时钟同步技术在桥梁结构监测系统无线传感网络中的应用研究

针对大型桥梁结构健康监测系统具有传感器类型众多、位置分散、信号信噪比小等特点,研究了基于精确同步的无线传感器网络(WSNs)的设计方法。在分布式的无线传感器网络系统中,各个无线采集节点的数据采集相对独立,各无线节点需以统一的时钟周期和起始时刻进行同步采集,才能得到一个具有时间和空间信息的检测数据。针对所开发系统的网络拓扑结构和具体应用对象,研究提出了一种改进型的延迟测量时间同步机制。经过理论验证和工程实践,设计的无线传感器网络系统能够满足结构健康监测对时间同步精度的要求。     

隧道健康监测数据处理方法及实践

随着我国越来越多的隧道进入服役期,隧道健康监测成为确保隧道结构安全与正常运营的重要手段。而隧道健康监测数据作为判断隧道结构安全的基础资料,其分析与处理结果对于健康监测的有效性具有决定性意义。文章针对隧道健康监测数据的特性,采用改进的小波降噪法,引入一类可微的阈值函数,建立信号能量与小波系数之间的关系。通过迭代求解出各尺度下的小波系数最优阈值,有效的提高了信号重构的信噪比且消噪后的数据图形具有更光滑的外观。采用该方法使降噪处理后的数据有更高的鲁棒性,从而提高隧道健康决策的准确性。     

隧道无线健康监测系统环境敏感性分析

随着隧道运营时间的不断增加,在行车荷载、地质和水文条件变化、材料老化、周围环境施工等共同作用下,隧道结构会出现不同程度病害。隧道病害具有时间和空间随机特性。介绍采用隧道无线健康监测系统对隧道健康状况进行监测。隧道无线健康监测系统由无线传感器、中继器、基站和用户端组成,采用ZigBee技术实现监测数据无线传输。无线健康监测技术具有布置灵活、安装方便、便于维护管理等特点。对空旷场地、有遮挡场地和运营隧道等不同场地条件下的无线传感器传输距离和组网能力进行测试和研究,结果表明：中继器与无线传感器的相对位置对传输距离有显著影响,隧道内无线传感器的传输距离不低于100m;无线传感器自组网能力强,可以实现相互中继。     

无线传感器网络桥梁健康监测系统时钟同步设计

基于无线传感器网络构建了桥梁健康监测网络系统,为了实时检测和获取桥梁状态信息,研究了无线传感器网络桥梁健康监测系统中传感器节点间数据传输的时间同步问题.同时通过时钟同步算法仿真,验证了自适应式时间同步算法在无线传感器桥梁健康监测系统中的有效性与可靠性.仿真结果表明,非对称式自适应时钟同步算法能够较好地实现时钟同步并对桥梁的健康状况进行实时监测.     

基于两阶段遗传算法的传感器网络布点

随着传感器网络在世界范围内得到越来越广泛的应用,具有感知、计算和通信能力的传感器节点以及由大量此类节点互联构成的传感器网络需要不断地优化并进行自动设计。文中致力于设计1种新型交通信息监测传感器网络,并采用两阶段启发式算法完成网络的自动布点,分析不同启发式算法运行结果性能指标的差异,从而证明了两阶段启发式算法在交通监测网络中的优越性。     

盾构隧道结构性态无线感知方法

为了实现盾构隧道结构性态多参量感知,构建盾构隧道运营期无线传感网络系统,考虑盾构隧道运营环境振动及粉尘、电磁干扰等特点,针对盾构隧道结构病害种类及特征,采用微机电系统研发适用于盾构隧道的无线倾角传感器、渗漏水传感器和接缝传感器。针对盾构隧道超长线性特征,采用二层网络拓扑技术,基于ZigBee协议和3G协议构建无线传感网络系统,实现对盾构隧道结构性态的多参量实时无线监测,并通过现场应用验证了系统的可靠性。结果表明:在隧道邻近基坑开挖过程中,无线传感系统可实时反映隧道结构性态变化规律。在基坑开挖不同阶段,结构变形速率与渗漏水状态实时发生相应变化;多种感知参量间数据相互支撑,盾构隧道横向收敛、纵向相对沉降与渗漏水发展规律一致;多种传感参量综合分析可更好地掌握隧道结构状态,如通过接缝传感器和倾角传感器数据综合分析,可知隧道结构发生向基坑侧旋转。因此,综合多种结构状态量监测可更加完整有效地反映盾构隧道在运营中的结构状态,从而为结构安全预警及合理养护提供技术依据。     

基于BIM技术的物联网运营地铁结构健康监测系统设计与实现

为对运营隧道的健康状态进行实时监测，提高监测的准确性，以武汉地铁3号线王宗区间监测项目为背景，研究基于BIM技术的物联网运营地铁结构健康系统架构。针对监测指标的具体特征（例如沉降、倾角、加速度），阐述传感器网络的布设与监测数据的传输方案，进行预警分析和评估结果系统界面演示。通过BIM核心数据库的内容构建，基于DYNAMO参数化提出运营隧道三维建模方案，实现三维模型与多级预警制度的集成，实现监测预警的可视化，为运营隧道结构健康监测系统设计、传输方案选取、监测量预警分析与预警可视化方向提供思路。     

基于DSP的柴油机瞬时转速智能监测节点设计

针对柴油机实车在线监测中车内空间有限及变速变载的情况,设计了基于嵌入式系统的柴油机智能监测节点.在对磁电式转速传感器及外卡式油压传感器信号进行同步采样后,利用零相位滤波将瞬时转速的计算精度提高了50倍.利用外卡式油压传感器信号定位到柴油机工作周期后,可监控柴油机工作周期内的转速波动值,进而定位失火故障.     

