[发明专利]一种土木工程建筑智能监测系统

权利要求书

1.一种土木工程建筑智能监测系统，其特征是，包括：

数据采集装置，用于采集建筑结构健康数据并将建筑结构健康数据发送至中央处理器，所述建筑结构健康数据包括建筑内应力数据、加速度数据、建筑沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数数据；数据采集装置包括汇聚节点和多个用于采集建筑结构健康数据的传感器节点，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，其中根据低功耗自适应集簇分层型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一个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建筑结构健康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建筑结构健康数据汇总发送至中央处理器；

中央处理器，用于将建筑结构健康数据用其对应的建筑基本信息进行标记后发送到数据库进行储存，将完成标记的建筑结构健康数据发送到数据分析装置；

数据分析装置，内储存各类建筑安全隐患下的内应力数据、加速度数据、沉降参数、位移参数、倾斜度参数、裂缝参数；用于将建筑结构健康数据与所存储的数据进行类似度对比，并将对比结果按照相似度进行升序或降序排序后，以表格的形式发送给显示器；

显示器，用于显示所述对比结果；

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p₀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p₀的节点标识；

(2)当前向蚂蚁报文δ到达簇头p₁时，簇头p₁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；

(3)若簇头p₁已选择簇头p₂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p₂：

E_t＝E_t-1+S_ij×E

式中，E_t表示更新后的链路总开销，E_t-1表示更新前的链路总开销，初始时链路总开销为0，E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o_j收到簇头p₀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p₀产生的前向蚂蚁报文，汇聚节点o_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o_j标识、链路总开销；

(6)当簇头p₃收到簇头p₄发送的后向蚂蚁报文时，提取簇头p₄的节点标识以及汇聚节点o_j标识，并保存在本地，簇头p₃更新自身至簇头p₄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p₀；

(8)簇头p₀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p₀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；

其中，簇头p₃按照下列公式更新自身至簇头p₄的链路的信息素浓度；

式中，X(p₃,p₄)′表示更新后的簇头p₃,p₄之间链路上的信息素浓度，X(p₃,p₄)为更新前的簇头p₃,p₄之间链路上的信息素浓度，ρ为信息素的挥发度；为将标准前向蚂蚁报文从始发的簇头发送至汇聚节点o_j总的跳数；ΔX为预设常量，表示一次更新中所释放的信息素的总量；为位于簇头p₃的通信范围内的簇头个数，表示位于簇头p₃的通信范围内的第个簇头到汇聚节点o_j的距离，表示位于簇头p₃的通信范围内的所有簇头到汇聚节点o_j的距离的平方之和；

簇头p₁在其通信范围内按照下列公式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，T_a表示簇头p₁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p₁与所述第a个簇头的链路上的信息素浓度，表示簇头p₁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p₁通信范围内没有转发过前向蚂蚁报文δ的簇头数量；H_a为所述第a个簇头的当前可用缓存的大小，H_b为所述第b个簇头的当前可用缓存的大小；为簇头p₁与所述第a个簇头之间的距离；为簇头p₁与所述第b个簇头之间的距离；W_a为所述第a个簇头所在簇内的传感器节点个数，W_b为所述第b个簇头所在簇内的传感器节点个数，min(S_a-O)为所述第a个簇头到最近的汇聚节点的距离，min(S_b-O)为所述第b个簇头到最近的汇聚节点的距离；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄皆为设定的权重系数。