[发明专利]云环境下基于Mesh的桥梁健康状态传感关键技术

说明书

本发明公开了一种云环境下基于Mesh的桥梁健康状态传感关键技术。该技术包含以下两步：第一步，建立了基于Mesh及4G的桥梁健康传感网络，将实时采集的传感数据传输并存储于云端；第二步，结合Mesh传感网络时钟同步算法，实现了单一ARM所属传感器及传感网络中所有传感节点数据采集同步控制。

技术领域

本发明涉及桥梁监测领域，具体的来说是涉及一种基于无线Mesh网络的桥梁健康状况传感关键技术。

背景技术

国内外桥梁坍塌引起的安全事故时有发生，造成这些事故的原因多种多样。抛开设计与施工方面的缺陷，这些桥梁长期处于超荷载运营状态，致使许多构件疲劳损伤，是导致事故的一个重要原因。如果能够实时监控桥梁各个部件的状态，并对桥梁的健康状况做出及时的评估，类似的惨剧或许可以避免。桥梁健康监测系统的研发与发展，正是在这样的背景下出现的。

从已建成的桥梁来看，国内外比较常用的桥梁健康状态监测方法可分为三种：①以人工为主的桥梁监测方法；②有线式的桥梁监测方法；③基于物联网的桥梁监测方法。人工桥梁检测方法主要是通过人工目测或借助于便携式仪器测量得到的信息对桥梁的健康状况进行分析。此方法局限性较多，具体表现为：⑴不能及时发现间隔期内的损伤；⑵结构的某些部位难以到达；⑶工作量大、费用高；⑷需要根据检测人员的经验来判断，检查结果有极大的主观性；⑸会影响到正常交通，缺乏历史数据积累。有线桥梁监测方法是利用以太介质连接前端采集设备和监测设备。此方法存在以下问题：⑴线路布设复杂，接线繁琐，安装造价高，后期的线缆维护所耗的时间和精力巨大，应用上有较大局限性；⑵传输距离受到布线长度的限制；⑶可能影响正常的交通运行，若对桥梁进行荷载试验等定期检测，需要封闭交通进行。这种传统有线式的桥梁健康状态监测方法很大程度上影响系统的处理速度和系统的可靠性和灵活性。基于物联网的桥梁监测方法主要有：①基于无线自组网络的桥梁健康状态监测方法；②数据收集器式的桥梁健康状态监测方法。

所述的数据收集器式的桥梁健康状态监测方法有效弥补了有线式的桥梁监测方法的诸多缺点，为桥梁健康状态监测提供了新思路。从目前来看，这种方法存在如下几个问题：①在数据收集器式的桥梁健康状态监测方法中，各无线传感单元之间是相互独立的。若某个传感单元中的3G/4G远程数据传输模块发生故障，将会影响到整个网络的正常工作。②无线传感单元之间相互独立，因此每个无线传感单元都需要3G/4G远程数据传输模块进行数据传输，导致费用升高。

所述的基于无线自组网络的桥梁健康状态监测方法，目前仍存在以下几个方面的问题：⑴在传统无线接入技术中，主要采用点到点或者点到多点的收集器式的拓扑结构，这种拓扑结构中一般都存在一个中心节点，中心节点与各个无线终端通过单跳无线链路相连，若其中某一个中心点出现了故障，将会影响到整个网络的正常工作，导致数据传输失效。⑵在桥梁健康状态监测采集系统无线传感网络中，各个无线采集节点的数据采集相对独立，各无线节点数据的采集同步性要求高。⑶传统的ZIGBEE网络，传感器节点数量大，分布密度高，使得网络数据采集量大，网络信道利用率小，易造成网络信道阻塞。

因此，本发明所研究的基于Mesh的无线传感桥梁健康监测系统的出现有效解决了以上问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种云环境下基于Mesh的桥梁健康状态传感关键技术，能够实现Mesh内部不同ARM节点的时钟同步，并在此基础上实现了单一ARM所属传感器及传感网络中所有传感节点数据采集同步控制；

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：