土木工程论文如何将无线网络运用到土木工程中来

　　摘要：土木工程需要解决的根本问题是工程的安全，使结构能够抵抗各种自然或人为的作用力。任何一个工程结构都要承受自身重量，以及承受使用荷载和风力的作用，湿度变化也会对土木工程结构产生力作用。在地震区，土木工程结构还应考虑抵御地震作用。此外，爆炸、振动等人为作用对土木工程的影响也不能忽赂。土木工程是个系统工程，涉及方方面面的知识和技术，是运用多种工程技术进行勘测、设计、施工的成果。土木工程随着社会科学技术和管理水平而发展，是技术、经济、艺术统一的历史见证。影响土木工程的因素既多又复杂，使得土木工程对实践的依赖性很强。

　　关键词：土木工程,工程建设,土木论文刊发

　　随着科学技术的进步和工程实践的发展，土木工程这个学科也已发展成为内涵广泛、门类众多、结构复杂的综合体系。例如，就土木工程所建造的工程设施所具有的使用功能而言，有的供生息居住之用，以至作为“入土为安”的坟墓;有的作为生产活动的场所;有的用于陆海空交通运输;有的用于水利事业;有的作为信息传输的工具;有的作为能源传输的手段等等。这就要求土木工程综合运用各种物质条件，以满足多种多样的需求。土木工程已发展出许多分支，如房屋工程、铁路工程、道路工程、飞机场工程、桥梁工程、隧道及地下工程、特种工程结构、给水和排水工程、城市供热供燃气工程、港口工程、水利工程等学科。其中有些分支，例如水利工程，由于自身工程对象的不断增多以及专门科学技术的发展，也已从土木工程中分化出来成为独立的学科体系，但是它们在很大程度上仍具有土木工程的共性。

　　1、绪论

　　1.1前言

　　在人类进入电子信息时代以后，社会的发展速度达到了空前的地步。在机器的帮助下，生产力提高了几十倍，人与人之间的距离也开始大跨步的缩短。从上个世纪80年代以来，在电子技术和计算机技术迅速发展的推动下，无线通信和网络技术也获得了长足的发展。在日常生活工作中，因为无线网络的方便而显得越来越重要。从公共安全、生态环境、应急指挥、智能交通到工农业、军事、国防等诸多方面领域有着广泛的应用。在现有的无线传感器网络中，ZigBee技术发展发展尤为迅速。ZigBee这个名词是来源于蜜蜂的舞蹈，蜜蜂在飞行过程中会不停的出现219与Zag的图像来交换它们之间的各种信息，它们身材较小，数量众多，形成的网络庞大，而自己需要的食物非常少。这正是ZigBee技术的主要特点:结构小巧简单、组网灵活多样、低成本、低功耗。具有非常大使用价值和十分广阔的应用前景。

　　1.2课题背景

　　本课题是在西安建筑科技大学智能建筑研究实验室与土木工程结构实验室共同支持的自选研究课题。在土木结构状态检测中，传统的方法都是建立在庞大的有线网络的基础上。这中方法不仅有烦琐的布线烦恼，而且在电缆的用量上也是相当的惊人，也是整体造价比较高的一个重要原因，尤其是在越来越高的摩天大楼和跨度越来越长的大桥上。并且随着时间的流逝，电缆的老化，传输的速率与准确率也会有影响，而且在外界风荷载等作用，线缆的摆动会严重影响到检测精度。如果发生地震等灾害，电缆受损，检修整个系统将会是一件非常庞大的工程。在这样的背景下，我们提出用无线网络传感器技术对土木结构状态进行检测。这样我们省去了布线的环节，也大大降低的造价成本，并且在日常检修或着在灾后重建网络中也简化了大量工作。更重要的是在安装与检修的时候，不会对土木建筑造成任何损伤。相信在未来的土木工程结构状态检测中，无线传感器网络的大量应用肯定是人们的首选也是发展的必然趋势。

