專利名稱：基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋梁等建筑的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，具體地，涉及一種基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
橋梁的使用期長達幾十年、甚至幾百年，但是由于常年的荷載效應(yīng)、材料老化、環(huán)境侵蝕，疲勞效應(yīng)等因素的耦合作用，橋梁的結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)將不可避免地產(chǎn)生損傷和抗力衰減，甚至發(fā)生畸變、坍塌。眾所周知，橋梁是國家或地區(qū)的交通命脈，它耗資巨大，一旦發(fā)生橋梁坍塌事故，將造成重大的人身傷亡和巨大的經(jīng)濟損傷，并且?guī)韾毫拥纳鐣绊?。為了及時掌握大型橋梁的性能退化，防止突發(fā)性的坍塌事故的發(fā)生，應(yīng)用科學(xué)的方法對大型橋梁進行健康監(jiān)測是極為必要的。目前這一點已逐漸得到了學(xué)術(shù)界、工程界以及政府部門的廣泛認同。在過去，橋梁監(jiān)測系統(tǒng)通常采用人工定期檢測或者有線監(jiān)測系統(tǒng)的方式。然而人工定期檢測方式存在著許多的問題:1)人工監(jiān)測主觀性強，有些結(jié)果需要憑借經(jīng)驗估計得到；2)由于人工檢測頻率的限制，檢測結(jié)果往往比損傷出現(xiàn)滯后，不能及時對損傷預(yù)警；3)由于缺乏實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，無法對損傷的發(fā)展情況進行了解；4)有線監(jiān)測系統(tǒng)能夠持續(xù)正常工作使用的時間較短；5)有線傳感器布線復(fù)雜、維護麻煩；6)更為重要的是，由于傳統(tǒng)人工檢測使用的設(shè)備成本昂貴、體積龐大，在檢測時需要對路面進行長時間封閉，嚴重干擾了橋梁的正常運行。同時，人工檢測需要多個政府職能部門之間的相互協(xié)調(diào)與配合，在一定程度上增加了操作的復(fù)雜性。對于某些大型橋梁進行檢測，需要檢測人員進行高空作業(yè)，存在著極大的安全隱患。而有線監(jiān)測方式雖然能夠?qū)崟r獲取橋梁的相關(guān)參數(shù)，但由于在安裝過程中需要布線，因此其安裝和部署時間往往很長，安裝和維護成本也很高。這些因素在很大程度上限制了其大范圍推廣，目前只能應(yīng)用在大城市范圍內(nèi)大跨度斜拉橋和懸索橋等這類大型橋梁結(jié)構(gòu)上。近幾年來,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)越來越被廣泛地應(yīng)用于高速鐵路沿線的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，以確保運輸?shù)陌踩?。正是由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本低、安裝維護費用低和使用壽命長的特點，它被部署在橋梁、隧道等建筑上來測量和收集數(shù)據(jù)，從而改善損傷探測方法，如數(shù)據(jù)挖掘和創(chuàng)新型信號檢測處理。WSN可以測量應(yīng)力狀態(tài)和動態(tài)特點的變化，包括溫度、濕度和其他環(huán)境因素。然而，將所測量的數(shù)據(jù)傳回到監(jiān)測中心仍然是非常具有挑戰(zhàn)性的，因為大多數(shù)橋梁和隧道的位置遠離城市。例如一些坐落于青藏高原的青藏鐵路沿線的橋梁和隧道有關(guān)角山隧道，千丈鹽橋，三岔河大橋等。利用WSN通過多跳傳輸或廣域網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)將需要在附近建立相關(guān)通信基站。這對于青藏鐵路沿線存在廣域網(wǎng)覆蓋率低的區(qū)域則無法做到有效監(jiān)控，即使存在，也會增加不小的通信費用。經(jīng)對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要有以下幾類:第一類是基于有線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如，J.M.Ko等人提出的在汀九大橋(Ting Kau Bridge)上布置基于同軸線電纜網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃詮?，但是大量同軸線電纜的安裝不僅費時費力，而且費用昂貴；不僅如此，該系統(tǒng)的維護也相當困難。第二類是基于多跳傳輸?shù)臒o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。例如，SukunKim等人提出的在金門大橋(Golden Gate Bridge)上布置基于一個46跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)采用的是無線傳感器，它所需的成本低廉，安裝便捷，使用壽命長。但是，該系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)收集中心距離傳感器網(wǎng)絡(luò)不能太遠，否則不僅會導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)在傳輸時丟失，更會大大地增加傳輸?shù)某杀?。又?jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮?00610073863.7，發(fā)明名稱為“結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)及其方法”的中國專利提出了一種結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測和信息管理系統(tǒng)，但是該技術(shù)必須建立在采集到的數(shù)據(jù)能夠可靠快速地傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的前提下，故該技術(shù)沒有證明對于數(shù)據(jù)中心遠離橋梁的情況的適用性。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過一種利用高速移動列車當作移動的執(zhí)行器來協(xié)助數(shù)據(jù)收集的策略以及創(chuàng)新的數(shù)據(jù)打包方式(Diapack)與數(shù)據(jù)重構(gòu)算法MatrixCompletion相結(jié)合實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)收集，可以保證在傳輸中大量數(shù)據(jù)丟失的情況下，精確地還原大部分的數(shù)據(jù)，達到傳輸?shù)目煽啃?