(3.235.108.188) 您好!臺灣時間:2021/03/07 20:59
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果

詳目顯示:::

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:蘇煒哲
研究生(外文):Wei-Jer Su
論文名稱:以無線感測網路為基礎之動態監測網建立及解算
論文名稱(外文):On Establishment and Data Process of WSN-Based Real-Time Monitoring Network
指導教授:韓仁毓韓仁毓引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:虛擬觀測平差序列式平差靈敏度分析坐標轉換變形分析無線感測網路結構物健康監測
外文關鍵詞:Unified Least-Squares AdjustmentSequential AdjustmentSensitivity AnalysisFrame TransformationDeformation AnalysisWireless Sensor NetworkStructure Heath Monitoring
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:167
  • 評分評分:系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔系統版面圖檔
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
無線感測網路(Wireless Sensor Network, WSN)因為其強大的網絡傳輸效能,近年來廣泛應用於各種工程及生活領域,由於該項技術具有高頻且連續的取樣能力,因此特別適用於以動態監測為目的之觀測任務。
本研究以WSN技術做為平台,並配合虛擬觀測平差技巧的引入,發展出適合WSN網形之動態解算程序,另外也使用序列式平差改進傳統網形解算程序,以進行高頻網形解算;而在即時監測數據處理方面,首先透過靈敏度分析方法決定監測網之變形可偵測性,並使用外部衛星定位觀測將區域解算成果連結至全域坐標系統,獲得監測網於長時間觀測下之絕對變化,最後將節點歷時位移資訊透過快速傅立葉轉換以獲取結構物之頻譜資訊和週期變化,並建構成為一套適合WSN動態定位與監測之完整資料處理和分析流程。
而透過數值實驗成果顯示,由本研究所建議之解算程序除可在無固定基準的動態條件下正確獲得解算成果外,並有效抑制因訊號脫落所而造成之解算誤差。不僅在測量網形的計算上可適應網形的動態變動,更能降低高頻解算的運算時間成本,對於提升WSN在監測實務工作上的可靠度與效率均具有顯著幫助,未來在結構物系統識別等相關技術配合之下,將能夠應用於結構物健康檢測與分析等任務,以具體提升結構物安全診斷與潛在災害預警等工作之效能。


The Wireless Sensor Network (WSN) technique has been widely applied in engineering applications as well as in our daily life for its powerful networking capability. This technique is particularly feasible for a dynamic monitoring task since it provides continuous observables at a high sampling rate. In this study, a WSN-based wireless positioning network is established, and a rigorous approach for processing its dynamic observations has been developed by utilizing the unified least-squares technique. A sensitivity analysis is also carried out to evaluate the quality of the monitoring network in detecting deformations. Then, the local positioning solutions are transformed into a global reference frame by employing external GPS measurements, and the Fast Fourier Transform (FFT) technique is performed to obtain the spectral information of the measured target. Finally, all the above procedures are integrated and a completed flow for WSN data processing and analyzing is thus established. Based on numerical test results, the proposed approach has been proven for its capability in producing a quality solution for a WSN-based monitoring network. Consequently, when it is incorporated with the Structural Health Monitoring (SHM) technique, the reliability and efficiency for a structure safety evaluation and hazard mitigation task can be substantially improved.

