[发明专利]基于无线传感器网络的桥梁结构安全状态应急监测及预警方法与系统

说明书

一、技术领域：

本发明涉及桥梁结构安全状态的应急监测和预警控制技术，具体涉及一种智能无线传感器网络的桥梁结构安全状态应急监测和预警系统。 

二、背景技术：

近年来大跨桥梁在遭受地震、洪水、飓风、爆炸等自然或人为灾害时，以及由于材料性能的退化带来的安全问题，已经引起人们的广泛关注。人们意识到桥梁并不是一个一次性投入后就可以放任不管的公共交通基础设施，它的健康状况同样关乎着人民的生命和国家经济的安全。一般桥梁结构损伤可以分为两类：突发事件(强烈地震、爆炸、撞船等)引起的损伤，和逐渐发展的累积损伤。前者的发生时间甚至损伤位置是已知的，因此可以立即临时封桥，在有限时间内完成检查、维修和加固。累积损伤则不然，累积损伤的初期并不危及安全，发展到一定程度后桥梁结构的抗力降低到一定限值，就会引起重大事故，我国近几年的塌桥事故多属于这种损伤。但事先不可能知道在什么时候抗力降低到某个限值，而桥梁结构在露天工作，并承受疲劳荷载，所以累积损伤(疲劳、锈蚀)是桥梁的重要损伤形式。如果用封桥检查的办法对付累积损伤，则桥梁永远处于封桥状态，导致桥梁根本不能使用。目前，随着传感器技术、电子技术的发展，振动、应变、负载变化等力、温度、电、磁、光等多种信号的采集与处理。并已在工程中得到了应用，200710132811.7070930嵌入式旋转机械运行监控保护装置与方法，涉及嵌入式现场总线协议接口装置和实现方法，将仪表或设备与PROFBUS总线连接，实现Profibus现场总线中DP从站的通讯功能。该接口模块一端通过双口RAM、或TTL电平的异步串行口，与8位或16位微处理器为智能控制器交换数据，可嵌入智能仪表设备的电路。另一端是标准Profibus-DP从站接口，使设备或仪表作为Profibus-DR从站接入总线与其他设备通讯。本发明用于高速、运动控制装置的Profibus接口，如变频器、伺服定位控制器等，或用于变频器、电机启动保护装置、高低压电器、现场测量设备及仪表等。 

对桥梁的监测可以采用传感器技术和动态测试技术，以信号处理的方法进行，但对付累积损伤的传统办法是人工检查，但人工检查的周期相对很长，效率低，难以保证桥梁结构的安全。利用传统的传感器和测量监控设备对桥梁健康进行监测需要在整个桥面上铺设信号和供电电缆，不仅浪费资源而且铺设起来工程复杂庞大，使得系统安装成本、维护成本都很高。目前未有对桥梁结构安全状态应急监测和预警方法与系统 

三、发明内容：

本发明的目的在于提供一种易于安装维护，覆盖范围广和测量精度高的桥梁结构安全状态应急监测和预警系统。采用无线数据传输方式，便于桥梁维护使用单位，快速地进行系统安装调试，进入运行状态，无需有线电缆和前期线缆敷设。当检测任务完成后，可以快速地拆卸系统设备，以便于下一次布设使用。该系统的特点是移动性、安装便捷、可以反复安装拆卸，使用灵活。 

本发明的目的是这样实现的：基于无线传感器网络的桥梁结构安全状态应急监测及预警方法，其特征是采用传感器模块安装在桥梁两侧或底部受力点或梁、柱受力支承部位的网络，用来采集桥梁温度、湿度、震动幅度、梁、柱的受力应变数据，以及桥梁结构变化的频度和幅度进行数据采集，传感器模块通过无线通信模块无线与汇集节点和基站节点进行收发，传送采集并进行处理过的数据，无线收发汇集节点连接基站节点，基站节点通过网络连接计算机； 

采用无线传感器网络实现对桥梁结构安全状态应急监测和预警，传感系统对数据经过处理系统分解、变换以获取所需要的参数后通过网络连接计算机后，利用可实现诊断功能的各种软硬件对接收到的数据进行诊断，包括结构是否受到损伤以及损伤位置、损伤程度； 

采用多尺度方法损伤识别方法，对加速度与应变信号同时进行分析，这种方法融合了整体结构信息(加速度)和局部结构响应(应变)。 

无线传感器网络如下构成：监测桥梁的传感器节点每2-6个组成一个无线传感器节点群组，每一个群组有一个汇集节点，该汇集节点完成群组内传感器节点的数据汇集功能，且传感器节点与且仅与群组内汇集节点进行通信，汇集节点和基站节点不接传感器。所有群组的汇集节点，组成1个或者多个群组，直接与基站节点通信(1个群组)，或通过群组内的汇集节点与基站节点通信(多个群组)，基站节点将汇集节点的监测数据通过网络连接计算机，送到监控中心，并且计算机系统在异常情况下进行报警，监测人员可随时了解桥梁运行情况，达到结构安全状态应急监测及预警的目的。