，并大大降低了遠距離傳輸?shù)某杀?。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其包括以下步驟:步驟100:排布在鐵路沿線橋梁上的傳感器將有關(guān)橋梁健康的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，匯聚節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中；步驟200:匯聚節(jié)點按照Diapack的數(shù)據(jù)打包方式對于儲存在矩陣中的數(shù)據(jù)進行打包，并準備傳輸給列車；步驟300:匯聚節(jié)點將信息傳輸給列車，列車通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流；步驟400:數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心利用Matrix Completion算法還原丟失的大量數(shù)據(jù)。如上述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述步驟100包括以下步驟:步驟110:傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點；步驟120:匯聚節(jié)點構(gòu)造一個二維的矩陣來儲存收到的來自傳感器的信息，該矩陣的每一行代表在同一位置同一傳感器在不同時間測量到的數(shù)據(jù)，該矩陣的每一列代表在同一時間不同位置的傳感器測量到的數(shù)據(jù)；步驟130:匯聚節(jié)點按照步驟120的儲存方式根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中。進一步地，如上述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中，步驟110中，傳感器采集到的數(shù)據(jù)包括以下三個信息:傳感器采集到該數(shù)據(jù)時的時間、該傳感器的位置、傳感器測量得到的橋梁結(jié)構(gòu)健康情況的數(shù)據(jù)。如上述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述步驟200包括以下步驟:步驟210:匯聚節(jié)點按照矩陣對角線的方向從矩陣的左上角往右下角方向的前K個數(shù)據(jù)打包成一個數(shù)據(jù)包；步驟220:若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一行第X列的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一行第x+1列的數(shù)據(jù)；同理，若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一列第X行的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一列第χ+1行的數(shù)據(jù)；步驟230:若數(shù)據(jù)打包的過程中遇到已經(jīng)打包過的數(shù)據(jù)，則自動跳到該數(shù)據(jù)的下一行同一列的數(shù)據(jù)打包，以此類推。如上述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述步驟300包括以下步驟:步驟310:在列車上布置n+2個AP來接收數(shù)據(jù)，其中APO和APl布置在列車車頭的相同位置，AP(n+l)則布置在列車的車尾，其他的AP則沿著列車均勻分布；步驟320:當列車快要到達這些橋梁或者隧道時，APO就廣播出一個“開始”的信號；在匯聚節(jié)點接收到這個“開始”的信號之后，就開始廣播保存在緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)包；步驟330:當APl到APn經(jīng)過匯聚節(jié)點的傳輸范圍時，就會接收到這部分的數(shù)據(jù)包；位于列車的車尾AP(n+l)廣播一個“結(jié)束”的信號，當匯聚節(jié)點接收到這個“結(jié)束”的信號時則停止廣播，列車與匯聚節(jié)點之間的通信停止；步驟340:由接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流。如上述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中，所述步驟400包括以下步驟:步驟410:對于接收到的數(shù)據(jù)流，對矩陣作奇異值分解并通過求解最小核范數(shù)的凸優(yōu)化問題來還原丟失的數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)利用高速移動列車當作移動的執(zhí)行器來協(xié)助數(shù)據(jù)收集的策略大大降低了遠距離傳輸?shù)某杀荆⑼ㄟ^新的數(shù)據(jù)打包方式(Diapack)與數(shù)據(jù)重構(gòu)算法MatrixCompletion相結(jié)合實現(xiàn)了在大量數(shù)據(jù)丟失的情況下對數(shù)據(jù)的精確還原，保證了該系統(tǒng)的可行性和可靠性。


圖1是本發(fā)明的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程圖；圖3是本發(fā)明的Diapack數(shù)據(jù)打包方式的流程圖；圖4是本發(fā)明的列車通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流的不意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。如圖1所示，其為本發(fā)明的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。其中，匯聚節(jié)點收集來自若干個傳感器節(jié)點采集的橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將其傳輸給途經(jīng)的高速列車，由高速列車將融合后的橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心。