中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
根據(jù)橋梁監(jiān)測(cè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)方案的安全參數(shù)的需要；對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理的節(jié)點(diǎn)集、分簇和關(guān)鍵技術(shù)，雖然近年來(lái)在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，已經(jīng)證明了其潛在的提供連續(xù)結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行定量評(píng)估結(jié)構(gòu)健康，許多重要的問(wèn)題，包括網(wǎng)絡(luò)壽命可靠性和穩(wěn)定性、損傷檢測(cè)技術(shù)，例如擁塞控制進(jìn)行了討論。
關(guān)鍵詞：橋梁安全監(jiān)測(cè)； 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)；關(guān)鍵技術(shù)
1 阻斷
隨著交通運(yùn)輸業(yè)的不斷發(fā)展，橋梁安全問(wèn)題受到越來(lái)越多人的關(guān)注。對(duì)于橋梁的建設(shè)與運(yùn)行規(guī)律，而特設(shè)的橋梁檢測(cè)的工作情況，起到一定作用，但是一座橋的信息通常是一個(gè)孤立的片面性，這是由于主觀和客觀因素，一些橋梁安全參數(shù)復(fù)雜多變[1]。某些問(wèn)題使用傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法難以發(fā)現(xiàn)橋梁存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，預(yù)報(bào)和評(píng)估橋梁的安全局勢(shì)，目前在中國(guó)乃至全世界是一個(gè)亟待解決的重要問(wèn)題。
橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，即通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)時(shí)橋跨的壓力、變形等參數(shù)及測(cè)試，分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)科關(guān)鍵控制安全性和可靠性，以及問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)并及時(shí)維修，從而確保了橋的安全和長(zhǎng)期耐久性。
近年來(lái)，橋梁安全監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為一個(gè)多學(xué)科的應(yīng)用，它是在結(jié)構(gòu)工程的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及道路交通等基礎(chǔ)上引入現(xiàn)代科技手段，已成為這一領(lǐng)域中科學(xué)和技術(shù)研究的重點(diǎn)。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在橋梁的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案的實(shí)現(xiàn)上，具有一定的參考價(jià)值。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN ）是一種新興的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)技術(shù)是大量的傳感器節(jié)點(diǎn)，通過(guò)自組織無(wú)線通信，信息的相互傳輸，對(duì)一個(gè)具體的完成特定功能的智能功能的協(xié)調(diào)的專用網(wǎng)絡(luò)。它是傳感器技術(shù)的一個(gè)結(jié)合，通過(guò)集成的嵌入式微傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線通信技術(shù)、布式信息處理技術(shù)、傳感以及無(wú)線發(fā)送收集到的環(huán)境或各種信息監(jiān)測(cè)和多跳網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩艚K端[2]。在軍事、工業(yè)和農(nóng)業(yè)，環(huán)境監(jiān)測(cè)，健康，智能交通，安全，以及空間探索等領(lǐng)域無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有廣泛應(yīng)用前景和巨大的價(jià)值。
一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，通常包括傳感器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器，如圖1
所示的體系結(jié)構(gòu)。
圖1一個(gè)典型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
傳感器節(jié)點(diǎn)具有收音功能，主要由傳感器模塊，處理器模塊，無(wú)線通訊模塊和能量供應(yīng)模塊4個(gè)部分組成。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各地的分布，用于檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集和通信技術(shù)負(fù)責(zé)通過(guò)WSN 的數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)關(guān)（群集節(jié)點(diǎn)或基站）。與服務(wù)器網(wǎng)關(guān)通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)（Internet ，衛(wèi)星移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)等）進(jìn)行通信，使用戶能夠收集數(shù)據(jù)處理和分析，以便作出判斷或決定。
