一种用于市政工程桩基质量检测装置

摘要

本发明公开了一种用于市政工程桩基质量检测装置，所述质量检测装置包括传感监测模块、云端服务器和管控中心；所述传感监测模块，包括汇聚节点和部署在待测桩基各个部位的多个传感器节点，所述传感器节点对待测桩基各个部位进行监测感知，所述汇聚节点汇聚各个传感器节点采集的桩基状态数据并发送至所述云端服务器；所述管控中心从所述云端服务器中获取所述桩基状态数据，并对所述桩基状态数据进行分析和处理，并在处理结果显示待测桩基存在质量缺陷时进行报警。本发明采用无线传感器网络，能够实时监测到桩基状态数据，降低桩基质量检测的成本，实现了对桩基状态到的全方位、多参量监测，大大提高了桩基质量检测的准确度。

权利要求

1.一种用于市政工程桩基质量检测装置，其特征在于，所述质量检测装置包括传感监测模块、云端服务器和管控中心；

所述传感监测模块，包括汇聚节点和部署在待测桩基各个部位的多个传感器节点，所述传感器节点对待测桩基各个部位进行监测感知，所述汇聚节点汇聚各个传感器节点采集的桩基状态数据并发送至所述云端服务器；所述管控中心从所述云端服务器中获取所述桩基状态数据，并对所述桩基状态数据进行分析和处理，并在处理结果显示待测桩基存在质量缺陷时进行报警；

所述汇聚节点和多个传感器节点通过自组织形成无线传感器网络，具体是：在构建无线传感器网络时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇中设置一个簇头节点，所述簇头节点用于收集簇内传感器节点采集的桩基状态数据后发送至所述汇聚节点；

每个簇中的簇头节点是通过竞选的方式确定的，其中，竞选的方式是：所述汇聚节点以较大的功率广播竞选簇头的信息，每个传感器节点根据接收到的信息后，计算各自在其所在簇内能够担任簇头节点的能力值，并发送至所述汇聚节点，所述汇聚节点选择每个簇中能力值最大的传感器节点作为相应簇的簇头节点，其中，传感器节点能够担任簇头节点的能力值通过下式计算得到：式中，C(j)为传感器节点j能够担任簇头节点的能力值，d(j,DS)为传感器节点j与所述汇聚节点DS之间的空间距离，d(j,i)为传感器节点j与其簇内的传感器节点i之间的空间距离，其中i＝1,2,…,I，I为相应簇内传感器节点的个数，dmax为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最大空间距离，dmin为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最小空间距离，Eres(j)为传感器节点j的当前剩余能量值，E0(j)为传感器节点j的初始能量值，κ为衰减系数，其表示传感器节点j的能量值随时间的衰减度，α1为设定的权重系数。

2.根据权利要求1所述的质量检测装置，其特征在于，所述桩基状态数据包括：应力数据、加速度数据和速度数据。

3.根据权利要求1所述的质量检测装置，其特征在于，所述管控中心包括数据处理单元、显示单元和报警器；所述数据处理单元，用于将接收到的桩基状态数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由所述显示单元对比较结果进行显示；所述报警器用于当接收到的桩基状态数据大于设定的安全阈值时进行报警。

4.根据权利要求1所述的质量检测装置，其特征在于，所述汇聚节点周期性地对簇头节点进行检测，判断所述簇头节点是否有能力继续担任簇头节点，当判断结果为所述簇头节点无能力继续担任簇头节点时，则从其所在的簇内选择一个未担任过簇头节点的传感器节点作为一个新的簇头节点，其中，所述的判断簇头节点是否有能力继续担任簇头节点的判断方法是：当 时，和/或， 时，则簇头节点P无能力继续担

任簇头节点，反之，簇头节点P可继续担任簇头节点，其中，M为所述簇头节点P所在簇的簇内传感器节点的个数，Enow(m)为在本轮数据传输中，传感器节点m消耗的能量值，Enow(P)为在本轮数据传输中，簇头节点P消耗的能量值，N为所述无线传感器网络中簇头节点的个数，E为本轮数据传输中，该无线传感器网络消耗的总的能量值，Eres(P)为簇头节点P的当前剩余能量值， 为簇头节点P所在簇的平均剩余能量值，