圖2以本發(fā)明的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于青藏高速鐵路沿線橋梁為例，具體的數(shù)據(jù)收集方法包括以下步驟:步驟100:排布在鐵路沿線橋梁上的傳感器將有關(guān)橋梁健康的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，匯聚節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中。在列車達到之前，傳感器網(wǎng)絡(luò)不停地收集橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的數(shù)據(jù)。利用這一段時間，先將傳感器的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，由于有很多無線傳感器，且所測數(shù)據(jù)時間也不同，所以需要構(gòu)建一個矩陣，根據(jù)數(shù)據(jù)的時空相關(guān)性將匯聚節(jié)點接收到的數(shù)據(jù)儲存在這個矩陣中。步驟100具體包括以下步驟:步驟110:傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點，傳感器采集到的數(shù)據(jù)包括以下三個信息:傳感器采集到該數(shù)據(jù)時的時間、該傳感器的位置、傳感器測量得到的橋梁結(jié)構(gòu)健康情況的數(shù)據(jù)；步驟120:匯聚節(jié)點構(gòu)造一個二維的矩陣來儲存收到的來自傳感器的信息；該矩陣的每一行代表在同一位置同一傳感器在不同時間測量到的數(shù)據(jù)，該矩陣的每一列代表在同一時間不同位置的傳感器測量到的數(shù)據(jù)；步驟130:匯聚節(jié)點按照步驟120的儲存方式根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中。步驟200:匯聚節(jié)點按照Diapack的數(shù)據(jù)打包方式對于儲存在矩陣中的數(shù)據(jù)進行打包，并準備傳輸給列車。由于匯聚節(jié)點中儲存了大量的數(shù)據(jù)以及傳輸范圍有限，列車只能獲得部分信息，并且伴隨著部分的丟包。所以我們提出了新的打包方式Diapack可以有效地滿足矩陣還原(Matrix Completion)算法的必要條件,從而準確地還原丟失的數(shù)據(jù)。如圖3所示，步驟200具體包括以下步驟:步驟210:匯聚節(jié)點按照矩陣對角線的方向從矩陣的左上角往右下角方向的前K個數(shù)據(jù)打包成一個數(shù)據(jù)包；步驟220:若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一行第X列的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一行第x+1列的數(shù)據(jù)；同理，若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一列第X行的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一列第χ+1行的數(shù)據(jù)；步驟230:若數(shù)據(jù)打包的過程中遇到已經(jīng)打包過的數(shù)據(jù)，則自動跳到該數(shù)據(jù)的下一行同一列的數(shù)據(jù)打包，以此類推。步驟300:匯聚節(jié)點將信息傳輸給列車，列車通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流。當列車進入?yún)R聚節(jié)點的傳輸范圍時，布置在列車上的接入點(Access Points, AP)開始接收匯聚節(jié)點儲存的數(shù)據(jù)，并通過接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流。步驟300具體包括以下步驟:步驟310:在列車上布置n+2個AP來接收數(shù)據(jù)，其中APO和APl布置在列車車頭的相同位置，AP(n+l)則布置在列車的車尾，其他的AP則沿著列車均勻分布；步驟320:當列車快要到達這些橋梁或者隧道時，APO就廣播出一個“開始”的信號；在匯聚節(jié)點接收到這個“開始”的信號之后，它就開始廣播保存在緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)包；步驟330:當APl到APn經(jīng)過匯聚節(jié)點的傳輸范圍時,他們就會接收到這部分的數(shù)據(jù)包；AP(n+l)位于列車的車尾則廣播一個“結(jié)束”的信號，當匯聚節(jié)點接收到這個“結(jié)束”的信號時則停止廣播，列車與匯聚節(jié)點之間的通信停止；步驟340:由于每個AP所接收到的都只是整段數(shù)據(jù)流的一部分，而且處在后面的AP所接收到的數(shù)據(jù)與前面的AP相比會有一定的時延，所以通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分進行組合即可重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流。圖4即為步驟340具體示意圖。步驟400:數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心利用Matrix Completion算法還原丟失的大量數(shù)據(jù)。由于列車高速移動，并且匯聚節(jié)點的傳輸距離有限，所以列車上的接入點只能獲得部分儲存在匯聚節(jié)點的數(shù)據(jù)，并且伴隨著大量的數(shù)據(jù)包丟失。所以數(shù)據(jù)中心利用MatrixCompletion算法對于丟失的彳目息進行恢復(fù)還原。步驟400具體包括以下步驟:步驟410:給定一個矩陣，其中有大量數(shù)據(jù)缺失，為還原丟失部分的數(shù)據(jù)，可以對矩陣作奇異值分解并通過求解最小核范數(shù)的凸優(yōu)化問題來還原丟失的數(shù)據(jù)。Matrix Completion算法適用的重要前提條件為矩陣中出現(xiàn)盡量少的全零行或者全零列，否則會大大影響還原的精度，而我們提出的數(shù)據(jù)打包方式Diapack正好可以最好地避免這種情況的發(fā)生。本發(fā)明避免了橋梁遠離數(shù)據(jù)中心情況下昂貴的傳輸成本，創(chuàng)新地采用列車作為移動的執(zhí)行器幫助傳輸數(shù)據(jù)，并提出數(shù)據(jù)打包方式Diapack與Matrix Completion相結(jié)合的方法，從而保證了獲取數(shù)據(jù)的準確性；同時無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安裝成本低、維護費用低、使用壽命長等特點也使得該系統(tǒng)能夠長期有效地運行。