無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在地下工程監(jiān)測(cè)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(duì)目標(biāo)監(jiān)測(cè)對(duì)象的各項(xiàng)物理特性進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(cè)應(yīng)用結(jié)合了無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，其監(jiān)測(cè)預(yù)警能力強(qiáng)、監(jiān)測(cè)范圍與監(jiān)測(cè)密度大、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)調(diào)取分析效率高、監(jiān)測(cè)成本低等特性使得其在地下工程的監(jiān)測(cè)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(cè)應(yīng)用為研

2、究對(duì)象，提出了基于無線傾角傳感器的地下工程監(jiān)測(cè)方法。針對(duì)地下工程的監(jiān)測(cè)需求，分析了無線傾角傳感器監(jiān)測(cè)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(cè)試。針對(duì)地下工程的環(huán)境特殊性，對(duì)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(hào)傳輸測(cè)試和信道干擾測(cè)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(duì)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(duì)地下工程無線監(jiān)測(cè)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(hào)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(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)。主要研究成果如下:
　　(1)通對(duì)無線傾角傳感器的監(jiān)測(cè)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(cè)與盾構(gòu)隧道襯砌變形監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法及監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端的工作流程。
　　(3)針對(duì)地下工程監(jiān)測(cè)

4、的監(jiān)測(cè)特點(diǎn)對(duì)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(cè)需要。
　　(4)對(duì)基于ZigBee的無線傾角傳感器進(jìn)行了信號(hào)傳輸距離測(cè)試、組網(wǎng)能力測(cè)試和信道干擾測(cè)試結(jié)果表明，無線監(jiān)測(cè)活動(dòng)的監(jiān)測(cè)場(chǎng)地類型對(duì)無線傳感器的傳輸距離有顯著影響，場(chǎng)地內(nèi)的信號(hào)遮擋物會(huì)影響無線信號(hào)的傳輸距離，而隧道有助于信號(hào)傳輸，實(shí)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)的丟包率會(huì)隨信號(hào)傳輸距離的提高而上升，根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的丟包率與信號(hào)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(hào)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(duì)無線信號(hào)強(qiáng)度的影響較小。
　　(5)針對(duì)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(cè)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