[发明专利]建筑基坑沉降智能监测系统

权利要求书

1.建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，包括基坑沉降传感监测装置、监测中心、存储装置和用户终端；

所述基坑沉降传感监测装置用于对基坑中的变形、地下水、应力应变进行感知，并对感知到的监测数据进行采集，基坑沉降传感监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述监测数据的传感器节点，汇聚节点和传感器节点通过自组织方式构建分簇型结构的无线传感器网络，其中多个汇聚节点部署于设定的监测区域边缘，多个传感器节点部署于该监测区域内；其中根据预设的成簇协议对传感器节点进行分簇并选取簇头，在簇头的通信范围内选择当前剩余能量最多的传感器节点作为该簇头所在簇的中继节点，以使得该中继节点接收簇内其他传感器节点采集的监测数据后生成数据包并上报至对应的簇头；汇聚节点主要用于将各簇头发送的监测数据汇总发送至监测中心；

所述监测中心预先存储有基坑沉降的基本数据信息，以及接收并存储所述基坑沉降传感监测装置的监测数据，同时将监测数据同步上传至所述存储装置；所述监测中心还根据所述基本数据信息对监测数据进行分析，检测出监测数据异常时发出警示，并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果，以及分别将各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。

2.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，所述传感器节点包括用于传感器和用于将传感器信号转换为对应的监测数据的信号适配器，所述信号适配器与传感器连接；还包括用于控制采集频率的控制器，所述控制器与传感器连接。

3.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，所述监测中心包括存储模块、分析处理模块和通信模块；存储模块用于存储所述基坑沉降的基本数据信息，以及存储所述基坑沉降传感监测装置的监测数据；分析处理模块用于根据所述基本数据信息对监测数据进行分析，检测出监测数据异常时发出警示，并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果；所述通信模块用于接收所述基坑沉降传感监测装置的监测数据，同时将监测数据同步上传至所述存储装置，还用于将分析处理模块输出的基坑沉降各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。

4.根据权利要求3所述的建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，所述分析处理模块包括数据预设单元，用于预设各个监测点的安全阈值，包括沉降位移阈值、应力应变值阈值或水平位移量阈值。

5.根据权利要求4所述的建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，所述分析处理模块还包括报警单元，用于接收各个监测点的安全阈值，以及当监测数据至少一项超出所述各个监测点的安全阈值时，通过短信、邮件、报表、图形或曲线通知用户终端。

6.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智能监测系统，其特征是，基于蚁群优化算法获取簇头到所能通向的各汇聚节点的最优路径；设簇头a所能通向的汇聚节点数目为m，簇头a在数据传输阶段将监测数据分流发送至所能通向的m个汇聚节点；其中，基于蚁群优化算法获取簇头到所能通向的各汇聚节点的最优路径，包括：

(1)簇头d₀定期产生一定数量的前向蚂蚁报文，随机选择通信范围内的另一个簇头进行转发，并启动第一超时时钟，所述前向蚂蚁报文携带有簇头d₀的节点标识；

(2)当前向蚂蚁报文δ到达簇头d₁时，簇头d₁在其通信范围内概率地选择一个没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头，继续转发前向蚂蚁报文δ：

式中，H_a表示簇头d₁在其通信范围内选择第a个簇头来转发前向蚂蚁报文δ的概率，表示簇头d₁与所述第a个簇头的链路上的信息素浓度，表示簇头d₁与其通信范围内没有转发过前向蚂蚁报文δ的第b个簇头的链路上的信息素浓度，为簇头d₁通信范围内没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头数量；为簇头d₁与所述第a个簇头之间的距离；为簇头d₁与所述第b个簇头之间的距离；为所述第a个簇头到所有汇聚节点的距离的平均值，为所述第b个簇头到所有汇聚节点的距离的平均值；R_a为所述第a个簇头的当前可用缓存的大小，R_b为所述第b个簇头的当前可用缓存的大小；v₁、v₂、v₃皆为设定的权重系数；

(3)若簇头d₁已选择簇头d₂转发前向蚂蚁报文δ，则将自身的节点标识加入前向蚂蚁报文δ的地址链表，按照下列公式更新前向蚂蚁报文δ中记录的当前链路总开销，并将前向蚂蚁报文δ发送给簇头d₂：

U_t＝U_t-1+L_ij×U

式中，U_t表示更新后的链路总开销，U_t-1表示更新前的链路总开销，初始时链路总开销为0，U为设定的单位距离链路开销值；

(4)按照(2)、(3)继续转发前向蚂蚁报文δ，直至将其发送到任意一个汇聚节点；

(5)汇聚节点T_j收到簇头d₀产生的前向蚂蚁报文δ时启动第二超时时钟，对于在第二超时时钟超时前收到的多个簇头d₀产生的前向蚂蚁报文，汇聚节点T_j选择当前链路总开销最小的前向蚂蚁报文作为标准前向蚂蚁报文，并根据标准前向蚂蚁报文产生后向蚂蚁报文，将后向蚂蚁报文沿着标准前向蚂蚁报文的逆路径发送出去，其中后向蚂蚁报文携带有标准前向蚂蚁报文的地址链表、汇聚节点T_j标识、链路总开销；

(6)当簇头d₃收到簇头d₄发送的后向蚂蚁报文时，提取簇头d₄的节点标识以及汇聚节点T_j标识，并保存在本地，簇头d₃更新自身至簇头d₄的链路的信息素浓度；

(7)当前簇头按照后向蚂蚁报文的地址链表指示的信息继续转发后向蚂蚁报文，直至后向蚂蚁报文到达簇头d₀；

(8)簇头d₀对在第一超时时钟超时之前收到的后向蚂蚁报文，按照(6)提取、更新相应的信息，从而得到与收到的后向蚂蚁报文数量相同的到不同汇聚节点的最优路径；其中簇头d₀收到一个后向蚂蚁报文，表示有一条通向该后向蚂蚁报文所记录的汇聚节点的最优路径。