[发明专利]一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统

权利要求书

1.一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，其特征是，包括传感器网络感知子系统、云存储子系统和数据处理装置；所述传感器网络感知子系统包括由汇聚节点和多个传感器节点构成的无线传感器网络，传感器节点对桥梁各危险部位进行监测感知，汇聚节点汇聚各传感器节点采集的桥梁危险部位数据并将汇聚的数据发送至云存储子系统；所述数据处理装置从云存储子系统中获取桥梁危险部位感知数据，并对桥梁危险部位感知数据进行分析和处理；初始时传感器节点将自己的发送距离调至最大，若传感器节点到汇聚节点的距离未超过传感器节点的当前发送距离，传感器节点直接将采集的桥梁危险部位感知数据发送至汇聚节点，否则，传感器节点将采集的桥梁危险部位感知数据发送至下一跳节点，以通过多跳转发的形式将桥梁危险部位感知数据发送至汇聚节点。

2.根据权利要求1所述的一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，其特征是，设邻居节点为位于传感器节点通信范围内的其他传感器节点，网络初始时，传感器节点通过信息交互获取邻居节点信息并构建邻居节点集；传感器节点从其邻居节点集中选择一个邻居节点作为下一跳节点，包括：

(1)传感器节点从其邻居节点集中选择相对于其距离汇聚节点更近的一跳邻居节点作为备选节点，构建备选节点集；

(2)传感器节点向各备选节点发送请求信息，每个备选节点接收到所述请求信息后计算自身的转发能力值并反馈至传感器节点，所述请求信息包括各备选节点的总带宽和初始缓存空间、传感器节点i的邻居节点的数量和对应的节点标识，所述转发能力值的计算公式为：

式中，Q_ij为传感器节点i的备选节点j的转发能力值，H_j为所述备选节点j的总带宽，G_j为所述备选节点j的初始缓存空间，n_i为传感器节点i的备选节点集中的备选节点数量，H_p为传感器节点i的备选节点集中第p个备选节点的总带宽，G_p为传感器节点i的备选节点集中第p个备选节点的初始缓存空间；a_i为传感器节点i的邻居节点数量，a_j为所述备选节点j的邻居节点数量，a_i∩a_j为传感器节点i与备选节点j所拥有的共同邻居节点的数量，e₁、e₂为预设的影响因子，满足e₁+e₂＝1；β₁、β₂为预设的权重系数，满足β₁+β₂＝1；

(3)传感器节点从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点。

3.根据权利要求2所述的一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，其特征是，所述数据处理装置包括分析处理模块和显示模块，该分析处理模块将收到的桥梁危险部位感知数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由显示模块进行比较结果显示。

4.根据权利要求2所述的一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，其特征是，传感器节点每隔一个时间段Δt重新从当前的备选节点集中选择转发能力值最大的备选节点作为下一跳节点；下一跳节点每隔一个时间段Δt/2判断自身是否符合中继条件，若不符合，下一跳节点向对应的上一跳传感器节点发送反馈信息，收到反馈信息的上一跳传感器节点更新该下一跳节点的转发能力值，所述中继条件为：

式中，B_d为下一跳节点d的当前剩余能量，B_d0为所述下一跳节点d的初始能量，K_d为所述下一跳节点d的缓存列表中的桥梁危险部位感知数据包数量，B_T为预设的转发一个桥梁危险部位感知数据包的能耗，B_min为预设的保持转发能力的能量下限；h_d为所述下一跳节点d的剩余带宽，g_d为所述下一跳节点d的剩余缓存空间，M_d所述下一跳节点d的上一跳传感器节点数量，h_min为预设的协助一个传感器节点转发桥梁危险部位感知数据所需的带宽下限，g_min为预设的协助一个传感器节点转发桥梁危险部位感知数据所需的缓存空间下限，为判断取值函数，当时，当时，

5.根据权利要求2-4任一项所述的一种实时无线的桥梁结构智慧监测系统，其特征是，所述桥梁危险部位感知数据包括桥梁危险部位的应力数据、加速度数据、位移数据。