目 錄
口試委員會審定書…………………………………………………… i
誌謝……………………………………………………………………. ii
中文摘要……………………………………………………………… …iii
英文摘要………………………………………………………………. iv
第一章 序論……………………………………………………………...1
1-1研究背景……………………………………………………….… 1
1-2研究動機與目的……………………………………………….… 2
1-3研究方法……………………………………………………. ...… 5
1-4論文架構……………………………………………………...….7
第二章 文獻回顧………………………………………………….……..9
2-1 WSN原理及架構……………………………………………….. .9
2-2 WSN實際應用……………………………………………….. 12
2-2-1 居家照護……………………………………………….13
2-2-2 自然環境監測………………………………………….13
2-2-3 結構物監測應用……………………………………….13
2-3 WSN定位相關研究……………………………………………..14
2-3-1 非測距技術定位模式………………………………….14
2-3-2 測距定位模式………………………………………….15
第三章 WSN監測網之網形建構………………………………………21
3-1 網形組成與可解條件探討……………………………………...21
3-2 平差模式選擇之探討…………………………………………...22
3-3 應用序列式平差於WSN網形解算之效益…………………….25
3-4 網形強度與精度評估…………………………...………………29
第四章 WSN即時監測數據分析與應用………………………………32
4-1 區域坐標與全域坐標之連結...…………………………………32 4-2 解算成果之頻譜分析…...………………………………………36
4-3 監測網之靈敏度分析…………………………………… .…….40
第五章 實驗測試……………………………………………………….43
5-1 平差求解最佳化探討……………………………..…………….43
5-1-1控制資訊與約制個數之影響………………..……………...44
5-1-2奇異點有無對網形解算之影響………………..…………...45
5-2 序列式與非序列式平差於WSN資料處理效率比較……..…..48
5-2-1網形求解時間比較………………..………………………...48
5-2-2考量WSN時間延遲於資料處理程序之比較………….…..49
5-3 坐標轉換模式探討……..……………………………………….50
5-4 WSN網形解算介面開發……..……............................................53
5-4-1 輸入資料與輸出資料格式介紹……....................................53
5-4-2 解算流程與成果展示……....................................................55
5-5 實例分析…………………………………… …….…….............58
5-5-1 小型振動台實驗……………………………………………60
5-5-2 門形鷹架實驗………………………………………………63
5-6小結………………………………………………...…….............70
第六章 結論…………………………………..…………………...........71
6-1 結論……………………………..……………………………….71
6-2 未來工作與建議……………………………………….………..73
參考文獻………………………………………………………….……74



圖 目 錄
圖1-1、多重點位量測與WSN監測示意圖………………..…........….2
圖 1-2、WSN應用於結構物監測示意圖…………………..……………..4
圖 1-3、研究流程圖…………………………………………………… ….7
圖 2-1、無線感測網路平台架構示意圖………………………………......9
圖 2-2、點對點網路拓墣……………………………………………...….11
圖 2-3、星狀拓墣示意圖………………………………..………………..12
圖 2-4、階層式拓墣示意圖………………………………………………12
圖 2-5、WSN節點測距交會圖…………………………………………..17
