无线传感网技术在建筑中的应用

1、无线传感器网络技术在建筑中的应用概述 随着信息技术的迅速发展，无线传感器网络已深入人类生活的各个领域，并对人类的居住环境和建筑业发展产生了巨大的影响，人们已经开始追求充满信息技术、安全技术、高效节能、并具有丰富人文环境的绿色住宅。目前，针对高效率、低成本和网络化的智能家居终端，国内外的许多公司都提出了相应的解决方案，而中国国内市场相关产品还较少，国际上的产品价格较高且还没有进入国内市场，随着市场的高速膨胀，其产生的商机是非常巨大的。 智能建筑 一个适用于智能建筑环境监测的传感器网络系统结构如图所示。这是一个层次型网络结构，最底层为部署在实际监测环境中的传感器节点，向上层依次为传输网络、基站，最

2、终连接到Internet。为获得准确的数据，传感器节点的部署密度往往很大，并且可部署在若干个不相邻的监控区域内，从而形成多个传感器网络；传感器节点将感应到的数据传送到一个接入点节点，接入点节点负责将传感器节点传来的数据经由一个传输网络发送到基站上。传输网络是负责协同各个传感器网络接入点节点、综合接入点节点信息的局部网络。基站是能够和Internet 相连的一台计算机，它将传感数据通过Internet 发送到数据处理中心，同时它还具有一个本地数据库副本以缓存最新的传感数据。用户可以通过任意一台连入Internet 的终端访问数据中心，或者向基站发出命令。建筑领域的应用1.1.建筑节能建筑节能2.

3、2.桥梁结构检测桥梁结构检测3.3.建筑钢结构疲劳监测建筑钢结构疲劳监测 无线传感器网络在建筑领域中的应用非常广泛，无论是大厦、桥梁还是古建筑、居民楼等。 下面列举三例，来简单介绍它在建筑中工作的原理与起到的作用。建筑节能 基于无线传感器网络技术，设计设计建筑环境检测传感网，实现对温湿度、二氧化碳浓度、照度等室内环境信息，以及各用能设备能耗状况的监测，便于能耗分项计量，达到能耗统计的目的。(1)监测后台：与RS485总线连接或直接基站相连，其主要任务是下达监测命令，拜汇集各底层信息采集点的信息(2)基站：直接与控制后台相连，任务是广播后台操控命令；(3)中继：实现数据转发的功能；(4)Node

4、节点：即终端节点，实现数据采集、上传，并接收监测后台下达的监测命令；系统网络拓扑结构 系统可以快速、自适应组建无线网络，获取室内环境信息、建筑能耗信息，具有以下4大功能：(1)灵活、快速的无线网络构建。系统可决速、灵活布置在各个需监控的位置，组建无线环境感知网络。网络平台可实时动态地获取整个网络区域的监测信息。(2)事件报警。在楼宇监控平台中，可以导入楼层平面图以及节点配置方案，当某个节点探测到事件发生(例如：CO2气体浓度超标、非法人员入侵、温度过高(火灾隐患)等)，可以及时报警并显示出对应的事件位置。(3)环境信息感知。传感器节点配备温湿度传感器、光照强度传感器、CO2传感器等，可感知环境

5、信息，并将这些信息传输至楼宇监控平台，甚至更远的远程监控层，延伸其感知范围。(4)环境数据统计与分析。系统可实时的感知各个时段的环境参数、能耗数据等，并保存下来，在楼宇监控平台中可以随时查看这些数据的统计图形，了解、分析这些数据可以为更加有效的建筑运营、节能降耗提供数据支撑。系统功能桥梁结构检测 目前，随着无线传感器网络技术的日益成熟，以及基于动态特性的结构分析算法的不断完善，使得这种低成本的实时监测技术成为可能。这类技术方便灵活且成本低廉，克服了传统检测手段和有线监测系统存在的弊端，是桥梁结构监测发展的必然趋势。图为无锡蓉湖大桥监测内容：(1)索力：通过斜拉索的振动响应计算其承受的拉力；(2

6、)振动响应：桥塔和桥面结构的振动响应，用于动力特性分析；(3)位移：包括桥面结构的竖向挠度曲线、下部结构桥墩台的水平变位、主桥塔墩台的垂直沉降、副跨第一辅助墩台的垂直沉降，以及主塔的倾斜变形等；(4)结构应变：包括主桥桥塔和主梁典型截面的应变，典型拉索下端与主梁锚固区的应变，高架引桥典型墩柱顶部预应力筋的应变；(5)关键环境参数：温度等影响桥梁结构特性的关键环境参数；(6)车辆荷载：桥梁承载的车流量、车速、车长、车型及超载情况。桥梁结构检测 桥梁结构健康监测系统将采用无线传感器网络加公用数据网中继的系统结构，如图2所示。各监测节点构成无线传感器网络，通过多跳方式将监测数据汇聚到位于桥梁两端的中

7、继网关，由中继网关将数据发送到桥梁监管部门的数据中心进行分析和挖掘。公用数据网可以采用有线网或移动网，这要根据监测目标附近的实际网络状况以及系统的数据流量确定。建筑钢结构疲劳监测 结构和构件的加载历史、应力集中、材料的本构关系，都会对其疲劳损伤的计算产生影响。文中用测量到的应变均值和幅度来检测疲劳损伤，通过国内外大量实验证明疲劳抗力曲线如图所示。）基本节点向叶节点发送疲劳监测命令及参数，包括节点、通道标号、采样点数、采样频率、三维直方图尺寸以及应变校正系数。）叶节点利用无线智能应变传感器开始疲劳监测。）一段时间的监测结束后，叶节点开始计算疲劳损伤的相关数据。）基站节点向叶节点发出回收数据请求，得到由叶节点发送处理后数据。完成之后，基站节点打印数据，为进一步监测提供依据。设计步骤如下： 提出一种基于无线智能应变传感器网络的钢结构疲劳损伤监测的方法，采用分布式数据采集方式，压缩原始数据，减少数据传输量，降低能源消耗，使长期无线疲劳健康监测成为可能。缩尺悬臂钢梁实验证实集中式与分布式疲劳寿命预测相近，预测结果可靠，表明了无线只能应变传感器网络在疲劳损伤监测领域的应用有理论基础及工程价