；监测终端用于对基站设备发送的桥梁危险部位感知数据进行分析处理和显示，并在桥梁危险部位感知数据异常时进行报警。2.根据权利要求1所述的一种桥梁智能监测系统，其特征是，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。3.根据权利要求1或2所述的一种桥梁智能监测系统，其特征是，所述监测终端包括数据处理模块和显示模块，该数据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。4.根据权利要求3所述的一种桥梁智能监测系统，其特征是，还包括与数据处理模块连接的报警器，当桥梁危险部位感知数据超出对应设定的安全阈值时，所述数据处理模块驱动报警器进行报警。5.根据权利要求1所述的一种桥梁智能监测系统，其特征是，基于无线传感器网络的桥梁无线监测装置采用下述的网络结构：多个传感器节点通过分簇路由协议竞选出簇头节点，传感器节点将采集的桥梁危险部位感知数据发送至所属簇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱明君，
申请(专利权)人：朱明君，
类型：发明
国别省市：广西,45