基于工业以太网的隧道施工通风环境参数自动监控系统研究

为提高隧道施工通风系统自动化、信息化水平,提出了一种基于工业以太网络的隧道施工通风监控系统结构框架。系统由上位工控机、下位1200系列PLC及相关模块和传感器组成。工控机中采用Win CC软件编写监控程序,实现隧道施工环境与工作参数的实时监测;采用神经网络算法对现场数据进行学习,得到变频器输出频率的控制规律;1200PLC通过485电缆读取传感器数据;1200PLC和工控机之间通过以太网网线、光纤和无线局域网构成工业以太网络,实现系统环境参数和工作参数的共享。系统在天目山隧道施工通风项目部进行了调试与测试,结果表明:1)1200PLC可以采用485电缆和Modbus协议在掌子面施工环境下顺利读取多个传感器的数据;2)可以采用无线WIFI技术实现衬砌台车两端信息的稳定、可靠传输;3)可以采用神经网络模型实现施工隧道环境参数与风机频率之间的非线性映射。     

火灾工况下公路隧道通风智能控制模型研究

为研究公路隧道火灾工况下的智能通风控制方法,以某隧道右线为研究对象,进行如下研究：1)探索RBF神经网络模型的适用性、网络组成与训练过程,并结合工程实例通过经验公式得到火灾规模与临界风速的关系;2)计算获取51组随机工况下不同火灾发生规模、火灾发生位置、隧道交通量下的风机开启台数数据;3)利用径向基RBF(Radial Basis Function)神经网络算法进行模型训练,共设置30组训练数据与21组检验数据进行预测精度验证。工程实例预测结果表明：1) RBF神经网络算法训练组与检验组的相对误差分别为4.6%与8.7%,预测精度在预设阈值范围内;2)构建的火灾工况下,公路隧道风机智能控制模型有助于提升公路隧道营运期安全水平。     

变采样率变采样阶比发动机在线监测系统研究

针对车用发动机在线监测与故障诊断中各传感器信号频率成分相差较大、需要同步采样及信号非平稳的情况,分析了阶比跟踪技术在发动机各类信号处理方面的优势。通过软件实现了各通道信号同步变采样率采集。通过抗混叠滤波器截止频率及发动机最低转速计算出了各通道所需的最低采样阶比,避免了繁琐的阶比跟踪滤波对原信号带来的误差和干扰。对正常及故障工况下变速时的排气噪声、缸盖振动及外卡油压信号进行变采样率变采样阶比的阶比跟踪后,用于在线监测及故障诊断的信号特征更加明显,且更利于通过程序自动提取。     

融合SAR分支深度学习的隧道病害识别与成像

随着交通事业的不断发展，大量隧道相继建设并陆续投入运营。在其运营过程中，隧道衬砌混凝土结构内部往往出现不可见的隐蔽病害，对工程安全带来了严重隐患。及时识别检测内部病害，预防安全事故的发生十分必要。探地雷达(Ground Penetrating Radar, GPR)是检测混凝土内部病害的主流无损检测技术，但探地雷达数据中的病害响应信号与实际结构内部病害形态并不存在直观的空间对应关系，从探地雷达数据中仅能估计病害的类型与大概位置，难以对其轮廓进行成像。针对上述问题，研究了基于探地雷达的隧道衬砌隐蔽病害智能识别技术，针对探地雷达数据特点，设计了融入合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)成像处理分支的地下工程目标识别深度神经网络模型，通过在传统Unet网络中融入SAR成像分支，实现了对病害的准确成像，并成功对6种隧道衬砌常见的病害进行类型识别。采用仿真数据对该方法验证，结果表明本研究设计的融入SAR成像分支Unet网络的预测结果对6种病害的平均识别精度为96%,与传统Unet网络相比，精度提升了5%,由此证明本文构建的融入SAR成像分支的Unet网络有效提...     

