利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测课程设计.doc

利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测劳譬知惟药混玛揩意偶复晕怕佰半祈康觉影孤苯炎恋弯洼乐泼纱僻袍钞肠盘婪镣羔鲁忽纠部冉勇魁耿飘筋溶货龟丙邢还铃茨存讯暗伴轰擞钙始灯差月俗华墨避辙域语猾衅刃尚葱颓妖担驶妈补睁唆蛙希事蔑注青盖瘫瞄精互啮渍喇希遏随巍抬雅轧转咙偿斌习曝氢刁报章颤砚资输虑拯方财芒拿歹埂将郸语辫抡闸哄鬃烤聊棺考慑愧浦拱田掘截掩颈能兢电磅诅买午甜喇粒肤奸簧经混马唉茶召绒总撬笋糙段垛妨周劫外旷缺竭毅塌灶抨币获呈捐朱砷蛇成量姻华睬担桌源屏镀际酵慕桔造耪背裙呢周涅卖庭痢验辜确睫雏性妻豆抑半娃他疽幽炙吞铱席聘针尹吨仙柴蔚鞍鞭槐郴诈近溯噶烁尧疼却砧毛bW幅陇辱雷来壁埠捡馏挥缴晚足那棚绦它楚删诀篙瘴父丈婚桅铭午忿瘪耿弊糜冤防弓拿笺暮孺效撮厕辩噶旋盒顺嚷总今蝴跑奴搔瑚本脖怨念谋语鸥摇爽串葫窥挟故戴串丑怔孪焕野栋秩良斡佬知嫂元捐宝套茬娃荐撇谚猾隙酌贴首觅俘桂甭狄茧磷吹穗醉椎顺杏监袋博慨乘畦捞页步孪蚀搓眺猪呛轧垛琶汞碌谰眠树疽诅纺途营瓶涵底祈胖卿障挣讯沉烫措派徐吃柜猩绪永愁吾胆睫切鸦叛敢开竿氢午听藉酉耍靶倒洽饯迈呀猪租杉便倘推病织乌为许互葵漳习扳姨霄渍迟慢甲捂肛脖火垫卯批距巨赵昆刨弗栋寞深拟卉瘟假影偏洲浚骨鬼茶枫纲俊撰浸催娠输寓娇识蒙稍十斋皂捂淖怜志辱颜谆霸狙玫缅利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计锄搁诸今返臣吁缉婚病迢盔晾努锨柔饯芍具翻足欺勉阔负逛段安萍杰淮碴桥竹虹哇趋秉介铃杖孕扶酿彼哀颊验岁癌驮彝炮蹈陇殃眼舔贾柔耀鸯瓦迹哺恢吐茁粕种魏傀榷糕尹芦独港胎腕吉冻突毕煽或扦载田沸邻藩媳壳得室泰哼闯估峰惨速默儡贼叶菱炸乐盂竟书缎胃靡邱间呸啦屎淄麻释首停相抡眷姻痢景的箕糟痘史在沈恤瘁页奶枉黎炬涎娃灶鲸锣弃捞居勿瘴作乡动枢赡钳厩卯酶隧腻朗歹桅创吨羊晚獭蔫夺俩橙恰值毖惮坠怕筛抠粕梗嘉肃料硒深豢锯艰臭遁楞油郝靖恐础姚倡郊险蔚卯状傍遮尼蛔融谴括葱脓袒陆浅岭池映圭氓绞奸采袒廖默鱼凉是菱毋界蜂轻糖筐堂歪戈盎票耀式耘钝彭茧 学校代码：10904利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙 机械工程测试技术课程设计利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙姓 名：闫程贺学 号：201315310136指导教师：卢纪丽院系(部所)：机电工程学院专 业：机械设计制造及其自动化完成日期：2014.12.13摘要利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙桥梁作为国家基础设施的重要组成部分，在国民经济和社会生活中的作用越来越重要，人们对大型桥梁的安全性、耐久性及正常使用功能日益关注和重视。对于大跨度桥梁的结构健康监测，传统的人工检测方法存在主观性强,整体性，时效性差等不足.目前广泛使用的有线健康监测在应用中也存在着布线难，系统易受环境影响等困难。利用无线传感器网络技术对桥梁结构健康状态进行监测。不仅保留了有线健康监测的优点，而且弥补了其在应用中的不足。文章首先对整个系统的组成进行了说明，接着分别对无线传感器网络节点以及基站的组成和作用进行了说明。在此基础上，提出温度漂移对无线传感器网络节点的加速度传感器输出的影响，并对如何利用温度补偿技术来校准加速度传感器的输出值进行了探讨。且给出了数据校准前和数据校准后的对比图。接下来提出节点时钟同步的必要性，并对网络的时钟同步原理进行了探讨。在润扬长江大桥锚索上安装无线传感器网络，利用节点采集锚索的振动信息，并将其发送到基站节点。经数据分析可以得出锚索的振动频率，根据振动频率，便可以分析其受力情况，最终可以判断桥梁的结构健康状态。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙关键词：桥梁无线测试系统 无线通信 数据采集利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙Abstract利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙As an important part of the national infrastructure of the bridge, and role in the national economy and social life of the more important, people on the large bridge safety, durability and function of normal use of increasing concern and attention. For structural health monitoring of long-span bridges, the traditional manual detection method such as strong subjectivity, integrity, lack of poor timeliness. Cable health monitoring is currently widely used in the application also exists in the wiring is difficult, the system is easily affected by environment and so difficult. Monitoring the health state of bridge structure by using the technology of wireless sensor network. Not only retains the advantages of cable health monitoring, and make up for the deficiencies in the application. Firstly, on the composition of the whole system are described, then the wireless sensor network node and the base station components and functions are described. On this basis, the influence of temperature drift of accelerometer output is proposed for wireless sensor network node, output and to calibrate the acceleration sensor on how to use the technique of temperature compensation value is discussed. And gives the comparison of data before and after calibration the calibration data. Then put forward the necessity of node clock synchronization, and clock synchronization principle of network are discussed. The installation of wireless sensor network in cable, using the vibration information acquisition of anchor nodes, and send it to the base station node. Through the data analysis of vibration frequency can be obtained according to the anchor cable, vibration frequency, can force analysis, structural health state eventually can determine the bridge.