　　2、ZIGBEE技术及协议

　　2.121GBEE技术概述

　　Bee是蜜蜂的意思，而219则是蜜蜂在空中飞舞时的一个大体轨迹，从而互相交流并传递信息。蜜蜂的特点就是体积小、数量多、能量消耗少、蜂群所形成的网络庞大而且非常灵活，它正好吻合了ZigBee无线传感器网络得一些基本特征，这也是ZigBee这个名词的来源。ZigBee联盟成立于2001年8月，其主要目标是以通过融入无线传感器网络功能，为消费者提供更富弹性、更方便使用的电子产品，建立初期主要成员有美国摩托罗拉公司、日本三菱公司、荷兰飞利浦公司和英国Invensys公司。目前在这四大公司的倡导下，全球已超过160家公司加入该联盟，中国华为公司也在其中。近些年，中国也成立了自己的ZigBee联盟，目前正处在蓬勃的发展当中。ZigBee技术的工作频段分为3个;美国主要使用915MHz，欧洲是865MHz，而2.4GHz频段在全球都可以使用。三个频段都是免费频段，其传输速率分别为4Okbit/s、20kbit/s和250kbit/s。单个节点理论传输距离可达100米，但是可以通过多跳来实现远距离信息传输。理论上一个协调器可连接255个节点，而整个网络按三级网络结构拓扑的话，最多可以连接65000个网络节点。

　　2.1.1zigBee技术的基本特点

　　ZigBee技术实现的是低成本、短距离、小吞吐量、低功耗、低速率、高安全性的传输方式，在远程监控等领域有着广泛的应用，同时终端节点可以搭载各类传感器，并可实现远程定位功能。根据实际情况既可以人为控制网络结构，也可以自由灵活组网，网络形式多样，结构简单，加上造价成本低廉，非常适合在环境恶劣，无人进入的环境中工作。同时，ZigBee技术的出现也填补了低速率的无线传感器网络的空白，丰富了无线传输技术的内容。

　　(1)低功耗。网络节点全部采用干电池供电，一般情况下两节五号电池就可以让一个节点工作数月，如果节点是精简功能节点，定时休眠与唤醒，则两年时间可以不用更换电池。相比其他现有无线传感器的功耗，如蓝牙一次充电可以工作几周，而Wi一Fi只有数小时，ZigBee技术的这个特点尤为突出。

　　(2)低速率。根据协议规定的三个无线频段，ZigBee技术也有三个传输速率，分别是Zokbit/s、40kbit/S和250kbit/S，适合在小吞吐量的网络中工作，同时也为低功耗的特性奠定了基础。

　　(3)低成本。传统几种无线网络传感器的造价都相对比较高，如果大规模的应用节点来组网通信，其综合成本

　　可能会高于项目本身的利润，从而失去意义。而ZigBee模块的价格大约是其他模块的十分之一，随着技术的成熟，其造价肯能会更低，外加协议和2.4GHz频段免费，使其大规模组网成为现实。

　　(4)短距离。短距离传输只是相对而言，两个终端节点的通信距离一般在100米之内，但是可以通过利用网络中的路由节点来完成多跳传输，使数据传输距离在理论上可以达到无限远。

　　(5)短延时。为了节约能量，ZigBee的一些终端节点被定义为精简功能节点，定时工作，而其余时间都处于休眠状态。而从休眠状态转入工作状态，再到加入网络整个过程只需要45ms左右。相比较，其他无线节点都需要几秒钟的时间来唤醒。

　　(6)高容量。ZigBee无线网络组网非常灵活，根据实际需要可以组成星型、树形和环型(网状)网络。网络分为三级，分别为网络协调器，路由器和网络终端节点，一个网络协调器可以连接255个路由器，每个路由器也可以连接255个节点，所以理论上讲每个网络可以包括65000个节点。如果再加上网络协调器之间的连接，整个网络中的节点数目将会是一个非常庞大的数字。

　　(7)安全性。21ghee技术根据实际情况采用了3级安全模式和4种安全服务，第一级为无安全设定;第二级是通过使用访问控制列表(ACL)来防止非法获取数据;第三级是高级安全模式，可以使用4中安全服务:访问控制、数据加密、帧完整性检测和序号刷新。

　　(8)稳定性。由于网络组网形式多样，数据传输采用多跳方式，不会由于一个或几个网络节点瘫痪或脱网而造成数据丢失，从而保证了整个网络和数据传输的良好稳定性。

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