基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究.pdf

1、目前的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用“有線”方式，具有采集信號(hào)準(zhǔn)確、抗干擾性好、產(chǎn)品系列化的特點(diǎn)，但利用有線傳感器組成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布線量大、維護(hù)費(fèi)用高，甚至在一些結(jié)構(gòu)中無法實(shí)現(xiàn)布線。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)具有微型化、集成化、節(jié)省安裝時(shí)間和維護(hù)費(fèi)用等優(yōu)點(diǎn)，可以彌補(bǔ)上述不足。為此本文將WSN應(yīng)用到大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)當(dāng)中，并對(duì)大壩監(jiān)測(cè)環(huán)境中的傳感器及節(jié)點(diǎn)部署和數(shù)據(jù)融合等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容

2、包括:
　　(1)以滿足大壩采集信號(hào)傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低的需求為目標(biāo)，構(gòu)建一種基于分簇?zé)o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Wireless Sensor Network for Dam Safety，DS-WSN)。該系統(tǒng)采用分簇和多跳的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的高可靠性和低功耗，系統(tǒng)級(jí)ZigBee模塊JN5139的應(yīng)用使傳感器節(jié)點(diǎn)具有體積小、通信距離遠(yuǎn)和功耗低的特點(diǎn)。同時(shí)，該系統(tǒng)通過匯聚節(jié)點(diǎn)可以與互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，以方便

3、數(shù)據(jù)無線遠(yuǎn)程傳輸。與典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較結(jié)果表明，DS-WSN可靠性更高、功耗更低。
　　(2)以大壩監(jiān)測(cè)特點(diǎn)為依據(jù)，研究關(guān)鍵斷面的確定方法和基于圖論理論的傳感器及傳感器節(jié)點(diǎn)兩級(jí)部署策略。首先采用有限元分析解決關(guān)鍵斷面的確定問題，以滿足大壩環(huán)境節(jié)點(diǎn)部署少而精的要求。然后以覆蓋效率為目標(biāo)，研究基于三圓全覆蓋理論的大壩關(guān)鍵斷面?zhèn)鞲衅鞲采w策略，并利用空洞邊界條件，基于最小覆蓋圓理論，對(duì)覆蓋空洞進(jìn)行修復(fù)，以保證大壩斷面?zhèn)鞲衅魅采w。

4、最后以信號(hào)衰減和屏蔽為約束條件，在監(jiān)測(cè)廊道結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上，提出基于最大通信距離的連通點(diǎn)集生成骨干網(wǎng)的算法，并深入研究骨干網(wǎng)備用節(jié)點(diǎn)的冗余部署，可以有效解決大壩環(huán)境中傳感器節(jié)點(diǎn)連通性問題。
　　(3)在DS-WSN基礎(chǔ)上，以大壩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)需求為目標(biāo)，以無線傳感器節(jié)點(diǎn)處理能力為約束條件，提出大壩同質(zhì)+異質(zhì)分級(jí)數(shù)據(jù)融合機(jī)制。簇成員和簇首節(jié)點(diǎn)的同質(zhì)融合采用簡(jiǎn)單的閾值判斷機(jī)制和加權(quán)融合算法有效減少數(shù)據(jù)傳輸量;與匯聚節(jié)點(diǎn)相連的PC機(jī)或計(jì)算機(jī)管理