说明书

一种用于市政工程桩基质量检测装置

技术领域

[0001] 本发明涉及市政工程桩基检测技术领域，具体涉及一种用于市政工程桩基质量检测装置。

背景技术

[0002] 随着道路、桥梁、建筑等工程项目的不断发展，采用桩基的工程越来越多。桩基的施工质量直接关系到整个工程上部结构的稳定性，也关系到生命财产的安全。由于桩基属于深埋岩土中的地下隐蔽工程，无法采用简单、直观的方法对其质量状况进行检测。因此，如何能够对桩基质量进行实时检测，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明提供一种用于市政工程桩基质量检测装置。

[0004] 本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种用于市政工程桩基质量检测装置，所述质量检测装置包括传感监测模块、云端服务器和管控中心；

[0005] 所述传感监测模块，包括汇聚节点和部署在待测桩基各个部位的多个传感器节点，所述传感器节点对待测桩基各个部位进行监测感知，所述汇聚节点汇聚各个传感器节点采集的桩基状态数据并发送至所述云端服务器；所述管控中心从所述云端服务器中获取所述桩基状态数据，并对所述桩基状态数据进行分析和处理，并在处理结果显示待测桩基存在质量缺陷时进行报警。

[0006] 优选地，所述桩基状态数据包括：应力数据、加速度数据和速度数据。

[0007] 优选地，所述管控中心包括数据处理单元、显示单元和报警器；所述数据处理单元，用于将接收到的桩基状态数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由所述显示单元对比较结果进行显示；所述报警器用于当接收到的桩基状态数据大于设定的安全阈值时进行报警。

[0008] 优选地，所述汇聚节点和多个传感器节点通过自组织形成无线传感器网络，具体是：在构建无线传感器网络时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇中设置一个簇头节点，所述簇头节点用于收集簇内传感器节点采集的桩基状态数据后发送至所述汇聚节点。

[0009] 优选地，每个簇中的簇头节点是通过竞选的方式确定的，其中，竞选的方式是：所述汇聚节点以较大的功率广播竞选簇头的信息，每个传感器节点根据接收到的信息后，计算各自在其所在簇内能够担任簇头节点的能力值，并发送至所述汇聚节点，所述汇聚节点选择每个簇中能力值最大的传感器节点作为相应簇的簇头节点，其中，传感器节点能够担任簇头节点的能力值通过下式计算得到：

[0010]

[0011] 式中，C(j)为传感器节点j能够担任簇头节点的能力值，d(j,DS)为传感器节点j与所述汇聚节点DS之间的空间距离，d(j,i)为传感器节点j与其簇内的传感器节点i之间的空间距离，其中i＝1,2,…,I，I为相应簇内传感器节点的个数，dmax为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最大空间距离，dmin为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最小空间距离，Eres(j)为传感器节点j的当前剩余能量值，E0(j)为传感器节点j的初始能量值，κ为衰减系数，其表示传感器节点j的能量值随时间的衰减度，α1为设定的权重系数。

[0012] 优选地，所述汇聚节点周期性地对簇头节点进行检测，判断所述簇头节点是否有能力继续担任簇头节点，当判断结果为所述簇头节点无能力继续担任簇头节点时，则从其所在的簇内选择一个未担任过簇头节点的传感器节点作为一个新的簇头节点，其中，所述的判断簇头节点是否有能力继续担任簇头节点的判断方法是：

[0013] 当 时，和/或， 时，则簇头节点P无能力继续担任簇头节点，反之，簇头节点P可继续担任簇头节点，其中，M为所述簇头节点P所在簇的簇内传感器节点的个数，Enow(m)为在本轮数据传输中，传感器节点m消耗的能量值，Enow(P)为在本轮数据传输中，簇头节点P消耗的能量值，N为所述无线传感器网络中簇头节点的个数，E为本轮数据传输中，该无线传感器网络消耗的总的能量值，Eres(P)为簇头节点P的当前剩余能量值， 为簇头节点P所在簇的平均剩余能量值，

