一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，其包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和監(jiān)測中心服務(wù)器，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息；所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括：采用橢圓定位法進(jìn)行定位的傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊、用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束的傳感器約束模塊、采用色素增感型光電池供能的自供電模塊和數(shù)據(jù)修正模塊。本發(fā)明使用壽命長，監(jiān)測精度高，加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，且對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，最大限度的節(jié)省了監(jiān)測成本。
【專利說明】
一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及重力壩結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡 的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在重力壩結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測中，傳感器往往分布于重力壩中的關(guān)鍵受力點(diǎn)或結(jié)構(gòu)的薄 弱點(diǎn)。這些測點(diǎn)布局較分散，而且由于重力壩結(jié)構(gòu)的類型不同也往往位于不同的位置。隨著 監(jiān)測時(shí)間推移以及感測數(shù)據(jù)量的增長，在傳感器的管理、感測數(shù)據(jù)的組織上存在較大的困 難，而對于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)所采集到的數(shù)據(jù)必須結(jié)合其在測量坐標(biāo)系內(nèi)的位置信息才有意 義。
[0003] 此外，監(jiān)測所使用的傳感器工作能耗大且容易受到溫度等環(huán)境的影響，導(dǎo)致傳感 器所測得的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度降低，并進(jìn)一步影響了結(jié)構(gòu)監(jiān)測的精度和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提供一種可以快速定位傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、同時(shí)對傳感器的 費(fèi)用和能量進(jìn)行約束、精確度較高的重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置。
[0005] 本發(fā)明的目的采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局 域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測部位并與監(jiān)測中 心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù) 警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括：
[0007] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，y m)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0008]
[0009 ]其中，m = B，C，D，cU為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0010] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0011]
[0012] 其中，fb、fd、fdj、fp^別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)，A、B、C、D分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[21郵（1) +乙11挪(11)]為費(fèi)用約束，[乙1_(1) +乙11_(11)]為能 量約束；
[0013]當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，f b、f d、f dj、f pl的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0014] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0015] 進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0016] 所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因子
其中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0017] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0022]所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0023]進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0024]本發(fā)明的有益效果為：
[0025] 1、對傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位是準(zhǔn)確監(jiān)測的前提，設(shè)置采用橢圓定位法的傳感器 網(wǎng)絡(luò)定位模塊，簡化了定位計(jì)算，加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，迅速建立起對重力壩 與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接的監(jiān)測體系；
[0026] 2、通過設(shè)定傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，能夠在對重 力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接進(jìn)行有效監(jiān)測的前提下最大限度的節(jié)省監(jiān)測成本；
[0027] 3、一般傳感器節(jié)點(diǎn)使用一段時(shí)間后，自身攜帶的電源耗盡而失效，設(shè)置在光照條 件下向傳感器持續(xù)供能的色素增感型光電池，延長了重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接監(jiān)測裝 置的使用壽命；
[0028] 4、設(shè)置用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正的數(shù)據(jù)修正模塊，提高了重力壩與不良 地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置的監(jiān)測精度。
【附圖說明】
[0029]利用附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但附圖中的實(shí)施例不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限 制，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)以下附圖獲得 其它的附圖。
[0030] 圖1是本發(fā)明各模塊間的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 結(jié)合以下實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
[0032] 實(shí)施例1
[0033]參見圖1，本實(shí)施例一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測 部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù) 據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括：
[0034] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0035]
[0036]其中，m = B，C，D，dAm為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0037] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0038]
[0039 ] 其中，fb、fd、fdj、fpi分別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)，A、B、C、D分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[乙姐0(1) +乙挪(：(11)]為費(fèi)用約束，[乙姐？（1) +乙&叩(11)]為能 量約束；
[0040] 當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，fb、fd、fdj、f Pi的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0041] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0042]進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0043]所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因 i
庫中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0044] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0045]
[0046]
[0047]
[0048]其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0049] 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0050] 進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0051] 本實(shí)施例加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，設(shè)置在光照條件下向傳感器持續(xù)供 能的色素增感型光電池延長了監(jiān)測裝置的使用壽命;傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí) 抖動(dòng)、丟包率約束條件，&44<^、4 1的取值皆為1，監(jiān)測成本相對降低了10%;根據(jù)傳感器 類型選擇的修正系數(shù)m取值為0.01，監(jiān)測精度相對提高了2%。
