应用研究
地铁隧道无线监控节点布置及优化
许点红部士强唐利敏何斌(同济大学控制系上海201804)
摘要：节点布置对题道结构健康监测十分重要，直接影响监控系统的有效性。节点过密集，将产生允余信息；节点过稀疏，不保证监测信息的完整性即最优节点市置是通过最少的节点获取最大的感知信息。本文利用有限元软件ANSYS构建地铁避道模型,划分网格进行模态分析,基于有效独立法算法计算节点布置位置;对已得节点布置方案遗行空间概率相关性分析，函节点炸诺图(Voronoi Diagrams)判斯节点是否完余。
关键词地铁隧道结构健准监测传感器布置有效独立法空间相关性维诺图
中图分类号：TP212.9
文献标识码:A
地铁隧道结构的健康维护十分重要，但人工检测成本高。利用无线传感器网络(WSNs)在地铁隧道部署温湿度、倾角、裂缝等传感器，效率高成本低。WSNs的结构健康监测(SHM)已得到广泛应用：金门大桥环境监测，Streicker桥结构结构监测；Jindo桥Imote2智能传感网络，WSNs的SHM有较多优势：成本低，网络扩展性强、易安装部署、可靠性强。节点的优化布置算法主要有：有效独立法(EI)。 MAC法，能量法，QR分解法和遗传算法等。
本文主要研究最优监测点感知最有价值结构信息，用最少的传感器节点获取最大信息，基于有效独立法进行节点布置。通过有限元ANSYS构建地铁隧道模型和对模型进行模态分析获取较优的节
点布置方案对已得到的节点布置方案进行优化分析。 1隧道运动模型和有效独立法节点布置
建立地铁隧道运动方程：
Mg"+D.g'+Kq=F y=Caq+C.q+Df
建立有限元模型建立目标模态矩阵中
+
形成Fisher信息矩阵Q 构造观测矩阵E
结束主是满足节点布置数目
删除矩阵E最小对角元素
图1有效独立法流程图图2衬砌结构模型振型
收稿日期：201601-27
香
(1)
文章编号：1007-9416(2016)03-0098-02
式中，q为n×1自由度的位移，M是n×n质量对称正定矩阵； D-是阻尼矩阵，K是n×n刚度对称正定矩阵，y是m×1的测量数量，C是输出位移矩阵，C,是输出速度矩阵,D是动力输出，f是r×1 控制力向量，r为传感器数量，F为×1的总负载向量有外部作用力 F,和控制力F。：
F= F, +F, = ef(t) +bu(t) = Bf
(2)
B是输人为传感器位置矩阵。w频率，中为振型向量，方程解的矩阵形式由特征频率和固有频率组成：
图3节点有效作用域图4地铁隧道监控系统图
作者篇介：计许点红(1990一),女，汉族，江苏连云港人,颈士研究生，同济大学控制系，主要研究方向：无线传感网。