[0014] 本发明的有益效果为：本发明采用无线传感器网络，能够实时监测到桩基状态数据，降低桩基质量检测的成本，实现了对桩基状态到的全方位、多参量监测，大大提高了桩基质量检测的准确度。

附图说明

[0015] 利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

[0016] 图1是本发明实施例提供的一种用于市政工程桩基质量检测装置的结构示意图；

[0017] 图2是本发明实施例中管控中心3的结构示意图。

[0018] 附图标记：传感监测模块1；云端服务器2；管控中心3；数据处理单元31；显示单元32；报警器33。

具体实施方式

[0019] 结合以下实施例对本发明作进一步描述。

[0020] 参见图1，一种用于市政工程桩基质量检测装置，所述质量检测装置包括传感监测模块1、云端服务器2和管控中心3；

[0021] 所述传感监测模块1，包括汇聚节点和部署在待测桩基各个部位的多个传感器节点，所述传感器节点对待测桩基各个部位进行监测感知，所述汇聚节点汇聚各个传感器节点采集的桩基状态数据并发送至所述云端服务器2；所述管控中心3从所述云端服务器2中获取所述桩基状态数据，并对所述桩基状态数据进行分析和处理，并在处理结果显示待测桩基存在质量缺陷时进行报警。

[0022] 有益效果：本发明采用无线传感器网络，能够实时监测到桩基状态数据，降低桩基质量检测的成本，实现了对桩基状态到的全方位、多参量监测，大大提高了桩基质量检测的准确度。

[0023] 优选地，所述桩基状态数据包括：应力数据、加速度数据和速度数据。

[0024] 参见图2，优选地，所述管控中心3包括数据处理单元31、显示单元32和报警器33；所述数据处理单元31，用于将接收到的桩基状态数据与对应设定的安全阈值进行比较，输出比较结果，并由所述显示单元32对比较结果进行显示；所述报警器33用于当接收到的桩基状态数据大于设定的安全阈值时进行报警。

[0025] 优选地，所述汇聚节点和多个传感器节点通过自组织形成无线传感器网络，具体是：在构建无线传感器网络时，多个传感器节点被分为多个簇，每个簇中设置一个簇头节点，所述簇头节点用于收集簇内传感器节点采集的桩基状态数据后发送至所述汇聚节点。

[0026] 在一个可选地实施方式中，每个簇中的簇头节点是通过竞选的方式确定的，其中，竞选的方式是：所述汇聚节点以较大的功率广播竞选簇头的信息(以较大的功率广播竞选簇头的消息，其目的是：为了使该无线传感器网络中的所有传感器节点都能够接收到竞选信息)，每个传感器节点根据接收到的信息后，计算各自在其所在簇内能够担任簇头节点的能力值，并发送至所述汇聚节点，所述汇聚节点选择每个簇中能力值最大的传感器节点作为相应簇的簇头节点，其中，传感器节点能够担任簇头节点的能力值通过下式计算得到：

[0027]

[0028] 式中，C(j)为传感器节点j能够担任簇头节点的能力值，d(j,DS)为传感器节点j与所述汇聚节点DS之间的空间距离，d(j,i)为传感器节点j与其簇内的传感器节点i之间的空间距离，其中i＝1,2,…,I，I为相应簇内传感器节点的个数，dmax为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最大空间距离，dmin为该簇内传感器节点到所述汇聚节点DS的最小空间距离，Eres(j)为传感器节点j的当前剩余能量值，E0(j)为传感器节点j的初始能量值，κ为衰减系数，其表示传感器节点j的能量值随时间的衰减度，该衰减系数与所述传感器节点所处的环境有关，α1为设定的权重系数。

[0029] 有益效果：在上述实施例中，每个簇中的传感器节点通过计算自身的能力值，进而方便汇聚节点DS根据每个簇中的传感器节点能够担任簇头节点的能力值，选择能力值最大的传感器节点作为簇头节点，保证了整个质量检测装置工作的稳定性。在求解传感器节点的能力值时，不仅考虑了传感器节点自身与汇聚节点DS之间的空间距离、传感器节点与其所在簇内其他传感器节点的空间距离的影响，还考虑了其自身的当前剩余能量值，从而使得簇头节点的选举更加合理科学，也更符合无线传感器网络的实际情况，同时最大限度地延长了无线传感器网络的工作寿命，避免了选择即将失效或已失效的传感器节点作为簇头节点，提高了该质量检测装置采集数据的可靠性。

