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面向结构健康监测的无线传感器网络系统及同步采集研究
一、引言
随着城市化进程的加快和城市基础设施的不断完善，大量高层建筑、桥梁、水坝等重要的结构工程项目如雨后春笋般出现在我们的生活中，而这些结构的健康状况的保持和监测的数据收集都是十分重要的。传统的结构健康监测方法采用人工巡查，具有时间成本高、数据数量不足、误差较大等弊端。因此，面向结构健康监测的无线传感器网络系统及同步采集研究已经成为结构健康监测领域中的研究热点，并引起越来越多的研究者的关注。
二、传统结构健康监测方法存在的问题
传统的结构健康监测方法主要是采用人工巡查的方法，这种方法存在大量的问题，其中最主要的问题包括以下两个方面。
1、时间成本高
传统的人工巡查方法需要消耗大量的人力和物力，监测周期长，周期较长的建筑结构的巡查难度较大，需要架设高大的脚手架，耗费巨大的人力、物力和时间。所以，传统的人工巡查的方法成本较高，难以实现实时监测。
2、数据采集量不足
传统的人工巡查方法只能得到非常有限的数据，而且很难确定由于巡视误差或者疏漏造成的健康问题，无法发现隐患，同时数据因为人工干扰产生误差的可能性较大，也不易于进行数量化分析。
三、面向结构健康监测的无线传感器网络系统及同步采集的研究
由于传统的监测方法存在诸多的问题，因此目前面向结构健康监测的无线传感器网络系统及同步采集的研究已经得到很好的应用。
无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）是一种能够自组织、自适应、自愈合、自生长的分布式传感器网络。利用无线传感器节点天然的优势（小巧、成本低、易于布置和维护等等），可以快速、高效地将传感器节点应用于结构健康监测领域。通过大量布置在被监测结构物内部和周围的传感器节点实现实时、定量的结构健康数据采集。同时，结合无线传输技术和数据传递技术，可以实现对数据的在线实时同步采集和传输，方便数据的快速分析和处理。
1、无线传感器网络系统的架构
无线传感器网络系统一般分为采集模块、传输模块、存储模块和分析模块四个主要模块。其中，采集模块主要负责数据采集与传输；传输模块则负责数据通信，由于无线传感器网络中节点数量较多，因此需要确保传输的可靠性和实时性；存储模块则负责数据的存储，而分析模块主要负责数据的分析与处理。
2、同步采集技术
在结构健康监测领域，同步采集技术是一种极为重要的技术。同步采集的意义在于保证所有将要进行监测的传感器节点具有同步的时钟。为了实现同步采集，可以采用两种方法：自主PHY同步和外部信号同步。
自主PHY同步的实现原理是通过使用同样的信道，尽可能地使节点的运行频率一致。而外部信号同步则是通过使用外部的信号，比如GPS的时钟信号、IEEE1588协议等等，来实现节点的同步采集。
3、数据处理技术
无线传感器网络采集到的数据需要进行清洗、分析、处理和识别，然后通过分析模块来输出结构健康状态和预测结果，并送到监管者处理和决策。理论上，采集的数据进行简单的时间序列分析即可判断出结构的健康状态或异变。
四、结语
无线传感器网络技术的发展和成熟，为结构健康监测领域的研究和应用提供了新的机遇和挑战。通过将无线传感器网络技术和同步采集技术应用于结构体系监测系统中，可以实现高效、精准、自动化，实时监控结构的健康状况，具有非常好的发展前景。