无线传感器网络应用在大型桥梁结构的健康监测

2015-10-16 23:37| 发布者: aspen| 查看: 2086| 评论: 16|原作者: secondye|来自: 声振论坛

摘要: 土木版块太冷了，转来我自己QQ空间转载的一篇文章，本人也正在做这方面的工作，与大家分享下，主要是无线传感器网络应用在桥梁结构的健康监测中，本人最近在做振动参数识别/损伤识别的工作。引用 Coz黑子的建 ...

土木版块太冷了，转来我自己QQ空间转载的一篇文章，本人也正在做这方面的工作，与大家分享下，主要是无线传感器网络应用在桥梁结构的健康监测中，本人最近在做振动参数识别/损伤识别的工作。

引用

Coz黑子的建筑物健康监测
伊利诺伊大学香槟分校做的项目：伊利诺伊建筑物健康监测 Illinois Structural Health Monitoring Project (ISHMP)。

单单就美国而言，每年基础设施投资就超过了20万亿元。大多数工业化国家每年在基础建设上的投资都达到了GDP的8-15%。最近几年，人们开始关注老建筑的健康问题，包括大桥，高速公路，摩天大楼（中国没有老建筑，因为设计寿命50年的，10年就拆了重建。除了豆腐渣其他都好，还拉动了GDP，多让人自豪啊）。如果能够实时监测建筑物的整体结构，那无疑会减少维护成本，同时提高公共安全。

桥梁在道路建设投资上，占有相当大的比重，同时也是整个公路交通系统的关键组成部分。因此，信息化桥梁管理系统能够有效提高整个公路系统的安全。桥梁的人工检查往往会花费上百万美元，而且还不太可靠，同时也许几年才能检查一次。我们可以看到，最近几年对于建筑物健康监测系统的需求是越来越红火。新建的桥梁大多已经内置传感监测系统，比如香港昂船洲大桥就内置1200多个传感器。但是在安装传统监测系统时往往受到局限，比如密苏里的比尔埃莫森纪念大桥花费了大约130万美元安装86个加速度计。平摊下来，一个传感器15000美元，实在是太难以接受了。

于是乎，伊利诺伊大学香槟分校就开发了一套使用Crossbow Imote2作为数据采集平台的开源建筑物健康监测套件ISHMP。据介绍，该系统使用起来极其简单，不需要计算机专家，民用建筑工程师自己就能搞定了。

ISHMP选择使用Imote2无疑是因为这个节点计算能力强，存储空间大，可扩展性好这些特点啦。他们重新设计了板载加速度传感器板，让其符合建筑物监测的特点和标准。并且，允许用户调整采样率和噪音过滤，监测范围集中在对桥梁可能产生伤害的500Hz到20Hz之间(原文 The board provides flexible and accurate user-selectable sampling rates and anti-aliasing filtering capabilities to account for the local nature of structural damage where higher mode responses of the structure are often required (up to 500 Hz) in addition to low-frequency signals (DC to 20 Hz))。传感器板包含加速度计，温度计，光感计，湿度计，模拟输入端口，并通过SPI与Imote2母板链接。

在完成实验室工作和测试之后，ISHMP研究人员6月份在韩国珍岛大桥展开全方位测试。珍岛大桥是韩国第一座斜拉钢索大桥。本次实验由香槟分校，韩国高科院和东京大学共同主持。在桥上安装了总共70个节点，是目前WSN同类型安装节点数最多的应用。

在安装之前，传感器板和Imote2母板都装进塑料保护盒里面。有些关键节点使用有线电源，有些节点则使用太阳能电池。实验毫无疑问搜集到了很多关键数据，不仅供建筑师了解建筑状况，而且让计算机专家了解目前节点的不足与需要改进的地方。

伊利诺伊建筑物健康监测项目网址： Illinois Structural Health Monitoring Project (ISHMP)
本文原文：http://blog.xbow.com/xblog/2009/10/structural-health-monitoring-part-1-hardware.html

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引用 secondye 2010-10-19 19:37: 点击下面倒数第二个网址，可以直接进入UIUC的ISHMP Project的主页，很有参考价值