[0052] 實(shí)施例2
[0053]參見圖1，本實(shí)施例一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測 部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù) 據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括：
[0054] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0055]
[0050]其中，m = B，C，D，dAm為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0057] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0058]
[0059 ] 其中，fb、fd、fdj、fpi分別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)，A、B、C、D分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[乙姐0(1) +乙挪(：(11)]為費(fèi)用約束，[乙姐？（1) +乙&叩(11)]為能 量約束；
[0060] 當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，f b、f d、f dj、f Ρι的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0061] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0062]進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0063]所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因子
庫中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0064] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0065]
[0066]
[0067]
[0068]其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0069] 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0070] 進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0071] 本實(shí)施例加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，設(shè)置在光照條件下向傳感器持續(xù)供 能的色素增感型光電池延長了監(jiān)測裝置的使用壽命;傳感器網(wǎng)絡(luò)路由不滿足帶寬、延時(shí)、延 時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件，&;;』4 1的取值皆為0.2，監(jiān)測成本相對降低了15%;根據(jù)傳 感器類型選擇的修正系數(shù)m取值為0.02，監(jiān)測精度相對提高了3%。
[0072] 實(shí)施例3
[0073]參見圖1，本實(shí)施例一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測 部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù) 據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括：
[0074] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0075]
[0076]其中，m = B，C，D，dAm為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0077] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0078]
[0079] 兵甲，fb、fd、fdj、t pi分別艿帶莧、延町、延町科功、去蝕準(zhǔn)您罰凼數(shù)，A、B、(J、U分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[乙姐0(1) +乙挪(：(11)]為費(fèi)用約束，[乙姐？（1) +乙&叩(11)]為能 量約束；
[0080] 當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，f b、f d、f dj、f Ρι的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0081] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0082]進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0083]所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因子
其中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0084] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0085]
[0086]
[0087]
[0088]其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0089] 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0090] 進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0091] 本實(shí)施例加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，設(shè)置在光照條件下向傳感器持續(xù)供 能的色素增感型光電池延長了監(jiān)測裝置的使用壽命;傳感器網(wǎng)絡(luò)路由不滿足帶寬、延時(shí)、延 時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件，&、〇4 (^、仇1的取值皆為0.4，監(jiān)測成本相對降低了8%;根據(jù)傳感 器類型選擇的修正系數(shù)m取值為0.03，監(jiān)測精度相對提高了5%。
[0092] 實(shí)施例4
[0093]參見圖1，本實(shí)施例一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測 部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù) 據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括：
[0094] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0095]
[0096]其中，m = B，C，D，dAm為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0097] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0098]
[0099 ]其中，fb、fd、fdj、fpi分別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)，A、B、C、D分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[乙姐0(1) +乙挪(：(11)]為費(fèi)用約束，[乙姐？（1) +乙&叩(11)]為能 量約束；
[0100]當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，fb、fd、fdj、f Pi的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0101] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0102] 進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0103] 所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因虧
其中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0104] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0105]
[0106] T<To時(shí)，校正公式為：
[0107]
[0108] 其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0109] 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0110] 進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0111] 本實(shí)施例加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，設(shè)置在光照條件下向傳感器持續(xù)供 能的色素增感型光電池延長了監(jiān)測裝置的使用壽命;傳感器網(wǎng)絡(luò)路由不滿足帶寬、延時(shí)、延 時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件，&;;』4 1的取值皆為0.6，監(jiān)測成本相對降低了15%;根據(jù)傳 感器類型選擇的修正系數(shù)m取值為0.04，監(jiān)測精度相對提高了4%。
[0112] 實(shí)施例5
[0113] 參見圖1，本實(shí)施例一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測 部位并與監(jiān)測中心服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù) 據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)包括：
