基于無線傳感器網(wǎng)絡的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)研究.pdf

1、目前的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)主要采用“有線”方式，具有采集信號準確、抗干擾性好、產(chǎn)品系列化的特點，但利用有線傳感器組成的監(jiān)測網(wǎng)絡布線量大、維護費用高，甚至在一些結構中無法實現(xiàn)布線。無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network，WSN)具有微型化、集成化、節(jié)省安裝時間和維護費用等優(yōu)點，可以彌補上述不足。為此本文將WSN應用到大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)當中，并對大壩監(jiān)測環(huán)境中的傳感器及節(jié)點部署和數(shù)據(jù)融合等關鍵技術進行了研究。論文的主要內(nèi)容

2、包括:
　　(1)以滿足大壩采集信號傳輸距離遠、功耗低的需求為目標，構建一種基于分簇無線傳感器網(wǎng)絡的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)(Wireless Sensor Network for Dam Safety，DS-WSN)。該系統(tǒng)采用分簇和多跳的網(wǎng)絡結構，保證了系統(tǒng)運行的高可靠性和低功耗，系統(tǒng)級ZigBee模塊JN5139的應用使傳感器節(jié)點具有體積小、通信距離遠和功耗低的特點。同時，該系統(tǒng)通過匯聚節(jié)點可以與互聯(lián)網(wǎng)和GPRS網(wǎng)絡進行連接，以方便

3、數(shù)據(jù)無線遠程傳輸。與典型無線傳感器網(wǎng)絡結構比較結果表明，DS-WSN可靠性更高、功耗更低。
　　(2)以大壩監(jiān)測特點為依據(jù)，研究關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)點兩級部署策略。首先采用有限元分析解決關鍵斷面的確定問題，以滿足大壩環(huán)境節(jié)點部署少而精的要求。然后以覆蓋效率為目標，研究基于三圓全覆蓋理論的大壩關鍵斷面?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，對覆蓋空洞進行修復，以保證大壩斷面?zhèn)鞲衅魅采w。

4、最后以信號衰減和屏蔽為約束條件，在監(jiān)測廊道結構圖的基礎上，提出基于最大通信距離的連通點集生成骨干網(wǎng)的算法，并深入研究骨干網(wǎng)備用節(jié)點的冗余部署，可以有效解決大壩環(huán)境中傳感器節(jié)點連通性問題。
　　(3)在DS-WSN基礎上，以大壩監(jiān)測數(shù)據(jù)需求為目標，以無線傳感器節(jié)點處理能力為約束條件，提出大壩同質(zhì)+異質(zhì)分級數(shù)據(jù)融合機制。簇成員和簇首節(jié)點的同質(zhì)融合采用簡單的閾值判斷機制和加權融合算法有效減少數(shù)據(jù)傳輸量;與匯聚節(jié)點相連的PC機或計算機管理