以上詳細描述了本發(fā)明的較佳具體實施例。應(yīng)當理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟: 步驟100:排布在鐵路沿線橋梁上的傳感器將有關(guān)橋梁健康的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，匯聚節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中； 步驟200:匯聚節(jié)點按照Diapack的數(shù)據(jù)打包方式對于儲存在矩陣中的數(shù)據(jù)進行打包，并準備傳輸給列車； 步驟300:匯聚節(jié)點將信息傳輸給列車，列車通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流； 步驟400:數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心,數(shù)據(jù)中心利用Matrix Completion算法還原丟失的大量數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟100包括以下步驟: 步驟110:傳感器將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點； 步驟120:匯聚節(jié)點構(gòu)造一個二維的矩陣來儲存收到的來自傳感器的信息，該矩陣的每一行代表在同一位置同一傳感器在不同時間測量到的數(shù)據(jù)，該矩陣的每一列代表在同一時間不同位置的傳感器測量到的數(shù)據(jù)； 步驟130:匯聚節(jié)點按照步驟120的儲存方式根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中。
3.如權(quán)利要求2所述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，步驟110中，傳感器采集到的數(shù)據(jù)包括以下三個信息:傳感器采集到該數(shù)據(jù)時的時間、該傳感器的位 置、傳感器測量得到的橋梁結(jié)構(gòu)健康情況的數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟200包括以下步驟: 步驟210:匯聚節(jié)點按照矩陣對角線的方向從矩陣的左上角往右下角方向的前K個數(shù)據(jù)打包成一個數(shù)據(jù)包； 步驟220:若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一行第X列的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一行第x+1列的數(shù)據(jù)；同理，若數(shù)據(jù)打包到矩陣的最后一列第X行的數(shù)據(jù)，則下一個被打包的數(shù)據(jù)為矩陣第一列第x+1行的數(shù)據(jù)； 步驟230:若數(shù)據(jù)打包的過程中遇到已經(jīng)打包過的數(shù)據(jù)，則自動跳到該數(shù)據(jù)的下一行同一列的數(shù)據(jù)打包，以此類推。
5.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟300包括以下步驟: 步驟310:在列車上布置n+2個AP來接收數(shù)據(jù)，其中APO和APl布置在列車車頭的相同位置，AP(n+l)則布置在列車的車尾，其他的AP則沿著列車均勻分布； 步驟320:當列車快要到達這些橋梁或者隧道時，APO就廣播出一個“開始”的信號；在匯聚節(jié)點接收到這個“開始”的信號之后，就開始廣播保存在緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)包； 步驟330:當APl到APn經(jīng)過匯聚節(jié)點的傳輸范圍時,就會接收到這部分的數(shù)據(jù)包；位于列車的車尾AP(n+l)廣播一個“結(jié)束”的信號，當匯聚節(jié)點接收到這個“結(jié)束”的信號時則停止廣播，列車與匯聚節(jié)點之間的通信停止；步驟340:由接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流。
6.如權(quán)利要求1所述的基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟400包括以下步驟: 步驟410:對于接收到的數(shù)據(jù)流，對矩陣作奇異值分解并通過求解最小核范數(shù)的凸優(yōu)化問題來還原 丟失的數(shù)據(jù) 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的鐵路橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括以下步驟排布在鐵路沿線橋梁上的傳感器將有關(guān)橋梁健康的監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點，匯聚節(jié)點根據(jù)數(shù)據(jù)之間的時間空間相關(guān)性將數(shù)據(jù)儲存在矩陣中；匯聚節(jié)點按照Diapack的數(shù)據(jù)打包方式對于儲存在矩陣中的數(shù)據(jù)進行打包，并準備傳輸給列車；匯聚節(jié)點將信息傳輸給列車，列車通過對接收到的數(shù)據(jù)中不相互重疊的部分來重構(gòu)整段的數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)流通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心利用Matrix Completion算法還原丟失的大量數(shù)據(jù)。本發(fā)明大大降低了遠距離傳輸?shù)某杀?，并通過新的數(shù)據(jù)打包方式與數(shù)據(jù)重構(gòu)算法相結(jié)合實現(xiàn)了在大量數(shù)據(jù)丟失的情況下對數(shù)據(jù)的精確還原，保證了該系統(tǒng)的可行性和可靠性。
文檔編號H04W84/18GK103198638SQ20131015270
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者陳彩蓮, 周之懿, 關(guān)新平 申請人:上海交通大學(xué)