[0114] (1)傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連 接的任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與 監(jiān)測中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位 置信息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置 信息送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)置傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，n=A，B，C，D，以(χα,υα)作為第一 參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：
[0115]
[0116] 其中，m = B，C，D，dAm為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和， 求解方程得到傳感器的位置；
[0117] (2)傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為 無向帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：
[0118]
[0119] 其中，fb、fd、fdj、fPi分別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)，A、B、C、D分別為 5、0、以、41的加權(quán)系數(shù)，[乙姐0(1) +乙挪(：(11)]為費(fèi)用約束，[乙姐？（1) +乙&叩(11)]為能 量約束；
[0120] 當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，f b、f d、f dj、f Ρι的 取值皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿 足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值；
[0121] (3)自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的 色素增感型光電池；
[0122] 進(jìn)一步地，所述重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置還包括數(shù)據(jù)修正 模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊；
[0123] 所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中 心服務(wù)器，設(shè)置校正因子
〖中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟?，T為傳感器采集數(shù)據(jù) 時(shí)的實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則
[0124] T彡To時(shí)，校正公式為：
[0125]
[0126]
[0127]
[0128] 其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)；
[0129] 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而 將傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。
[0130]進(jìn)一步地，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體 為在待同步節(jié)點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
[0131]本實(shí)施例加快了傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的定位速度，設(shè)置在光照條件下向傳感器持續(xù)供 能的色素增感型光電池延長了監(jiān)測裝置的使用壽命;傳感器網(wǎng)絡(luò)路由不滿足帶寬、延時(shí)、延 時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件，&;;』4 1的取值皆為0.9，監(jiān)測成本相對降低了12%;根據(jù)傳 感器類型選擇的修正系數(shù)m取值為0.04，監(jiān)測精度相對提高了4%。
[0132]最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保 護(hù)范圍的限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)地說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí) 質(zhì)和范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，包括傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、局域 網(wǎng)、監(jiān)測中心服務(wù)器和短信報(bào)警模塊，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)布置在被測部位并與監(jiān)測中心 服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，監(jiān)測中心服務(wù)器通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)或發(fā)出預(yù)警 信息，也可通過短信報(bào)警模塊發(fā)出預(yù)警短信，其特征是，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)包括： (1) 傳感器網(wǎng)絡(luò)定位模塊，用于獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)自身位置信息，其包括依次連接的 任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊、定位子模塊和信號處理子模塊，所述任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊通過局域網(wǎng)與監(jiān)測 中心服務(wù)器連接，任務(wù)驅(qū)動(dòng)子模塊驅(qū)動(dòng)定位子模塊獲取特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信 息，所述信號處理子模塊讀取所述特定傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的自身位置信息后將自身位置信息 送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器;所述定位子模塊采用橢圓定位法進(jìn)行定位，定位時(shí)設(shè)傳感器網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(X，y)，參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)為(x n，yn)，11=4,8，(：，0，以（14,74)作為第一參考節(jié) 點(diǎn)的坐標(biāo)，以(Xm，ym)作為第二參考節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，定位方程為：其中，m=B，C，D，dto為傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)到第一參考節(jié)點(diǎn)、第二參考節(jié)點(diǎn)的距離和，求解 方程得到傳感器的位置； (2) 傳感器約束模塊，用于對傳感器的費(fèi)用和能量進(jìn)行約束，將傳感器網(wǎng)絡(luò)表示為無向 帶權(quán)連接圖1=0丄），1^表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)兒表示雙向鏈路集，約束函數(shù)為：其中，&4<14(^、41分別為帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率懲罰函數(shù)4、8、(：、0分別為&、 fd、fdj、fPi的加權(quán)系數(shù)，[EieLc(l)+EneNc(n)]為費(fèi)用約束，[Σι^ρ(1) + ΣηεΝρ(η)]為能量 約束； 當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)路由滿足帶寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)、丟包率約束條件時(shí)，f b、f d、f dj、f Ρι的取值 皆為1，其他情況fb、fd、fdj、fPi的取值皆在(0，1)范圍內(nèi)，費(fèi)用約束和能量約束應(yīng)當(dāng)在滿足帶 寬、延時(shí)、延時(shí)抖動(dòng)及丟包率約束的條件下取最小值； (3) 自供電模塊，用于向傳感器供能，其包括可在光照條件下向傳感器持續(xù)供能的色素 增感型光電池。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，其特 征是，還包括數(shù)據(jù)修正模塊和與信號處理子模塊連接的電源檢測模塊； 所述數(shù)據(jù)修正模塊用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，校正后的數(shù)據(jù)送往監(jiān)測中心服 務(wù)器，設(shè)置校正因子其中To為當(dāng)?shù)仄骄鶞囟龋琓為傳感器采集數(shù)據(jù)時(shí)的 實(shí)時(shí)溫度，m為根據(jù)傳感器類型選擇的修正系數(shù)，設(shè)置m的取值在(0,0.05)范圍內(nèi)，則 T彡To時(shí)，校正公式為：T<To時(shí)，校正公式為：其中，Y為由傳感器采集的一組數(shù)據(jù)，Yx為校正后數(shù)據(jù)； 所述信號處理子模塊讀取電源檢測模塊檢測的傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息，進(jìn)而將傳 感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的電源信息發(fā)送至所述監(jiān)測中心服務(wù)器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種重力壩與不良地質(zhì)岸坡的聯(lián)接結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測裝置，其特 征是，在采集數(shù)據(jù)前，采用TPSN算法來實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的時(shí)鐘同步，具體為在待同步節(jié) 點(diǎn)處的本地時(shí)鐘加上時(shí)鐘偏差，完成節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步。
【文檔編號】H04W4/04GK105933850SQ201610226834
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】時(shí)建華
【申請人】時(shí)建華