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T／CCES 17-2020 基础设施无线传感网络监测技术规程(完整正版、清晰无水印).pdf

基础设施无线传感网络监测技术规程

术语、符号与参考标准 39 2. 1 术语 39 基本规定· 41 监测内容、方法与要求 42 无线传感网络监测系统.· 43 5. 1 一般规定 43 5. 2 系统组成· 43 5. 3 传感选型. 46 5. 4 数据信息 46 5.5 无线网络构建 47 5.7 系统供电 5. 8 服务器· 48 5.9 系统软件平台 49 5. 10 设备与系统要求 49 系统现场安装 50 6.3 无线支点安装 50 地下基础设施无线传感网络监测 51 7. 1 一般规定 51 7. 2 隧道工程 51 7. 3 综合管廊工程 52 7. 4 基坑工程 53 地上基础设施无线传感网络监测 54 8. 1 般规定 54 8. 2 桥梁工程 54 8. 3 边坡工程

术语、符号与参考标准 39 2. 1 术语 39 基本规定· 41 监测内容、方法与要求 42 无线传感网络监测系统.· 43 5. 1 一般规定 43 5. 2 系统组成· 43 5. 3 传感选型. 5. 4 数据信息 46 5.5 无线网络构建 47 5.7 系统供电 : 47 5. 8 服务器· 48 5.9 系统软件平台 49 5. 10 设备与系统要求 49 系统现场安装 50 6.3 无线支点安装 50 地下基础设施无线传感网络监测 51 7. 1 一般规定 51 7. 2 隧道工程 51 7.3 综合管廊工程 52 7. 4 基坑工程 53 地上基础设施无线传感网络监测 · 54 8. 1 般规定 54 8. 2 桥梁工程 54 8. 3 边坡工程 55

GB／T 39383-2020 埋地用无压热塑性塑料管道系统 弹性密封圈接头的密封性能试验方法.pdf8.4路基与场道工程

系统运行及维护 57 9.2系统运行分析·. 57 9.3系统维护 57

2术语、符号与参考标准

2.1.2无线传感网络，文名无线传感网状网络，是新一代嵌入 式无线通信协议，是一种分布式传感网络，它的末梢是感知和检 查外部世界的传感器。无线传感网络中的传感器通过无线方式通 信，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。 2.1.3无线支点包含中央处理模块、无线模块、供电模块，并 具备工业级别防护与防火阻燃设计。无线支点包含无线传感支 点、无线采集支点、无线可视化支点与无线中继支点等类型 支点。

2.1.2无线传感网络，又名无线传感网状网络，是新一代嵌人

式无线通信协议，是一种分布式传感网络，它的末梢是感知和检 查外部世界的传感器。无线传感网络中的传感器通过无线方式通 信，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络

具备工业级别防护与防火阻燃设计。无线支点包含无线传感 点、无线采集支点、无线可视化支点与无线中继支点等类 支点。

2.1.4无线传感支点是在无线支点的构架下增加感知模

内置非接触式、微机电系统（MEMS）型传感器，如：倾角、 速度、磁力、激光测距、温度等。

2.1.5无线采集支点是在无线支点的构架下增加数据采集模块

对外接的一个或多个特定输出信号的传感器进行相应的高精度 号采集。由于测量原理的因素，此类传感器一般外置于支点 体外。

2.1.6无线可视化支点是在无线支点的构架下增加支点数据

2.1.6无线可视化支点是在无线支点的构架下增加支点

断模块和报警模块，一般应用于施工现场、作业断面等施工人 频繁进入的潜在高风险作业区域。无线可视化支点不依赖于第 方公共网络，而是直接对于匹配支点发出的实时信息进行现 报警

等方式反馈系统级别的报警

等方式反馈系统级别的报警。

数据解析与处理模块、对外通信模块，并具备工业级别防护与防

火阻燃设计。可支持不同协议之间的转换，实现无线传感网络协 议与其他现有通信协议之间的互联

包含星状拓扑、树状拓扑，线状拓扑等复杂且动态自适应的网络 组网结构。通过每周期自发的动态自组网，形成高可靠度、低功 耗、高效的传感器数据通信传输网络。

外一方将数据进行延续传输的统称。无线中继支点，可在无线 点的构架下强化中继功能，能够携带更多子支点，拥有更多中 时间将数据转发，将无线传感网络信号覆盖的空白区域填补。

