地铁隧道中的无线传感器网络技术应用

重大土木工程结构（桥梁、高速公路、隧道等）的使用期长达几十年，甚至上百年，环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应等灾害因素的共同作用，将不可避免地导致结构和系统的损伤积累和抗力衰减，极端情况下可能引发灾难性的突发事故。

地铁隧道作为城市重要的交通命脉，其结构健康服役对于城市正常运转至关重要，越来越受到社会的广泛关注。城市地铁隧道结构设计寿命为100年，在此期间受结构材料劣化、服役环境变化、循环振动等内外因素共同作用，城市隧道结构受力状态会发生变化，性能逐步退化。加之我国地铁隧道建设速度迅猛，结构本身难免存在一定程度的施工缺陷，一旦结构损坏不易或不可更换，因此要尽可能延长地下结构的使用寿命，这对城市地铁隧道结构健康服役提出了极高的要求，监测维护工作极其重要。

相对地面结构而言，城市地铁隧道结构的监测维护，由于环境条件和内部列车运行的限制，更加不易进行，利用传感器实时监测并感知诊断结构状态和性能是一种可行的办法。传统的有线监测方式，每台仪器都必须安装电源线和信号线，需承担大量的电缆费用，仪器数量很大时，安装过程烦琐易错，工作量大；传统监测仪器本身只具有测量功能，大量原始数据需传回基站处理，不能做到现场实时反馈。无线传感器网络节点，采用无线通信，可灵活安装在结构任意位置，监测节点可方便地增加或减少，监测网络节点愈多，其无线组网优势愈加明显；节点本身具有计算和存储能力，通过嵌入的程序和算法，可实现对结构健康的智能化监测。(www.xing528.com)

在大型土木工程基础设施上布置智能传感器节点，组成无线传感器网络对其进行监测，可实现结构性能感知的智能化，E.F.John在Science上撰文阐述了具有自感知能力的智能结构是当前的发展趋势。当前，无线传感器网络技术在土木工程结构监测方面的应用已成为一个研究热点，但还远远没有达到成熟应用的阶段，尤其在地铁隧道结构监测中的应用更是刚刚起步。本书对无线传感器网络和传统监测方式进行了比较，介绍了无线传感器网络的研究进展，以及在结构健康监测方面的一些研究和应用实例，总结了无线传感器网络在地铁隧道结构监测中存在的技术挑战，指出了今后的研究方向。