本發(fā)明涉及基坑監(jiān)測(cè)，具體涉及自修復(fù)式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

1、隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，建筑結(jié)構(gòu)不斷走向大型化和復(fù)雜化，對(duì)建筑基坑的安全性提出了更高要求。盡管基坑施工安全與質(zhì)量在我國(guó)得到廣泛重視，但由于工程復(fù)雜性，基坑工程的施工事故時(shí)有發(fā)生。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，如公開號(hào)為cn117073559a的中國(guó)專利申請(qǐng)公開了一種基于機(jī)器視覺的基坑變形監(jiān)測(cè)方法與系統(tǒng)。該方法采用雙目監(jiān)測(cè)主機(jī)和定位相機(jī)相結(jié)合的方式，通過定位相機(jī)解決雙目監(jiān)測(cè)主機(jī)位姿擾動(dòng)問題，通過在視為剛體的靶標(biāo)立桿上設(shè)置主靶標(biāo)和定位靶標(biāo)，解決主靶標(biāo)位移與實(shí)際基坑位移偏差的問題。雖然該技術(shù)在一定程度上提高了監(jiān)測(cè)精度和穩(wěn)定性，但仍存在以下不足：

3、1.系統(tǒng)存在單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)，任一關(guān)鍵設(shè)備故障將導(dǎo)致整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)失效，缺乏冗余備份機(jī)制；

4、2.能源管理效率低，靶標(biāo)設(shè)備采用蓄電池供電，電池壽命有限，需頻繁更換電池或充電，增加維護(hù)成本和停機(jī)時(shí)間；

5、3.通信可靠性不足，僅依賴單一4g通信方式，在信號(hào)不穩(wěn)定區(qū)域易導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷；

6、4.數(shù)據(jù)完整性保障機(jī)制欠缺，設(shè)備故障或通信中斷導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失時(shí)無法恢復(fù)，缺乏數(shù)據(jù)重構(gòu)和補(bǔ)償算法；

7、5.系統(tǒng)智能化程度低，無法根據(jù)環(huán)境條件自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測(cè)參數(shù)，缺乏對(duì)設(shè)備健康狀態(tài)的主動(dòng)監(jiān)測(cè)和預(yù)警；

8、6.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定，一旦部署難以調(diào)整，無法根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件變化重構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)。

9、因此，亟需一種具備自修復(fù)能力、可靠性高、智能化程度高的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供自修復(fù)式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)、能源管理效率低、通信可靠性不足、數(shù)據(jù)完整性保障機(jī)制欠缺等技術(shù)問題。

2、本發(fā)明提出了自修復(fù)式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基坑監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

3、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集基坑監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的位移數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)；

4、自診斷處理模塊，與所述多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集模塊通信連接，用于對(duì)所述多源異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、異常檢測(cè)和健康度評(píng)估；

5、預(yù)測(cè)性故障管理模塊，與所述自診斷處理模塊通信連接，用于基于所述健康度評(píng)估結(jié)果預(yù)測(cè)設(shè)備故障和生成數(shù)據(jù)重構(gòu)策略；

6、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K，與所述預(yù)測(cè)性故障管理模塊通信連接，用于根據(jù)所述設(shè)備故障預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；以及

7、智能資源調(diào)度模塊，分別與所述預(yù)測(cè)性故障管理模塊和所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K通信連接，用于基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化系統(tǒng)資源分配，根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整和所述數(shù)據(jù)重構(gòu)策略執(zhí)行節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配、通信功率控制和采樣頻率調(diào)整。

8、作為優(yōu)選，所述多源異構(gòu)數(shù)據(jù)采集模塊包括：

9、位移傳感單元，用于采集基坑特征點(diǎn)的位移數(shù)據(jù)；

10、環(huán)境參數(shù)采集單元，用于采集溫度、濕度、氣壓和光照強(qiáng)度；

11、結(jié)構(gòu)應(yīng)力采集單元，用于采集振動(dòng)和應(yīng)變數(shù)據(jù)；以及

12、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對(duì)所述位移數(shù)據(jù)、所述環(huán)境參數(shù)和所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、降噪和標(biāo)準(zhǔn)化處理。

13、作為優(yōu)選，所述自診斷處理模塊包括：

14、硬件自檢單元，用于監(jiān)測(cè)傳感器校準(zhǔn)狀態(tài)、通信鏈路質(zhì)量和電源狀態(tài)；

15、健康度計(jì)算單元，用于基于多維健康指標(biāo)和服役時(shí)長(zhǎng)衰減因子生成健康度評(píng)分；以及

16、異常檢測(cè)單元，用于基于自適應(yīng)閾值算法和isolation?forest方法檢測(cè)數(shù)據(jù)異常。

17、作為優(yōu)選，所述健康度計(jì)算單元通過以下公式計(jì)算節(jié)點(diǎn)健康度：

18、h＝(∑(wi·si))·(1-αd),

19、其中，h為節(jié)點(diǎn)健康度，wi為各維度健康指標(biāo)權(quán)重，si為各維度得分，d為服役時(shí)長(zhǎng)衰減因子，α為可調(diào)參數(shù)，取值范圍為0.05-0.15。