个其他支点的协助，实现连续中继，直至信息送达网关。如果 个支点通过N个支点（含自身）的中继到达网关，就是N个 中继跳数，或简称为N层中继，或N跳。协助中继的支点， 般称为“父支点”，被协助中继的支点，一般称为“子支点”

2.1.13在无线传感网络系统中，支点与支点之间、支点与网

之间，均是通过一个统一的无线通信频段，进行信息互通。道 设备要严格使用ISM国际通用频段。常用于无线传感网络体系 频段为433MHz、868MHz、915MHz以及2.4GHz。

对该网络中入网功率门限值进行对应的调整，通过远程实现网状 网络拓扑的优化能力。

继时间长度变化。中继时间越长，则每个周期内所协助的支点数 量越大。当无线传感网络中出现了拥堵情况，如多个子支点通过 个父支点进行数据中继，通过远程指令加长网络中的中继持续 时间，让网络中的支点拥有更多时间协助自身或子支点进行数据 发送，继而缓解数据拥堵，实现网络中的临时优化

3.0.1无线传感网络具备自组网功能是为了满足在系统构建过 程中实现网络传输的优化。当环境发生变化时，能够通过网络自 适应性或在局部增加支点方式，快速重新组建网络，减少调试 工作。

3.0.2由于无线传感网络监测支点

用中，如有一定植被的山坡、在建隧道开挖面、运营隧道中和 筑结构顶部等位置，因此低功耗是保障系统最大自由度下最小 积运行的重要指标。无线支点功耗是指包含自组网络、传感器 电、数据采集、存储、传输、休眠全周期下的总体平均功耗

3.0.3在最差环境条件下，数据整体的无法恢复的丢失率为每

1系统中各个设备具备正常的工作条件，如支点电池供 正常，天线完好，支点没有被人为关闭或移除，网关对远端服 器通信正常，服务器端数据接收、数据解析正常： 2周边环境没有出现长期性、永久性变化使得无线信号 法通过自身或中继绕行或穿越，

为数据传输“接力”站，该要求尽可能少地增加额外的中继支 点，从而减少中继支点安装和优化网络。同时，中继跳数还可保 证网络在单条数据链路上的最远可达距离下数据传输的范围和 质量。

4.0.5环境及效应监测可包括温度、风及风致响应监测。温度 监测结果要与变形、应变监测结果进行对比分析，风及风致响应 监测可考虑结合结构特点设置相应的预警值。 4.0.12静态监测量是变化频率低于1次/min的监测量，如变 形、应力等，动态监测量是变化频率高于1次/min的监测量， 如加速度等。

5无线传感网络监测系统

图1无线传感网络基本架构

5. 2.1 系统传感层要根据不同传感需求兼容不同传感器，并要

10报表设置、自动生成与发送

5.3.2支点自重不含外接供电单元、支架或外接传感器的重量： 智能网关自重不含外接供电单元、支架的重量。 5.3.4倾斜角传感器包含单轴和双轴倾斜角传感器，加速度传 感器包含单轴、双轴和三轴加速度传感器，磁力传感器包含单 轴、双轴和三轴磁力传感器

1电流式（4mA~20mA或0~20mA），如风速、风向等气 象传感器： 2电压式（1V~5V或0~5V），如红外温度、土壤湿度 噪声等环境传感器或微机电系统（MEMS）类型传感器； 3电容式，如电容式静力水准仪； 4电阻式，如120Q应变计； 5频率式，如 400Hz~6000Hz振弦式传感器系列

5.4.3监测传感信息即监测内容参数，不同支点包含不同的 感参数。

5.4.6远程指令需要满足下列要

1 调整监测频率； 2 调整无线频率； 3 调整系统数据回传时间，以配合其他对接产品实现低功 耗对接功能； 4调整支点入网门限，可对无线传感网络（WSN）中入网 功率门限值进行调整，实现远程的网络优化能力； 5调整中继时间，根据网络中的拥堵情况，可远程调整网 中的数据中继时间，缓解系统中的数据拥堵情况，实现网络中 的临时优化，

远程系统指令统一格式一般为： 标识符，指令发送给的对象，如序列号（SN）； 起始符； 指令代号； 指令长度一般不大于100字节； 指令内容； 校验位CRC一般为2字节; 结尾符。