自組織無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有，多跳路由，動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜凸?jié)點(diǎn)資源有限等特點(diǎn)，其關(guān)鍵技術(shù)，包括MAC 協(xié)議（MAC 層協(xié)議），路由協(xié)議，能源管理，QoS 保證技術(shù)，數(shù)據(jù)集成技術(shù)，安全機(jī)制，定位技術(shù)和管理機(jī)制，例如同步[3]。 2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和工作原理
橋梁節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的安全參數(shù)整體結(jié)構(gòu)（以下簡(jiǎn)稱為節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上）是最前端的最基本單元，傳感器，處理器監(jiān)控，無(wú)線通信模塊和電源部件，所有大橋的安全參數(shù)和物理意義，各不相同，但一般包括應(yīng)變信號(hào)，位移信號(hào)，溫度信號(hào)，濕度信號(hào)和加速度信號(hào)的參數(shù)，如橋梁的安全狀況，這就要求必須是不同類(lèi)型的傳感器，對(duì)不同類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上最終組成[4]。所有基于節(jié)點(diǎn)上，分別根據(jù)一個(gè)組成若干法律集群，每個(gè)集群節(jié)點(diǎn)到簇頭節(jié)點(diǎn)發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)各自的基礎(chǔ)；所有群集節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)的第一個(gè)集成，然后發(fā)送到群集節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)），叢集節(jié)點(diǎn)橋的復(fù)雜數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)所有類(lèi)型的安全監(jiān)測(cè)，使用互聯(lián)網(wǎng)將是最終的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器；在一個(gè)數(shù)據(jù)處理分析的服務(wù)器，然后發(fā)送該網(wǎng)站的有關(guān)行政主管部門(mén)，使決策。
圖2 基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
橋特殊的工作性質(zhì)，除了一般的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，安全監(jiān)測(cè)結(jié)果已在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)，仍然有幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：設(shè)置節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)、該子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)集群技術(shù)、信息技術(shù)的擁塞控制橋梁安全參數(shù)。
3.1基于節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于橋的傳感器，處理器，無(wú)線通信模塊和電源組件的安全參數(shù)，信號(hào)結(jié)構(gòu)如圖3所示的節(jié)點(diǎn)。
圖3橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)上
這可從圖3，橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程基于節(jié)點(diǎn)看到，重點(diǎn)應(yīng)在以下兩個(gè)方面：（1）橋梁安全傳感器參數(shù)設(shè)置；（2）低功耗設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)。
3.1.1橋梁安全傳感器參數(shù)設(shè)置
橋梁安全傳感器參數(shù)設(shè)置，包括傳感器的類(lèi)型，排列的位置，大小和數(shù)量等。
根據(jù)橋梁監(jiān)測(cè)不同的方式和手段的安全參數(shù)應(yīng)在不同類(lèi)型的傳感器在表1所示，不同的地點(diǎn)之間布局的橋梁。
表1參數(shù)大橋的安全傳感器類(lèi)型和布局
此外，根據(jù)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求，應(yīng)設(shè)立一個(gè)小點(diǎn)，盡量節(jié)點(diǎn)的大小，以及對(duì)數(shù)計(jì)算的節(jié)點(diǎn)可以在寬度和跨度橋梁基礎(chǔ)，但在至少超過(guò)10個(gè)。
3.1.2設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的低功耗
節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，除了傳感器，處理器，無(wú)線通信模塊和電源[5]。為了實(shí)現(xiàn)低功耗節(jié)點(diǎn)，處理器的選擇，我們應(yīng)盡量選擇低功耗的睡眠模式和支持，速度不夠快，處理器的高集成度，作為低功耗的處理器和高性能的結(jié)果還有一個(gè)更明顯的矛盾在成本方面，在允許的情況下，它可以是雙核心處理器架構(gòu)。此外，該芯片還支持低功耗的可能，集成大容量存儲(chǔ)器和豐富強(qiáng)大的硬件接口電路的成本選擇。在選擇無(wú)線通信模塊，應(yīng)考慮以下因素：（1）樂(lè)隊(duì)（2）調(diào)制模式；（3）睡眠電流與喚醒時(shí)間（4）發(fā)射和接收電流；（5）信號(hào)接收靈敏度。電力供應(yīng)的選擇，應(yīng)考慮到低功耗和電池電壓的限制因素。
3.2基于子節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)集群技術(shù)