圖 2-6、TOA法測距交會圖……………………………………………18
圖 3-1、含有奇異點之網形…………………………….………………...22
圖 3-2、WSN資料處理架構圖…………………………………………..25
圖 3-3、WSN資料處理流程圖…………………………………………..26
圖 3-4、時間延遲之影響…………………………………………………29
圖 3-5、序列式與非序列式於時間延遲之影響…………………….…...29
圖 4-1、區域與全域坐標系之連結………………………………………32
圖 4-2、主動運動與被動運動對監測網影響示意圖……………………34
圖 4-3、坐標基準之轉換…………………………………………………34
圖 4-4、歷時位移變化圖…………………………………………………37
圖 4-5、加入外力訊號之歷時位移變化圖………………………………37
圖 4-6、加入外力訊號之頻譜圖…………………………………………38
圖 4-7、加入外力訊號之歷時位移變化圖………………………………38
圖 4-8、加入雜訊之頻譜圖………………………………………………39
圖 4-9、加入較大雜訊之頻譜圖…………………………………………39
圖 5-1、三維測邊網………………………………………………………43
圖 5-2、單位權後驗標準差與控制資訊變化圖…………………………45
圖 5-3、均方根誤差與控制資訊變化圖…………………………………45
圖 5-4、含有奇異點之二維測邊網………………………………………46
圖 5-5、序列式與非序列式解算時間成果………………………………48
圖 5-6、考量時間傳輸延遲之序列式與非序列式解算時間成果………50
圖 5-7、二維測邊網於非均勻變形………………………………………51
圖 5-8、重心位置較差……………………………………………………52
圖 5-9、二維方向較差……………………………………………………52
圖 5-10、觀測量資料格式………………………………………………..53
圖 5-11、點位初始值坐標格式…………………………………………54
圖 5-12、點位解算成果坐標格式………………………………………54
圖 5-13、解算流程示意圖………………………………………………..55
圖 5-14、WSN軟體解算介面……………………………………………56
圖 5-15、介面細部展式a………………………………………………...57
圖 5-16、介面細部展式b………………………………………………...57
圖 5-17、DT50雷射測距儀………………………………………………58
圖 5-18、WSN進階節點…………………………………………………59
圖 5-19、WSN測距模組…………………………………………………59
圖 5-20、WSN測距模組組成單元………………………………………59
圖 5-21、WSN振動台實驗配置…………………………………………60
圖 5-22、測試1網形示意圖……………………………………………...60
圖 5-23、測試1待測點三維歷時變化…………………………………61
圖 5-24、測試1待測點頻譜變化………………………………………...61
圖 5-25、測試2之921地震歷時位移……………………………………62
圖 5-26、測試2傅立葉頻譜……………………………………………...62
圖 5-27、門型鷹架示意圖………………………………………………..63
圖 5-28、WSN監測模組…………………………………………………63
圖 5-29、WSN網形示意圖………………………………………………64
圖 5-30、點7靜態量測成果……………………………………………...65
圖 5-31、點8靜態量測成果……………………………………………...65
圖 5-32、點7位移歷時圖………………………………………………...66
圖 5-33、點8位移歷時圖………………………………………………...66
圖 5-34、點7頻譜圖……………………………………………………...67
圖 5-35、點8頻譜圖……………………………………………………...67
圖 5-36、微振儀量測結成果……………………………………………..68
圖 5-37、微振儀量測結成果之傅立葉頻譜……………………………..68
圖 5-38、區域解算成果..…………………..……………………………..69
圖 5-39、監測網形於絕對坐標框架……………………………………..69
圖 5-40、超站儀進行絕對坐標觀測……………………………………..70