1精密电流表：如Keysight34401AMultimiter; 1）测量电流精度优于1μA； 2）展示测量数据，进行最大、最小、平均电流功耗计算 并具备数据导出与保存功能。 2高精度直流稳压源，用于模拟电池输人，如Aten APS3005DPowerSupply。最大输出电流要满足设备的峰值电流的 3倍以上。考虑到电池自身放电。电池后期余电无法充分放尽 以及电池所处的实际测量环境，m取值为40%~50%。

5.7.1系统供电对象包括无线传感网络监测系统中的无线网关 和无线支点等设备，主要采用电池供电。 5.7.3将所在监测环境中所捕捉到的太阳能、风能、热差能 振动能、电磁能转化为电能，并充人超级电容。当电量累积到 定程度后，再由超级电容对设备中所携带的可充电电池充电。 般符合下列规定： 1可充电电池一般需满足： 1）容量不小于5Ah，输出电压10.0V~16.0V 2）在不充电情况下，支持设备工作连续工作，监测频率

为1次/h时工作30d以上; 3）电池内部要有过充、过放、过载保护以及电子短路保 护与防反接保护。 2太阳能控制器要有过充、过放、过载保护以及电子短路 保护与防反接保护，保护负载端（设备）以及可充电电池单元。 3太阳能电池板一般满足： 1）不小于10W： 2）夏季晴朗天气宜在5h～6h内完成充电，此时间段内要 支持无线网关在最高监测频率下正常工作； 3）具备防反接保护

5.8.3服务器一般具备下列功能

1在数据收集阶段要保存相关日志，以免因程序错误造成 的数据丢失，日志中要有数据接收时间、数据接收来源和数据本 身信息； 2根据不同的需求一般将数据解析为可视化信息并保存； 3对于各类数据一般按类按时间进行归类管理： 4具备外来数据的兼容能力。 5.8.4 服务器对外数据接口和文件规则一般包含下列内容： 1 在软件平台上可查看数据； 2 系统提供商服务器与客户数据服务器之间可进行数据文 本同步； 3 系统提供商服务器与客户数据库之间可进行数据库数据 同步； 4文件规则： 1）数据要以.txt或.csv文件方式储存； 2）每条数据要占一行； 3）数据中各字段间，一般以逗号“，”作为分隔符； 4）数据要包含所有信息：

5）数据一般包含每个字段的抬头描述

5.9.2系统软件平台要具备下列功自

5. 9 系统软件平台

1平台对内接入接口可允许平台调用来自非自身数据源的 数据进行显示，接口要使用当前通用接口方式； 2平台对外接人接口在保证数据安全的前提下，一般满足 数据输出、面输出需求，且要使用当前通用接口方式； 3平台要使用安全性较高的访问方式，保证数据不会互串 干扰，且平台一般在1s~3s（含）内响应操作。

5.10设备与系统要求

5.10.1现行国家标准《轨道交通电磁兼容第4部分：信号 通信设备的发射与抗扰度》GB/T24338.5做了相关规定。

6.3.2应力/应变传感支点要与监测对象受力方向一致：位移变 形传感支点要与位移变化方向一致：倾角传感支点要与角度变化 方向一致；裂缝传感支点要与裂缝长度、宽度和深度等的变化 致：振动传感支点要与振动测量方向一致。

7地下基础设施无线传感网络监测

7.1.1基坑工程作为基础设施重要的分部工程，可被应用于隧 道工程、综合管廊工程、桥梁工程以及其他基础设施建设过程 中。考虑其广泛适用性，单独对其无线传感网络监测技术应用进 行规定。

可提高监测频率至2次/h~4次/h，以发挥无线感知实时监测 势。关键位置一般可考虑隧道工程结构形式突变、围岩条件 杂、结构设计变化等断面与部位。关键建设期一般可对应关键 置施工步序时间周期。

7.1.4运营期隧道无线监测具有取代常规人工日常巡检的优势，

可综合考虑环境、功耗等因素确定监测频率。监测频率逐年 少，但要求不低于1次/d

配合工程抢险及时增设无线传感网络监测系统，如相应位置已 无线监测系统，要针对结构和事故特征，加密测点、提高监测 率或增加监测内容

7.1.6国家现行标准《城市轨道交通工程监测技术规范》C 50911、《城市综合管廊工程技术规范》CB50838、《建筑基坑 程监测技术标准》GB50497、《公路隧道施工技术规范》JTG 3660、《铁路隧道监控量测技术规程》Q/CR9218中对动力学 数监测频率做了要求。