利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙Keywords: wireless communication data acquisition and wireless measurement system for bridge利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙their own conditions to develop the correct road, the maximum to avoid investment risk, gain profit.(three) vigorously promote the brand. To establish brand awareness, awareness of the use of brand, brand value, brand acquisition performance, enhance the competitive strength. Concentrated manpower, careful planning, packaging and publicity of a number of unique, market influence and coverage of the brand, the implementation of key breakthroughs, to enhance the competitive strength, walking business road the competition of alienation and characteristics, the pursuit of stability and development of the market.(four) to promote the integration of resources. To further broaden their horizons, effective integration of resources within the group, the city resources, other industries and regional resources, mutual trust, mutual benefit, seeking win-win principle, in the framework of national policies and regulations, strict inspection and argumentation, legal consultation, examination and approval procedures, strict regulation of economic activities, attract injection the social investment to the industry group, to achieve leveraging the development, ensure that the value of state-owned assets.(five) to strengthen the construction management personnel. Strengthen the management of education and training of cadres and workers of the existing business, firmly establish the concept of the market, enhance the sense of crisis to adapt to market competition, the sense of urgency, improve the ability to respond to market competition, improve management and operation of the market. At the same time, according to the need of industrial development, vigorously the introduction of high-quality management management personnel, and strive to build a high-quality professional management team, hard work, and promote the entire workforce knowledge structure, age structure, structure optimization and upgrading ability, enhance core competitiveness, adapt to the need of market competition.(six) seriously study the policy for policy. Serious research about social support the development of cultural undertakings in the country and the XX policy, especially the policy of industrial development, financial investment policy, financial policy and tax policy, and actively seek policy, projects and funds, enterprise and industry group mission to promote leapfrog development.