[0030] 在一个可选地实施方式中，所述汇聚节点周期性地对簇头节点进行检测，判断所述簇头节点是否有能力继续担任簇头节点，当判断结果为所述簇头节点无能力继续担任簇头节点时，则从其所在的簇内选择一个未担任过簇头节点的传感器节点作为一个新的簇头节点，其中，所述的判断簇头节点是否有能力继续担任簇头节点的判断方法是：

[0031] 当 时，和/或， 时，则簇头节点P无能力继续担任簇头节点，反之，簇头节点P可继续担任簇头节点，其中，M为所述簇头节点P所在簇的簇内传感器节点的个数，Enow(m)为在本轮数据传输中，传感器节点m消耗的能量值，Enow(P)为在本轮数据传输中，簇头节点P消耗的能量值，N为所述无线传感器网络中簇头节点的个数，E为本轮数据传输中，该无线传感器网络消耗的总的能量值，Eres(P)为簇头节点P的当前剩余能量值， 为簇头节点P所在簇的平均剩余能量值，

[0032] 由于担任簇头节点的传感器节点相比于其他普通传感器节点而言，会消耗更大的能量，其衰减速率也比较快，因此，需要周期性地对担任簇头节点进行检测，以判断其是否有能力继续担任簇头节点，避免没有能力担任簇头节点过早地死亡而降低无线传感器网络传输数据的可靠性，在上述实施例中，通过采用上述判断方法，一方面通过及时发现能量消耗较大的簇，以便于对该簇进行簇头节点选取，以降低该簇的能量消耗，另一方面当簇头节点的当前剩余能量值小于所在簇的平均剩余能量值时，亦可以对该簇进行簇头节点选取，以改善该无线传感器网络的工作状态，进而延长该无线传感器的使用寿命。

[0033] 在一个可选地实施方式中，所述的从其所在的簇内选择一个未担任过簇头节点的传感器节点作为一个新的簇头节点，具体是：

[0034] 未担任过簇头节点的传感器节点通过计算自身成为新的簇头节点的概率值，并发送至相应的簇头节点，所述簇头节点选择概率值最大的传感器节点作为该簇的新的簇头节点；

[0035] 以簇H为例，假设该簇H内有一个簇头节点和L个传感器节点，其中，L个传感器节点中有a个传感器节点未担任过簇头节点，则对于任意一个未担任过簇头节点的传感器节点Rv而言，其成为新的簇头节点的概率值的计算公式为：

[0036]

[0037] 式中，Y(Rv)表示传感器节点Rv成为新的簇头节点的概率值，d(Rv,DS)为传感器节点Rv与汇聚节点DS之间的空间距离， 表示传感器节点Rv与簇H内剩余传感器节点之间的空间距离(包括与当前簇头节点之间的空间距离)，Eres(Rv)表示传感器节点Rv的当前能量剩余值，E0(Rv)表示传感器节点Rv的初始能量剩余值，Etotal表示簇内所有传感器节点的当前剩余能量值的总和，ω1为人为设定的权重系数。

[0038] 有益效果：当当前簇头节点无能力继续担任簇头节点时，则通过计算该簇内未担任过簇头节点的传感器节点的成为新的簇头节点的概率值，进而选择选择概率值最大的传感器节点作为新的簇头节点，该算法考虑传感器节点与其簇内其他剩余传感器节点的空间距离的影响，还考虑其自身当前剩余能量值，不仅使得当前剩余能量值较大的传感器节点当选为新的簇头节点，而且也保证了数据传播路径的简洁性，降低了进行数据传输时的能量消耗，延长了该无线传感器网络的生命周期，保证了该质量检查装置能够稳定的对桩基状态进行检测。

[0039] 最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。