7. 2. 1、7. 2. 2 国家现行标准《城市轨道交通工程监测技术规

7. 2. 1、7. 2. 2[

范》GB50911、《公路隧道施工技术规范》JTG/T3660、《铁路 隧道监控量测技术规程》Q/CR9218中对隧道无线监测内容、断 面选取、测点布设做了要求。

7.2.4无线倾角传感器可监测盾构隧道管片或衬砌变形，并可

7.2.4无线倾角传感器可监测盾构隧道管片或衬砌变形，并 通过式（7.2.6）计算盾构隧道收敛变形，监测断面尽量与传 监测断面布设要求重合，以进行验证比对。

7.2.5传感器布设位置原则上需充分反映结构变形或受力状

关键位置要考虑隧道工程结构形式突变、围岩条件复杂、结 计变化等断面与部位。传感器断面一般布设在监测环宽中线 置，避免环间接头螺栓、手孔的影响。

构表面，需注意落石、崩岩造成大线折断、接线毁损等破坏， 好警示标志与保护罩等防护措施；部分传感器利用激光量测结 变形，需注意灰尘影响，粘贴防尘罩等

加强监测，充分利用无线传感网络监测系统其无线、方便拆阴 装等特点。移动式布设原则为可随隧道掌子面推进而移动布设 测断面，降低成本。

7.2.10隧道工程在瓦斯赋存区段施工时，采用无线监

瓦斯浓度监测，需考虑瓦斯浓度的空间分布不均匀性，布设位 般不少于2处，具体可根据掌子面暴露围岩产状特征考虑

7.3.1现行国家标准《城市综合管廊工程技术规范》GB50838 以及《工程测量规范》GB50026对综合管廊监测断面布设做了 泪关要求，《建筑基坑工程监测技术标准》GB50497中对综合管 郎工程中相关类型地下工程监测做了相关要求。监测安全指标可 选取管廊结构的接缝变形、纵向差异沉降、钢筋应力等。

7.3.2本条文给出了网关的布设要求。当综合管廊内部无信号

7.3.2本条文给出了网关的布设要求。当综合管廊内部无信号 或通信光缆时，网关的位置要设置在管廊的通风口或者投料口， 呆证网关和外界的无线通信。若网关无法布设于直接能与外界无 线通信处，可将网关的天线延长。网关及天线要注意保护，避免 施工以及运营维保人员十扰网关的工作或损坏网关， 7.3.3对于分舱的综合管廊，当混凝土隔墙较厚导致无线信号 难以穿透隔墙时，则各舱传感器支点之间需要单独组网，组网只 在本舱内进行。

难以穿透隔墙时，则各舱传感器支点之间需要单独组网，组网 在本舱内进行。

7.3.4综合管廊结构形式与浅理隧道结构形式较为接近，可 矩形、圆形断面隧道工程监测内容，具体无线传感器选型可 表 7. 2. 3。

7.3.4综合管廊结构形式与浅理隧道结构形式较为接近，可

由于综合管廊设置了防火分区，对无线信号有一定的遮

7.3.5由于综合管廊设置了防火分区，对无线信号有一定的

蔽影响，因此需要在必要时增设中继支点，中迷支点的设置要充 分考虑监测断面和无线网关的位置及系统整体的信号传输质量， 从而使监测系统满足丢包率等系统指标要求

7.3.6本条文给出了无线传感器的空间布设位置要求。传

7.4.1现行国家标准《建筑基坑工程监测技术标准》GB50497 对基坑工程的监测布设做了相关要求。 7.4.4监测初期要采集足够多的数据，待数据趋于稳定时作为 监测基准数据，因此要求初始数据采样不少于三次。 7.4.5无线固定测斜仪和无线自动伺服电机式测斜仪的网关要 安装在信号覆盖的露天范围内。

安装在信号覆盖的露天范围内。

8地上基础设施无线传感网络监测

8.1.3蓄电池容量的选择要结合传感器的功率、通信模块的功

8.1.7考虑到地上基础设施有暴露在太阳下的情况，在

8.2.1建设期间的无线监测要为确保桥梁工程施工安全、控制 结构施工过程、优化施工工艺及实现结构设计要点提供技术支 持。运营期桥梁监测要为结构在运营期间的安全使用、结构设计 验证、结构模型校验与修正、结构损伤识别、结构养护与维修以 及新方法新技术的发展与应用提供技术支持。 8.2.24类桥：主要构件有大的缺损，严重影响桥梁使用功 能；或影响承载能力，不能保证止常使用。5类桥：主要构 件存在严重缺损，不能正常使用，危及桥梁安全，桥梁处于 危险状杰

