無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地下工程監(jiān)測中的應(yīng)用研究.pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是近年發(fā)展起來的通過由無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線網(wǎng)絡(luò)對目標(biāo)監(jiān)測對象的各項(xiàng)物理特性進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測的新興技術(shù)?；跓o線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的地下工程監(jiān)測應(yīng)用結(jié)合了無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢，其監(jiān)測預(yù)警能力強(qiáng)、監(jiān)測范圍與監(jiān)測密度大、監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)取分析效率高、監(jiān)測成本低等特性使得其在地下工程的監(jiān)測中具有很好的應(yīng)用前景。
　　本文以江蘇省交通運(yùn)輸科技項(xiàng)目(2011Y14)為依托，以基于無線傾角傳感器的基坑工程與盾構(gòu)隧道工程無線監(jiān)測應(yīng)用為研

2、究對象，提出了基于無線傾角傳感器的地下工程監(jiān)測方法。針對地下工程的監(jiān)測需求，分析了無線傾角傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)并進(jìn)行了無線傾角傳感器的精度標(biāo)定測試。針對地下工程的環(huán)境特殊性，對無線傾角傳感器在地下工程中的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了研究分析，進(jìn)行了無線傾角傳感器的信號傳輸測試和信道干擾測試并提出了地鐵隧道無線傾角傳感器的能量自供給方案。針對地下工程的結(jié)構(gòu)特性，結(jié)合有限元數(shù)值模擬的方法對地下工程無線監(jiān)測的布點(diǎn)方案進(jìn)行了優(yōu)化。最后選取了東南大學(xué)九

3、龍湖土木交通大樓基坑工程與南京地鐵四號線東流站至青龍站區(qū)間盾構(gòu)隧道工程進(jìn)行了無線傾角傳感器監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)場監(jiān)測試驗(yàn)。主要研究成果如下:
　　(1)通對無線傾角傳感器的監(jiān)測原理分析，提出了基于無線傾角傳感器的基坑支護(hù)水平位移監(jiān)測與盾構(gòu)隧道襯砌變形監(jiān)測的監(jiān)測方法及監(jiān)測數(shù)據(jù)處理公式。
　　(2)給出了無線傾角傳感器和無線化改裝的傾角儀的系統(tǒng)組成與性能參數(shù)，并建立了無線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的工作流程。
　　(3)針對地下工程監(jiān)測

4、的監(jiān)測特點(diǎn)對藍(lán)牙、超寬帶技術(shù)、Wi-Fi和ZigBee四類無線通信協(xié)議進(jìn)行了比選，及提出ZigBee無線通信技術(shù)能適用于地下工程的無線監(jiān)測需要。
　　(4)對基于ZigBee的無線傾角傳感器進(jìn)行了信號傳輸距離測試、組網(wǎng)能力測試和信道干擾測試結(jié)果表明，無線監(jiān)測活動(dòng)的監(jiān)測場地類型對無線傳感器的傳輸距離有顯著影響，場地內(nèi)的信號遮擋物會(huì)影響無線信號的傳輸距離，而隧道有助于信號傳輸，實(shí)測無線傾角傳感器在隧道環(huán)境中的最小極限傳輸距離為127.

5、8m。無線監(jiān)測數(shù)據(jù)的丟包率會(huì)隨信號傳輸距離的提高而上升，根據(jù)對實(shí)測數(shù)據(jù)的丟包率與信號傳輸距離關(guān)系的分析，本文提出無線傾角傳感器的最佳信號傳輸距離在50m左右。2.4GHz頻段內(nèi)同信道多個(gè)傾角傳感器同時(shí)開啟產(chǎn)生的同頻干擾對無線信號強(qiáng)度的影響較小。
　　(5)針對無線傳感器在隧道環(huán)境中的供能問題，提出了一種基于壓電效應(yīng)的盾構(gòu)隧道無線監(jiān)測傳感器振動(dòng)發(fā)電裝置。
　　(6)通過有限元模擬手段分析了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的傾角變