該系統(tǒng)的基礎(chǔ)是節(jié)點(diǎn)電池供電，以致每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量是非常有限的結(jié)果。節(jié)點(diǎn)，以節(jié)省能源，從而延長(zhǎng)了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的生命周期，安全的橋梁節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的能源平衡技術(shù)分簇，簇頭選擇算法監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ) - EBC的（能量相應(yīng)的聚類(lèi)）算法。在EBC 的算法中，除了擔(dān)任群集節(jié)點(diǎn)的簇頭節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)，而且還給出了候選簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)新的角色[6]。
通過(guò)兩個(gè)階段的算法。第一個(gè)簇的結(jié)構(gòu)，從動(dòng)態(tài)群集節(jié)點(diǎn)相鄰地形的基礎(chǔ)上，作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)選擇高能量的簇頭節(jié)點(diǎn)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)處于穩(wěn)定狀態(tài)，所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入通信階段，從由簇頭和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)周邊環(huán)境的基礎(chǔ)上，形
成了網(wǎng)絡(luò)安全監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)骨干，是為正向路由橋負(fù)責(zé)，并最終發(fā)送到群集節(jié)點(diǎn)（基站）。 3.3橋擁塞控制信息技術(shù)安全參數(shù)
作為通信，無(wú)線鏈路相互干擾，在傳感器網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)態(tài)變化的資源有限等特點(diǎn)，使系統(tǒng)容易受到信息傳輸擁塞，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)腝oS 傳感器類(lèi)型場(chǎng)地布置監(jiān)測(cè)（安全參數(shù)）的溫度，濕度傳感器橋面，碼頭工作環(huán)境的橋梁，碼頭結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變加速度傳感器交叉橋底部，主跨架設(shè)大橋方向，塔橋的橋梁內(nèi)容，斜拉橋橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)的光纖布拉格光柵傳感器構(gòu)成部分橋梁系桿的頻率溫度壓力傳感器，位移傳感器的飛速發(fā)展力的關(guān)鍵點(diǎn)的主要拱頂位移 - 5 - 性能和生命周期，使堵塞，質(zhì)量保證機(jī)制，系統(tǒng)控制技術(shù)，確保重點(diǎn)之一。在這個(gè)系統(tǒng)中，橋梁安全的擁塞控制信息技術(shù)實(shí)施監(jiān)測(cè)參數(shù)，以下幾個(gè)方面需要考慮[7]
(1) 因?yàn)閾砣刂坪芎?jiǎn)單，成本低，存儲(chǔ)空間小的節(jié)點(diǎn)被占領(lǐng)，所以沒(méi)有在節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)或產(chǎn)生擁塞，擁塞控制將無(wú)法啟動(dòng)盡可能，但在同一時(shí)間，以確保一旦發(fā)生擁塞，擁塞控制，及時(shí)，以避免或減少緩沖區(qū)溢出的數(shù)據(jù)包造成的損失。
（2）確保了網(wǎng)絡(luò)傳輸，如網(wǎng)絡(luò)延遲，網(wǎng)絡(luò)吞吐量，丟包率，質(zhì)量。
（3）能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化和在生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化的部署，而且能夠適應(yīng)處理局部充血和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)擁塞。
（4）能夠預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)擁塞或及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并在較短的時(shí)間內(nèi)解除擁塞避免擁塞的蔓延。
（5）擁塞控制機(jī)制，以確保數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)發(fā)送權(quán)益。 4 結(jié)論
該方案在一定程度上實(shí)現(xiàn)了橋梁監(jiān)測(cè)的長(zhǎng)期安全性和實(shí)時(shí)性，但作為一種無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)果也不是沒(méi)有缺點(diǎn)，還存在一些問(wèn)題。未來(lái)的研究將集中在以下幾個(gè)方面。（1）集團(tuán)基于集群技術(shù)節(jié)點(diǎn)。在本文中，該方法主要適用于小范圍，小，中型橋梁和小規(guī)模的群集節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)組的寬度，更困難；和長(zhǎng)跨度，橋梁寬度，開(kāi)展大規(guī)模的集群節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)組還存在一些限制，即能量平衡地區(qū)問(wèn)題上的群集組。（2）聚類(lèi)算法EBC 的模型過(guò)于理想化，沒(méi)有充分考慮到實(shí)際情況，如可調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率，因此，需要進(jìn)一步優(yōu)化。（3）無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理。應(yīng)考慮如何從具體的橋梁，了解他們對(duì)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)的故障和網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試方法的資料。
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