20、作為優(yōu)選，所述預(yù)測(cè)性故障管理模塊包括：

21、故障預(yù)測(cè)單元，用于基于transformer架構(gòu)的時(shí)序預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)生成未來健康度軌跡和故障概率；

22、知識(shí)蒸餾單元，用于將云端訓(xùn)練的復(fù)雜模型轉(zhuǎn)換為適合邊緣部署的輕量級(jí)模型；以及

23、數(shù)據(jù)重構(gòu)單元，用于基于空間相關(guān)性建模和多變量時(shí)空張量分解算法重建缺失數(shù)據(jù)。

24、作為優(yōu)選，所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔芾砟K包括：

25、拓?fù)涓兄獑卧糜诨阪溌焚|(zhì)量評(píng)估矩陣和節(jié)點(diǎn)關(guān)鍵度計(jì)算發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

26、動(dòng)態(tài)拓?fù)鋬?yōu)化單元，用于基于節(jié)點(diǎn)健康度和鏈路質(zhì)量生成優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞桨福灰约?/p>

27、拓?fù)溥w移執(zhí)行單元，用于通過雙階段提交機(jī)制實(shí)現(xiàn)無縫拓?fù)淝袚Q。

28、作為優(yōu)選，所述智能資源調(diào)度模塊包括：

29、資源狀態(tài)感知單元，用于監(jiān)控計(jì)算資源、通信資源和能源資源狀態(tài)；

30、多目標(biāo)資源優(yōu)化單元，用于基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)生成資源調(diào)度策略；以及

31、自優(yōu)化執(zhí)行單元，用于通過分層調(diào)度機(jī)制和自適應(yīng)控制回路執(zhí)行資源分配決策。

32、作為優(yōu)選，所述資源調(diào)度策略包括采樣頻率控制、計(jì)算任務(wù)分配、通信功率控制和休眠調(diào)度，通過多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)平衡監(jiān)測(cè)精度、能源效率和系統(tǒng)壽命。

33、作為優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)重構(gòu)單元生成的重構(gòu)數(shù)據(jù)通過貝葉斯推理引擎施加位移連續(xù)性和最大變形率約束，確保重構(gòu)數(shù)據(jù)符合物理規(guī)律。

34、自修復(fù)式無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基坑監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟：

35、采集基坑監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的位移數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)；

36、對(duì)所述位移數(shù)據(jù)、所述環(huán)境參數(shù)和所述結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、異常檢測(cè)和健康度評(píng)估；

37、基于所述健康度評(píng)估結(jié)果預(yù)測(cè)設(shè)備故障和生成數(shù)據(jù)重構(gòu)策略；

38、根據(jù)所述設(shè)備故障預(yù)測(cè)結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；以及

39、基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法優(yōu)化系統(tǒng)資源分配，根據(jù)所述網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)調(diào)整和所述數(shù)據(jù)重構(gòu)策略執(zhí)行節(jié)點(diǎn)任務(wù)分配、通信功率控制和采樣頻率調(diào)整。

40、本發(fā)明的有益效果包括：

41、1.通過多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合與預(yù)處理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了多維度信息采集與分析，增強(qiáng)了系統(tǒng)感知能力，位移監(jiān)測(cè)精度從傳統(tǒng)的±2mm提升至±0.5mm；

42、2.采用層級(jí)健康度評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)，為故障預(yù)測(cè)和主動(dòng)維護(hù)提供了基礎(chǔ)；

43、3.引入預(yù)測(cè)性故障管理與數(shù)據(jù)重構(gòu)框架，能夠提前3小時(shí)預(yù)測(cè)設(shè)備故障并自動(dòng)采取應(yīng)對(duì)措施，確保數(shù)據(jù)完整率達(dá)99.9％；

44、4.構(gòu)建自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲貥?gòu)機(jī)制，使系統(tǒng)能夠動(dòng)態(tài)調(diào)整通信結(jié)構(gòu)，有效提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和抗干擾能力；

45、5.采用智能資源調(diào)度與自優(yōu)化系統(tǒng)，基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)方法持續(xù)優(yōu)化資源分配，節(jié)點(diǎn)平均功耗降低40％，電池壽命延長(zhǎng)65％；

46、6.整體系統(tǒng)連續(xù)工作能力從傳統(tǒng)方案的85％提升至99.7％，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)頻次降低68％，全生命周期總擁有成本降低35％。