表 目 錄
表1-1、WSN監測模組與速度型微振動量測儀比較表..…...................….4
表5-1、點位坐標及分布………………..…..........................................….44
表5-2、二維測邊網點位坐標………………..…..................................….46
表5-3、自由網平差結果………………..…..........................................….47
表5-4、虛擬觀測平差結果………………..…......................................….47
表5-5、序列式與非序列式解算時間成果結果………………....….........48
表5-6、考量WSN傳輸時間延遲效應與求解時間之比較……...............49
表5-7、非均勻變形參數計算成果……..…...............................................51
表5-8、DT50雷射測距模組規格……..….................................................58


Aranha, R. G. and Rocha R. M.(2008) “Real-Time Relative Positioning with WSN,”
the Second International Conference on Sensor Technologies and Applications, Cap Esterel, IEEE, p.276-281
Billington E.W. and Tate A.(1981) “The Physics of Deformation and Flow,”
McGraw-Hill Inc, New York, p. 52-54.
Gopakumar, A.; Jacob L.(2008) “Localization in Ultra Wideband Sensor Networks
using Tabu Search,” 3rd International Conference on Communication Systems Software and Middleware and Workshops, Bangalore, India, IEEE, p.99-102
Han, J. Y.(2010) “A Non-iterative Approach for Solving the Indirect Problems of Linear
Reference Frame Transformations,” Journal of Surveying Engineering, ASCE
Haykin, S., (2000) “Communication Systems,”4th ed., John Wiley & Sons, Inc., New
York, New York, USA.
Hoult,N.A.; Fidler,P. R. A.;Hill, P. G. ;Campbell R. (2010) “Long-term Wireless
Structural Health Monitoring of the Ferriby Road Bridge,” Journal of Bridge Engineering, Vol. 15, No. 2, p. 153-159
Koch, K.R.(1988) “Bayesian statistics for variances components with informative and
non-informative prior,” Manuscr Geod, 13(8): p.370-373.
Leick, A.(2004) “GPS satellite surveying( 3 ed.), ” Wiley, New York., p.251-252.
Liu, C.; Jiang H.; Wang D.(2010) “Range-based Node Localization Algorithm for
Wireless Sensor Network Using Unitary Matrix Pencil, ” Test and Measurement, Hong Kong, IEEE,p.128-132.
Maxim, Inc., (2001) “Linear Regulators in Portable Applications,” Application Note
751, 120 San Gabriel Drive, Sunnyvale, CA 94086, USA.
Mikhail, E.M. and Ackermann, F.(1976)“Observations and Least Squares,”
IEP- A Dun-Donnelley Publisher, New York.
Mikhail, E.M. and Gracie, G.(1981)“Analysis and Adjustment of Survey
Measurements,” van Nostrand Reinhold Company, New York.
Pakzad, S. N.; Fenves, G. L.; Kim, S.; Culler D. E.(2008) “Design amd Implementation
of Scalable Wireless Sensor Network for Structural Monitoring,” Journal of Infrastructure Systems, Vol. 14, No. 1, p.89-101
Straser, E. and Kiremidjian,(1998) “A Modular Wireless Damage Monitoring System
for Structures,” The John A. Blume Earthquake Engineering Center Technical
Report No.128, Department of Civil and Environmental Engineering. Stanford University, Stanford, Calicornia.
Sun X.; Li J. ; Huang P.; Pang J.(2008) “Total Least-Squares Solution of Active Target
Localization Using TDOA and FDOA Measurements in WSN,” 22nd International Conference on Advanced Information Networking and Applications, Okinawa, IEEE , p.995-999
Wang ,Y.; Lynch, J. P.and Law, K. H.(2007) “Wireless Sensing Technologies for Civil
Infrastructure Monitoring and Management, ” Proceedings of the 5th International Seminar for Safety of Infrastructures, Seoul, Korea, p.54-96,
Yu, K.; Guo, Y. J.; Hedley M.(2009) “TOA-based distributed localisation with
unknown internal delays and clock frequency offsets in wireless sensor networks”, Signal Processing, IET, p.106-118.
Zhang ,S.; Jun , L.R.; Tan,J.(2006) “A High Precision Localization Algorithm in
Wireless, ” Journal of International Conference on Control, Automation, Robotics and Vision , Singapore, IEEE, p. 1-6.
呂學士,2008。無線感測網路科技,自動化科技學會會刊九月份,p.29-38。
林致廷,2008。無線感測網路系統平台扮演要角,新電子科技雜誌一月份,p.89-94。
翁士晟,2009。創新感測網路於橋梁監測系統之應用研究,國立台灣大學土木工
程學研究所碩士論文。
陳奕帆,2004。高能源效率無線監測網路之研發,國立台灣大學應用力學研究所
碩士論文。
陳憲廷,2010。無線感測網路於即時結構安全監測系統之研發,國立台灣大學電
子工程學研究所碩士論文。
陶本藻,1984。自由網平差與變形分析,測繪出版社,p.5-10 & p.139-162。
黃繼德,2006。無線感測器網路之公分等級距離量測,國立台灣大學應用力學研
究所碩士論文。
鄭則元,2009。二維測邊網應變主參數靈敏度分析,國立台灣大學土木工程學
研究所碩士文。
蕭綱維,1999。台灣西南部GPS地殼變形監測網之靈敏度分析,國立台灣大學
土木工程學研究所碩士論文。
韓仁毓,1998。變形監測網靈敏度分析,國立台灣大學土木工程研究所碩士論文。
羅子仁,2008。綜整彈性波與無線感測器網路之定位系統研發,國立台灣大學工
程科學及海洋工程學研究所碩士論文。
台灣錫克股份有限公司,DT50雷射距離量測器, 2010年6月13日網路資料
URL: http://www.sick.com.tw/marathon-dt50hi.html


QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
系統版面圖檔 系統版面圖檔