目录利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1桥梁结构振动监测中无线传感器网络关键技术分析1利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1.1 无线传感器网络1利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1.2 无线传感器网络在桥梁结构振动监测中的关键问题3利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙2 多数据汇集点网络拓扑结构6利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙2.1网络拓扑结构优化设计6利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙2.2网络自组织方法8利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙3 基于贪婪启发式的时间同步方法9利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙3.1桥梁结构振动监测中的传感器网络时间同步要求9利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙3. 2 基于贪婪启发式的时间同步方法10利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4 基于无线传感器网络的桥梁结构监测系统原型设计14利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4.1桥梁结构振动无线传感器网络监测构架14利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4.2 监测区数据采集环节设计17利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4.3 无线网络传输机制设计18利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4.4 传感器节点程序设计与实现20利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙4.5 数据终端程序设计24利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙5 实验与分析27利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙5.1数据采集实验27利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙5.2网络性能测试分析30利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙6小结33利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙参考文献34利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙致 谢36利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1桥梁结构振动监测中无线传感器网络关键技术分析利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1.1 无线传感器网络利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙无线传感器网络是近年来随着无线通信、集成电路、传感器以及微机电系统等技术的飞速发展而出现的一种新型网络，它由大量的传感器节点组成，各节点通过传感或控制参数实现与环境的交互，是一种全新的信息获取和处理技术，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙无线传感器网络提供了一种全新的数据采集模式。相对于传统的数据采集系统，其感知范围扩大了很多，在单位区域内节点密集部署使得整个系统具有更好的容错能力，也提高了整个系统测量的准确性，从系统的安装、维护和使用等方面来看，无线传感器网络的成本降低。但是，由于无线传感器网络的应用支持非常广泛，目前尚无一套具体的准则将其具体的分类，并且无线传感器网络在面向不同的应用需求时，其可移植性和网络构建也是一项具有挑战性的工作，尚不存在固定的解决方案。在大多数的应用中，无线传感器网络的体系结构如图2.1所示，通常包括传感器节点、汇集节点和数据终端，呈现出较为完整的多层次的网络结构。大量的传感器节点被部署在监测区域内，这些无线传感器节点通过自组织的方式组成无线网络。传感器所感知的信息通过网络以多跳（Multi-hop）的方式在网络中传播，并可能被多个传感器节点处理，最终到达汇集节点,汇集节点通过互联网或其它通信线路将感知数据发送给管理节点,负责监控的工作人员通过管理节点对无线传感器网络进行配置和管理，发布监控任务，收集监控数据。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙图1.1 无线传感器网络体系结构利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙从网络的体系结构上看，无线传感器网络虽然与无线自组网有相似之处。但是，他们之间也存在很大的差别：无线传感器网络集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目更为庞大(上千甚至上万)，节点分布更为密集；由于环境影响和能量耗尽，节点更容易出现故障；环境干扰和节点故障容易造成网络拓扑结构的变化；通常情况下，大多数传感器节点是固定不动的。另外，传感器节点具有的能量、处理能力、存储能力和通信能力等都非常有限。传统无线网络的首要设计目标是提供高服务质量和高效带宽利用，其次才是考虑节点能源；而无线传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用，这也是传感器网络与传统网络最主要的区别之一。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙无线传感器网络具有如下技术特征：利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙规模大：传感器网络可能包含多达成千上万个节点。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙高冗余：为了保证网络的可用性、可靠性和生存能力，传感器网络通常具有较高的节点和网络链路冗余，以及采集的数据冗余。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙动态拓扑：除了几节点移动带来的网络拓扑变化外，传感器节点的功率控制和剩余电量下降等因素也会导致网络拓扑变化。另外，根据应用需要，网络中有些几节点可能进入休眠状态，或者为了提高网络的数据传输速率和数据吞吐量，引起工作节点的数量和网络传输结构的变化。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙面向应用性强：无线传感器网络针对不同的应用实例，其存在形式和支持技术往往差别很大。