引用 secondye 2010-10-19 19:43

本帖最后由 secondye 于 2010-10-19 19:46 编辑

引用

太阳黑子
的
建筑物健康监测（续）
今天的更新都是续，本文第一部分在这里

登录/注册后可看大图

这一部分主要讲一讲他的软件结构，这个系统由底至上至少分为三层：
基础服务：提供WSN应用的常用服务，包括通讯和感应登记本功能

统一感应是基于TinyOS的传感界面，支持IMote2平台上的多种传感器模块包括Crossbow ITS400和SHM-A。统一感应服务提供精确，不同分辨率时间戳的传感器数据。Unified Sensing service provides precise, variable-resolution time stamping of sensor data that can be used to synchronize sensor data from different sensor nodes.
时间同步服务负责同步整个网络所有节点的时间
可靠通讯保证数据传输可靠性
远程控制服务允许管理人员配置，或对相应节点发出指令
可靠多跳通讯

应用服务：提供建筑物健康监测的算法实现，该服务可以编译到节点上，也可以单独使用

同步感应，虽然本地时钟已经同步，但是因为每个节点的感应起始时间和测量时间不一样，最后也会不一样。所以非同步的传感器数据使用可追述的算法最终取得同步数据
CFE估算两组同步数据之间相关函数
CPSD估算两组同步数据之间的交叉谱密度函数
RD用随机减量法估算冲击响应函数
ERA使用Realization Algorithm分析模态属性（自然频率，阻尼系数，震型）
SSI采用基于方差的Stochastic Subspace Identification (SSI)来估算模态属性
SDLV来确定建筑物损伤部位
SDDLV也是分析损伤部位的

工具包：提供网络测试和排错能力，这对于大尺度WSN应用是非常有用的

本地感应搜集直接连接到PC的IMote2节点上的传感器数据，用于测试新节点和新的软件
Imote2comm是一个终端程序，连接PC和传感器模块
TestService测试所有这些算法
TestRadio测试两点间通讯
RemoteSensing是一个星型网络，将所有数据搜集到数据库
SensingUnit提供同步的或者非同步的感应
IndependentProcessingPSD 独立计算，并估算谱密度函数
DecentralizedDataAggregation 分布式数据融合

持续自主监测服务：提供不间断的运作的同时减少电能消耗

闹钟提供睡眠周期，减少能源消耗
阀值哨兵，如果子网节点发现事件，赶紧通知基站
自主监测，高层网络管理应用程序，负责协调每个组件根据不同的时间如何运作。根据用户指定的规则，协调传感，数据传输，阀值哨兵操作。

下图展示韩国Jindo大桥某时刻上的震动数据

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下图则展示了根据采集的数据进行计算预测后的结果与实际测量获得的模态属性之间的关系，从图上可以看出，两者高度吻合。

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原文地址：http://blog.xbow.com/xblog/2009/11/structural-health-monitoring-part-2-software.html

引用 woodypingjie 2010-11-9 17:14: ding ...............................

引用 secondye 2010-11-10 00:22: 回复 2 # woodypingjie 的帖子

怎么样，感不感兴趣？
转到振动方向来吧

引用 impulse 2010-11-10 21:46: 回复 1 # secondye 的帖子

不知道它的数据同步能做到什么级别？

引用 secondye 2010-11-11 08:59: 回复 4 # impulse 的帖子

对于数据同步，他们开发的人员有专门的研究，这个产品现在已经商业化了，数据同步是没问题的了

引用 tammy 2010-11-11 15:40: secondye 发表于 2010-10-19 19:43

登录/注册后可看大图

引用太阳黑子
的
建筑物健康监测（续）

建议把图片传上来
外部链接不可靠，有的时候打不开

引用 binluocivil 2011-7-10 09:17

引用 shapiro 2011-10-9 11:29: 有兴趣的同行可以去查阅UIUC Prof. Spencer的文章，主要是他们开发的。

引用 yzwb76 2012-7-7 11:28: 请问国外做无线测试方面的有哪些大的公司呢？谢谢

引用 otbdt 2012-9-18 15:23: 真是好东西呀

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ziselive.com diuons.com gzyese.com citysons.com

引用 zswseu 2012-10-15 10:33: 挺好的，就是链接无法打开。

引用 czsgnkc 2012-10-21 22:11: 大家看怎么样我认为很好.

韓國演藝圈悲慘事件 sony cole-haan tuangoujuhuaisuan.com/ aloha

引用 chj2000 2012-10-25 23:00: 这么好的帖子不能沉啊！！！

引用 ttuuttuu 2014-5-3 18:33: this information is impressive and useful~

引用 Kevin_HIT 2014-10-10 21:15: 学习了学习了

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