隧道工程建设地质预报及信息化技术的主要进展及发展方向

复杂的不良地质条件是制约隧道安全高效建设的主要因素,要实现隧道工程的安全高效建设,首先要提高地质预测预报技术水平及其信息化程度。1)介绍我国复杂不良地质隧道超前预报的方法进展及其应用,包括突水突泥灾害源超前探测方法与设备、断层破碎带超前预报、城市地铁溶洞和孤石等探测的进展及应用等;2)介绍我国隧道岩爆监测预警方法及其应用,预报清楚之后就要加强安全风险过程监控;3)介绍基于BIM技术的建筑物(隧道工程)安全风险监控最新进展,包括安全风险实时感知系统和实时预警系统;4)指出隧道工程建设信息化技术的发展方向,包括开展基于大数据技术的TBM/盾构施工的分析与控制研究以及数字隧道向智慧隧道(建设和运营维护)的发展。     

FBG应变传感器在隧道长期健康监测中的应用

隧道结构长期运营安全监测需要采用长效性好的传感测试技术,近年发展起来的光纤光栅传感器是一种数字式的光纤传感技术,具有长期稳定性好、测量精度高和适宜远程监测等优点.将光纤光栅传感器应用于厦门翔安隧道结构健康监测系统,实现了对二次衬砌混凝土应变的长期监测.结果表明光纤光栅传感器测量数据稳定可靠,监测效果良好.     

公路基础设施状态监测无线组网时基同步批量校准方法研究

时间同步是无线传感网络的一项重要支撑技术,在大多数无线传感网络时间同步算法中,以一个校准好的传感器节点的时钟为基准,未校准的传感器节点的时钟与该校准好的传感器节点的时钟进行同步,这很容易受到意外事件的干扰。本文主要研究一种批量校准传感器网络(BC-TPSN)算法的时间同步协议。该算法基于TPSN算法,主要针对TPSN的时频偏移进行校正。在层间同步阶段,使用双向消息交换的同步机制实现层间的同步。在层内同步阶段,采用改进的双向消息交换同步机制完成层次结构内部节点的同步。本文将基于无线传感网络节点的时基同步批量标定方法应用于公路基础设施状态监测。可以同时标定和统一节点的时基,提高精确同步组网的性能。     

模糊贴近度算法在煤矿安全监测WSN系统中的应用

由于无线传感器网络具有传输通信量和传感器电源能量有限的特点,高效的数据融合节能策略成为现在无线传感网络研究热门技术之一。对于塔山矿井平台监控的复杂环境,应用无线传感器网络技术来采集矿井巷道内的数据并将数据发送给汇聚节点。而汇聚节点的数据处理方式是延长网络生命周期重要一环,为了提高汇聚节点数据传输的准确性和高效性,本文研究采用了一种高效的无线传感器网络数据融合算法。基于模糊贴近度原理,结合相对复合权重的概念,提出了基于模糊贴近度的数据融合算法。实验通过对比测温数据的平均值与模糊贴近度融合后的温度值相比较,误差较小,且误差数据偏离的越大,使用该算法的效果更优于普通的算数平均法。     

基于麦克风阵列车辆检测的公路隧道照明控制方法及系统研究

针对雷达、视频、感应线圈等车辆感知装置难以同时满足低成本、高精度、易安装维护的问题,提出基于麦克风阵列车辆检测 的公路隧道照明节能方法及系统研究,实现精准照明节能。 具体方案包括: 1)采用成本较低、非地埋的基于麦克风阵列车辆检测 装置替代已有接触式感知技术; 2)在音频装置中,通过改进的MVDR算法对麦克风阵列拾取到的信号进行降噪去混响,并融合基 于卷积神经网络交通事件识别方法,实现隧道内精细、分段车辆感知; 3)提出基于环境传感的多信息协同控制方法,根据环境与隧 道内车辆行驶信息,进行无级调光控制器多信息联动,智能调节隧道内灯照明亮度与时长。 试验分析表明,提出的基于麦克风阵列 音频车检技术单独事件检测精度高于98%,混合事件检测精度高于95%。 工程实践表明,与常规LED无级调光隧道节能技术相 比,该技术使隧道综合能耗降低约20%,极大地降低了安装维护成本,具有很好的应用价值。     

基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率,实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势,提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据,根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性,分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量,以历次试验监测数据为样本数据集,利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型,经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络,最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明：该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合,试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致,全息变形测量值平均误差12.21%,全息变形包络谱测量值平均误差9.06%,全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%,对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%,基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化,可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。     

纯电动汽车REESS的电压电流采集方法研究

本文阐述了纯电动汽车REESS(On-board Rechargeable Energy Storage System,车载可充电储能系统)的电压、电流的采集原理及精度测评方法,并说明该方法在新标准的能量消耗量与续驶里程试验以及大数据云端数据构建中的应用。使用横河WT3000E功率分析仪高精度设备与车辆CAN网络信号采集的电压、电流结果进行对比分析,证明车辆传感器的精度及有效性。通过设置不同的采样频率对数据线性插值,为大数据构建中,REESS的电压电流采样频率提供建议。分析结果表明,车载传感器精度满足试验精度要求,大数据应用中,采样频率应要高于1Hz以满足能耗分析精度要求。     

基于全局位置精度损失最小化的路侧多传感器目标关联匹配方法

针对路侧单传感器存在感知盲区、多传感器协同感知存在大量冗余信息且位置精度较差、车辆位姿准确值无法在线获取等问题,提出一种基于全局位置精度损失最小化的路侧多传感器目标关联匹配方法.首先,根据各传感器历史数据,以方差最小化为优化目标进行多传感器权重分配;然后,基于级联KM匹配算法处理多传感器存在大量冗余信息的目标级数据,实...