(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统

摘要

根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。

关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术

1 阻断

随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。

桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。

近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。

无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。

无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。

一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1

所示的体系结构。

图1一个典型的无线传感器网络系统

传感器节点具有收音功能，主要由传感器模块，处理器模块，无线通讯模块和能量供应模块4个部分组成。无线传感器网络在各地的分布，用于检测和数据采集和通信技术负责通过WSN的数据发送到网关（群集节点或基站）。与服务器网关通过公共网络（Internet，卫星移动通信网络等）进行通信，使用户能够收集数据处理和分析，以便作出判断或决定。

自组织无线传感器网络具有，多跳路由，动态网络拓扑和节点资源有限等特点，其关键技术，包括MAC协议（MAC层协议），路由协议，能源管理，QoS 保证技术，数据集成技术，安全机制，定位技术和管理机制，例如同步[3]。

2 系统的总体结构和工作原理

桥梁节点系统的安全参数整体结构（以下简称为节点的基础上）是最前端的最基本单元，传感器，处理器监控，无线通信模块和电源部件，所有大桥的安全参数和物理意义，各不相同，但一般包括应变信号，位移信号，温度信号，湿度信号和加速度信号的参数，如桥梁的安全状况，这就要求必须是不同类型的传感器，对不同类型的节点的基础上最终组成[4]。所有基于节点上，分别根据一个组成若干法律集群，每个集群节点到簇头节点发送监测数据各自的基础；所有群集节点将数据的第一个集成，然后发送到群集节点（网关），丛集节点桥的复杂数据处理和存储所有类型的安全监测，使用互联网将是最终的数据发送到服务器；在一个数据处理分析的服务器，然后发送该网站的有关行政主管部门，使决策。

图2 基于无线传感器网络桥梁结构安全监测系统

3 系统的关键技术

桥特殊的工作性质，除了一般的无线传感器网络，安全监测结果已在系统设计和实施过程中的关键技术，仍然有几个关键问题：设置节点的基础、该子节点的网络集群技术、信息技术的拥塞控制桥梁安全参数。

3.1基于节点设计

桥梁安全监测系统是基于桥的传感器，处理器，无线通信模块和电源组件的安全参数，信号结构如图3所示的节点。

图3桥梁安全监测系统的节点上

这可从图3，桥梁安全监测系统的设计过程基于节点看到，重点应在以下两个方面：（1）桥梁安全传感器参数设置；（2）低功耗设计节点。

3.1.1桥梁安全传感器参数设置

桥梁安全传感器参数设置，包括传感器的类型，排列的位置，大小和数量等。

根据桥梁监测不同的方式和手段的安全参数应在不同类型的传感器在表1所示，不同的地点之间布局的桥梁。

表1参数大桥的安全传感器类型和布局

此外，根据无线传感器网络的要求，应设立一个小点，尽量节点的大小，以及对数计算的节点可以在宽度和跨度桥梁基础，但在至少超过10个。

3.1.2设计节点的低功耗

节点硬件平台的基础上，除了传感器，处理器，无线通信模块和电源[5]。为了实现低功耗节点，处理器的选择，我们应尽量选择低功耗的睡眠模式和支持，速度不够快，处理器的高集成度，作为低功耗的处理器和高性能的结果还有一个更明显的矛盾在成本方面，在允许的情况下，它可以是双核心处理器架构。此外，该芯片还支持低功耗的可能，集成大容量存储器和丰富强大的硬件接口电路的成本选择。在选择无线通信模块，应考虑以下因素：（1）乐队（2）调制模式；（3）睡眠电流与唤醒时间（4）发射和接收电流；（5）信号接收灵敏度。电力供应的选择，应考虑到低功耗和电池电压的限制因素。

3.2基于子节点的网络集群技术

该系统的基础是节点电池供电，以致每个节点的能量是非常有限的结果。节点，以节省能源，从而延长了整个网络的生命周期，安全的桥梁节点的网络为基础的能源平衡技术分簇，簇头选择算法监测的基础- EBC的（能量相应的聚类）算法。在EBC的算法中，除了担任群集节点的簇头节点和节点的基础，而且还给出了候选簇头和网关节点，两个新的角色[6]。

通过两个阶段的算法。第一个簇的结构，从动态群集节点相邻地形的基础上，作为一个节点或网关节点选择高能量的簇头节点。当网络处于稳定状态，所有节点进入通信阶段，从由簇头和网关节点收集到的数据节点周边环境的基础上，形