基于物联网的隧道健康监测终端系统设计

基于物联网的隧道健康监测终端系统设计

发表时间：2018-05-14T15:28:45.997Z 来源：《科技新时代》2018年2期作者：童杨、张奕柯、蔡钱明、尤婷

[导读] 摘要：针对目前隧道健康监测中存在的不足和应用需求，本项目开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，通过布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的各种健康信息，由各个节点的微控制器控制传感器对需要监测的隧道参量进行自动化的数据采集，摘要：针对目前隧道健康监测中存在的不足和应用需求，本项目开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，通过布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的各种健康信息，由各个节点的微控制器控制传感器对需要监测的隧道参量进行自动化的数据采集，借助无线网络技术将各种传感信息汇总到汇聚节点，实现隧道健康监测的实时化，智能化，平台化。

关键词：基于物联网；感知节点；汇聚节点；无线传感器；隧道健康监测；自动化；

随着我国交通建设的进一步推进，在隧道施工和运营过程中，地质条件变化多端、结构性损伤，失稳和退化等影响因素众多，这给隧道安全带来了许多隐患。为了保障隧道工程安全、及时掌握隧道地质状况，本项目拟开发一种基于物联网的隧道健康监测终端系统，实现隧道健康监测的可靠性。

一、监测系统结构原理

本项目是基于物联网的隧道健康监测终端系统，布设无线传感器网络，通过传感器技术获得隧道的健康信息，通过感知节点对参量进行自动化的数据采集，借助无线网络技术借路由器节点将各种传感信息汇总到汇聚节点，再输送到上位监控平台处理，实现系统的要求功能。整个系统终端包括若干个感知节点、汇聚节点和上位监控平台等三个部分构成，如图1。

图1 系统结构图

二、监测系统网络通信协议

Zigbee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。是实现隧道健康监测的核心所在，主要涉及物理层、数据链路层、网络层、应用层等。

（1）物理层

物理层主要负责感知信息的采集，将模拟信号进行数字化，由路由器节点传送至LCD屏幕上,通过软硬件的混合设计，建立一个完整的监测系统。

（2）数据链路层

负责媒体访问控制和建立节点之间可靠的通信链路。

（3）网络层

Zigbee网络层主要功能包括设备连接和断开网络里所采用的机制，以及在帧信息传输过程中所采用的安全性机制。

（4）应用层

主要负责把系统的应用映射到Zigbee网络，包括应用支持层、设备对象和应用对象。

三、传感器节点的硬件设计

（一）感知节点

感知节点采用CC2430芯片为核心，结构如图2所示，倾角、应变等模拟信号送入到芯片转换成数字量，再将信息发送至协调器，这些信息也可以在现场的LCD上显示出来。

图2 感知节点结构

（二）汇聚节点

汇聚节点由无线模块、微处理芯片组成，位于感知节点之间的中心位置。

（三）上位监测平台

上位监测平台，由PC以及监测软件构成。监测平台pc机通过监测软件接收来自协调器节点的各个传感器节点的温度信息，对获得的温度数据信息、进行分析、处理、记录、显示。

四、技术路线流程

项目组通过各途径的调研，构建出相应的技术体系，再进行总体的方案定制，确定所需的硬件结构和软件结构，通过软件和硬件的混合设计，再进行各节点软件与网络管理软件编写与调试，硬件的制作，然后进行上位机软件编写与调试，最终对系统进行综合，再次进行

系统整体调试，若功能实现，再对系统完善与测试，可项目结题、验收，反之重复检验。过程如图3。

图3 项目技术研究路线图

五、结束语

基于物联网的隧道健康监测终端系统可有效、简单地保障隧道的工程安全，及时掌握隧道地质状况，能有效解决隧道监测的实时性和连续性，实现隧道健康监测的实时化，智能化，平台化，具有较高的实用价值。其缺陷是本项目从技术层面上，涵盖了硬件设计、网络协议设计等诸多内容，如果一个环节有问题则会导致项目失败。随着技术进步与研发工作的深入，隧道健康监测终端系统将日趋完善和优化，并发挥更大作用。

本项目由衢州学院电气与信息工程学院大学生创新项目资助。