基于无线传感网络与主体协作的大型结构损伤辨识研究

Large structural damage identification method is a research focus in engineering and academic study at present. but it was suppressed by the bottleneck issue of large scale integrated. In view of the characteristics of actual engineering structure which is increasingly complex and huge, and more and more high requirements of intelligent and reliability, the necessity of distributed sensor networks is analyzed for damage identification of large engineering structure.On the basis of previous research, multi-agent cooperation technology is researched to effectively coordinate, manage sensing network resources, and information fusion mechanism is researched for wireless sensor network to realize the comprehensive processing of measurement data, to effectively using sensor network with limited bandwidth and energy to obtain more information than a single intelligent sensor nodes. After all kinds of damage of actual engineering structure is mechanics modeled, the distributed sensor network is arranged in a structure with local sensor information processing capacity.The mobile agent collaboration technology is proposed to the distributed sensing information of flexibly and effectively fusion, and to the reliable fusion of different types of damage assessment method for the whole structure damage effective identification.The whole system has high adaptability, flexibility and high ability of solving problems.It will provide theoretical support and technical support for the application of large structural damage identification.

大型结构损伤辨识方法是目前工程界和学术界研究的热点之一，但大范围集成的问题是制约其实用化的瓶颈。针对实际工程结构日益复杂、庞大，对智能化、可靠性要求越来越高的特点，分析了对实际大型工程结构进行损伤辨识时实现分布式传感网络的必要性。在前期研究的基础上，深入研究多主体协作技术以有效协调、管理传感网络资源，并深入研究适于无线传感网络的信息融合机制实现对测量数据的综合处理，以有效利用传感网络有限的带宽和能量获得比单一智能传感器节点所感知的更多信息。对实际工程结构的各种损伤进行力学建模后，在结构上布置具有局部信息处理能力的传感器构成分布式传感器网络。提出采用移动主体协作技术灵活有效地融合分散的、分布的传感信息，可靠地融合不同种类的损伤评估方法对整个结构损伤进行有效的辨识。整个系统具有高效的自适应性、灵活性和高度的问题求解能力，为大型结构损伤辨识的实用化提供了理论支持和技术支撑。

结构损伤辨识方法是结构健康监测的重要内容，面临较为恶劣的使用环境，对结构的损伤辨识与故障监测也提出了更加严格的要求。如何针对这些工程结构的特点，利用现代科学技术，进行有效的科学监测和评估管理，对于防灾减灾、确保其安全运营，具有重大的理论意义和工程指导意义。.本项目针对实际结构日益大型、复杂、智能化、可靠性要求高的特点，提出采用移动主体协作技术到系统中，研究基于多主体协作的分布式结构损伤辨识方法。针对大型结构损伤，把大型结构分成若干子系统进行研究，在每个子系统内，按照不同功能可划分定义不同类型的主体类型，布置带有微处理器，具有局部信息处理能力的传感器构成分布式传感网络。研究网络节点在损伤辨识时的相互协调、协作机制，以充分、高效地利用所有系统资源，提高系统运行速度、鲁棒性和损伤识别的可靠性。研究基于多主体协作技术的分布式结构损伤辨识系统的整体性质，包括系统的结构和组织、主体间如何作用及通信。研究主体间的通信语言、通信协议，主体间的协调、协作及协商机制，通过主体间有效的协作融合不同类的分布式传感器信息，融合不同类的损伤评估方法，管理、协调分布式传感网络，对结构损伤有效的辨识。.研究移动主体协作在分布式结构损伤辨识中的实现。针对大型结构，提出一种基于无线传感网络和移动agent 技术的分布式损伤监控系统。系统利用无线传感器节点采集相关信号，实现并行的分布式信息采集与处理，安装布置简便; 将移动agent 应用于无线传感网络以解决异构系统间协作、协调及信息融合，有效降低了冗余数据的传输及节点能耗，提高了主体安全性，提高系统的自适应能力，实现信息分布式融合，实时满足用户需求等功能。.另外还研究无线传感节点优化布置问题。由于大型结构的可测自由度较多，而实践中由于所布置的测点数受成本等因素的限制要远小于结构的自由度数，需要对有限的传感器进行优化配置，确定合理的、能反映测试要求的传感器数量及配置位置。由于遗传算法是基于概率的仿生算法，不易陷入局部最优解。针对大型结构损伤辨识中传感器优化配置问题，提出基于有限元仿真技术和仿生算法相结合的传感器优化配置准则，初步利用有限元分析软件给出一组传感器位置，然后采用改进遗传算法对剩余的传感器的位置进行组合优化。