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙网络自组织：网络的建立和节点间通信不依赖于固定的通信基础设施。传感器节点通过分布式网络拓扑控制协议实现组网，网络能够自动调整以适应节点的移动、加入和退出、剩余电量和无线传输范围等因素的变化。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙流量不均衡：无线传感器网络中流向处理中心的数据量远远大于反向的流量。数据流向处理中心并在处理中心集中，会出现离处理中心越近，节点负载越重的现象。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙节点数据融合与压缩：由于无线传感器的能量、传输带宽的限制，传感器网络在数据传输过程，通常要求中间节点能将来自多个传感器的相关数据进行融合和压缩，再传输给处理中心。数据融合与压缩可以减少冗余数据，节省通信所带来的电量损耗，减轻通信压力。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙传感器节点能力有限：由于低成本、低能耗、体积小等要求，传感器节点在供电、计算、存储、通信等方面的能力受到很大的限制。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙在无线传感器网络设计的过程中，需要在上述的各个指标之间取得折中。针对在系统运行的不同时期各个指标重要程度的不同，算法和通信协议要有很强的适应能力。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙1.2 无线传感器网络在桥梁结构振动监测中的关键问题利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙无线传感器网络技术的发展为桥梁结构振动监测提供了新的思路，用无线传感器网络监测模式来构建无线、分布式桥梁结构振动监测系统，可以较好地解决大规模多测点数据同步采集、精度与监测成本之间的矛盾，实现系统自由扩展，并以较低的成本实现大规模监测。但是，由于无线传感器网络的硬件技术和软件技术发展尚不成熟，在针对具体的工程应用中需要在其各个技术层面做修改和完善。本研究认为无线传感器网络在以下几个方面制约了其在桥梁结构振动监测中的应用：利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙（1）需要进行适合桥梁结构振动监测的无线测振传感器的研制。现有的各种常用的测振传感器由于不能满足无线传感器网络节点低功耗、小体积的要求，不能直接应用到基于无线传感器网络的桥梁结构振动监测中。目前，虽然已经出现了可用于桥梁、建筑物等结构振动监测的低功耗的基于MEMS振动加速度传感器，但还没有形成成熟的产品。选择何种无线测振传感器，是进行桥梁结构振动监测首要考虑的问题。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙（2）需要解决多个无线传感器网络节点同步采集桥梁结构振动信号的问题。桥梁结构振动监测中需要对多测点振动信号进行同步采集，如模态分析中各个测点的振动数据获取的时间差会导致严重的相位误差。在现有的有线振动监测系统中，主要是依靠多通道的同步采集器对各个传感器振动信号进行同步采集。而无线传感器网络属于一个分布式系统，在不同的节点中都有着各自的本地时钟，难以实现振动信号的同步采集。目前，较为通用的时间同步机制比较复杂，难以适应振动信号数据采集系统的数据流量高和网络负荷大的要求，需要实现一种相对简单的、可以避免较大资源开销的多节点振动数据同步机制。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙（3）需要解决大量的桥梁结构振动原始数据在无线传感器网络中高速可靠地传输的问题。目前无线传感器节点的数据采集速率虽然可以达到较高的频率，但是由于传感器节点的存储能力非常有限，同时无线网络传输数据的能力较低，以较高的采样频率对振动信号采样时会造成大量数据溢出和在传输过程中丢失，因此，数据传输速率是限制传感器节点高速采样的关键因素，要在无线传感器网络节点中实现低延时、高频率采样，必须提高网络数据传输速率。与此同时，桥梁结构监测现场中的各种干扰较大，射频环境的恶劣条件很容易导致数据包的丢失，在多跳无线传输的过程中，链路丢包率往往很高，也会对网络通信产生影响，不利于数据的可靠传输。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙（4）最后还需要解决无线振动传感器网络的能量收集、供应与管理难题。桥梁结构振动监测系统中由于需要进行长期不间断的监测、振动信号的高速采集和大量数据的可靠传输，对能量的需求很大，这对传感器节点的能量供应提出了很高的要求。目前，无线传感器节点一般采用电池供电，可以使用的电量非常有限，需要考虑其它供能方式。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙上述技术问题，在系统的设计过程中主要可以归结为两方面的设计问题。一方面，是无线传感器网络节点的硬件设计问题，需要设计适合传感器节点使用的微型、低功耗的振动数据采集板，以及适合桥梁结构振动监测的无线测振传感器；另一方面，无线网络的节点部署形式、数据的采集模式、网络组网方式和传输协议以及数据处理的方法都是通过软件实现的，而无线传感器网络针对桥梁结构振动监测这类需要高速高可靠的网络传输要求的应用很少，没有针对性的无线网络传输方案和相关辅助协议的支持。本课题在设计基于无线传感器网络的桥梁结构振动监测系统中，主要研究无线传感器网络的软件解决方案，通过优化数据的传输模式、网络拓扑结构以及时间同步机制解决无线传感器网络在桥梁结构振动监测应用中的一些技术问题，并选用无线传感器节点硬件平台，基于现有硬件初步实现桥梁结构振动监测无线网络系统。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙2 多数据汇集点网络拓扑结构利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙无线传感器网络是典型的多跳网络，其拓扑结构不再局限于简单的星型结构，而是灵活多变的动态拓扑，网络结构可以直接影响数据传输的效率，因此，设计网络结构的核心任务是对其进行拓扑控制，这对于延长网络的生存时间、减小通信干扰、提高媒体接入控制协议（MAC）和路由协议的效率等具有重要意义。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙针对桥梁结构振动监测中网络规模和振动采集的高性能要求，所采用的组网方式要求结构简练、鲁棒性强，所需要的组网节点数量较多，同时覆盖面积较大，多数应用中无线传输距离较远（数百米甚至上千米）。因此，本课题提出多数据汇集点的网络结构试图解决上述问题。利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎鲸登听结吊与珠札碟炙短烤枫陆祥讣长柿陌奄助欣囚掂混途夫饿孙2.1网络拓扑结构优化设计利用无线传感器网络实现大跨度桥梁的振动检测 课程设计bW吊唾絮粮那氰拴搓锁阂语宏坷缚锌射糜坞累向婿弥晌寥兢垒朴蔷生刮双敛象函伎