IT/T1037对桥梁主跨跨径不小于150m梁桥、200m拱桥、30 斜拉桥、500m悬索桥等结构复杂和重要桥梁的结构健康监测 统有相关规定。

8.3.1在测点位置的选择上，要根据边坡变形监测的范围，确 定边坡的主要滑动方向和监测线，选取典型断面，再按照检测线 选择监测点。测点要均匀地布置在滑动量较大、滑动速度较快的 轴线方向和滑坡前沿区。现行行业标准《崩塌、滑坡、泥石流监 测规范》DZ/T0221、《崩塌、滑坡、泥石流监测规程》DZ/T 0223、《滑坡、崩塌监测测量规范》DZ/T0227对边坡的监测测 点布设有相关规定，

8.3.2边坡监测可根据工程需求进行地下水温、地下水质、

下水量等内容的监测。爆破振动监测应编制专项监测方案，制定 安全措施，现行国家标准《爆破安全规程》GB6722中有相关 规定。

3.6下列情况需适当提高监测步

8.3.6下列情况需适当提高监测频率:

GB／T 30596-2014 温拌沥青混凝土1 雨季; 2 暴雨前后； 3 边坡变形剧烈时： 4 其他可能对边坡安全带来不利影响的情况

8.4.2表8.4.2监测内容包括建设和运营期的监测内容，具体 项目应结合工程实际需求选用或增加其他必要的监测内容。 8.4.3路基与场道工程建设期监测，在施工的关键环节，如 每层填土施工完成前后，要进行监测数据对比：在预压高度 达到极限高度后，要进行连续监测。下列情况需适当提高监 测频率： 1雨季； 2暴雨前后：

3 有大面积积水； 4 监测数值变化量较大或速率加快； 5 出现严重沉降或严重开裂； 6 其他可能对路基与场道安全带来不利影响的情况

9.2.1设备自身的健康情况包含

9.2.1设备自身的健康情

健月百 1电池电压，通过该参数确认整个设备的供电处于正常供 电电压区间； 2传感器供电电压，通过该参数确认传感器供电处于正常 供电区间； 3支点内部温度，通过该参数确认该设备的工作温度

1日常维护：根据支点的类型不同，追加固定支架失效报 警，如倾角支点。在日常的运行中，通过实时数据反馈系统状 态，做到实时维护： 2远程评估：通过数据有明显跳变、天线信号有明显衰减 丢包率过大等异常数据筛选出需要重点维护的支点。 9.3.2系统现场维护一般包含一般性维护、电池维护、配件维 护等，具体如下： 1一般性维护： 1）目检： 通过目检检查设备本身是否有受损痕迹。天线是否有 松动、折弯、破损、断裂的迹象，壳体外部是否有明 显的撞击痕迹，壳盖上的螺丝是否旋紧，盒盖和盒体 的气密性是否正常，外接传感器防水端子与外接走线 是否密闭，固定设备的膨胀螺栓是否有松脱迹象。 2）轻微触碰固定结构：

轻微触碰膨胀螺栓确认是否明显松脱，轻微触碰支架 根部确认胶粘剂是否明显松脱。 2电池维护：更换电池前需要确认所更换电池的类型、数 量、壳盖螺丝及工具等。 3配件维护：根据安装支点数量与施工现场的实际情况， 备用一定数量的天线、电池以及配套工具等。 9.3.4对于支点的任何物理性触碰都会造成传感数据的跳变以 及基准点被破坏，进而出现数据的非连续性。 1维护触碰如更换电池，操作人员要在软件平台相关维护 功能中，明确记录维护时间和维护动作，后期按需重置初始值。 2意外触碰：加强现场作业人员对于相关系统培训，设备 有明确的高发光警示标贴惠州市某厂项目全厂排水明沟及全厂系统道路工程施工组织设计，相关人员要主动上报该问题，由相关 操作人员进行下列操作： 1）现场明确此次触碰的严重性，确认该设备是否能继续 服役； 2）在软件平台的相关维护功能中，明确记录意外触碰时 间，触碰动作，以及损坏程度。