本發(fā)明屬于土木工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在土木、橋梁、隧道等大型土木工程中，遠(yuǎn)程和超遠(yuǎn)程檢測(cè)工程健康狀態(tài)一直是業(yè)界夢(mèng)寐以求的有效手段。特別是隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、西部的建設(shè)與開(kāi)發(fā)，出現(xiàn)了很多前所未有的長(zhǎng)、大、高、深、特、危工程，這些工程建設(shè)中的一個(gè)重要組成部分就是工程結(jié)構(gòu)力學(xué)狀態(tài)的檢測(cè)，比如壓力、應(yīng)變、裂隙、濕度和溫度等。由于這些工程所處的地理位置和環(huán)境不好，比如海拔高、空氣稀薄、溫度低等，給數(shù)據(jù)檢測(cè)帶來(lái)了很大的困難。而且?guī)资こ炭⒐?，檢測(cè)工作還要持續(xù)兩三年，檢測(cè)工作的困難程度非常之大。

目前，在土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)的控制中，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)是一種監(jiān)測(cè)的有效手段，但是現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)手段單一，不能實(shí)時(shí)排查土木工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部情況，只能監(jiān)測(cè)表面情況，無(wú)法排查內(nèi)部潛在隱患，同時(shí)當(dāng)發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)不能及時(shí)發(fā)出聲光訊號(hào)以告知工作人員和巡查人員，實(shí)用性能低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種智能化程度高，能及時(shí)掌握土木工程的結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)，實(shí)時(shí)排查潛在隱患并發(fā)出聲光訊號(hào)和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的一種智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括輸入裝置和單片機(jī)控制器，所述輸入裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、全站儀、應(yīng)變計(jì)、超聲波探傷儀、鋼筋位置測(cè)定儀、鋼筋銹蝕儀和混凝土測(cè)厚儀；所述輸入裝置的輸出端與采集數(shù)據(jù)控制模塊的輸入端電性連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端分別與聲光報(bào)警器和外存儲(chǔ)器的輸入端電性連接；所述單片機(jī)控制器分別與RAM存儲(chǔ)器、MRAM存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫(kù)電性連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)局域網(wǎng)與巡查終端的輸入端連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心的輸入端連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)采集數(shù)據(jù)分析模塊與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端電性連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與單片機(jī)控制器的輸入端電性連接；

所述采集數(shù)據(jù)控制模塊的輸出端與輸入模塊的輸入端電性連接；

所述單片機(jī)控制器的輸入端分別與輸入模塊和供電模塊的輸出端電性連接；

所述聲光報(bào)警器由LED閃爍燈和蜂鳴器構(gòu)成。

進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制器設(shè)置有直接信任值計(jì)算模塊，所述直接信任值計(jì)算模塊的直接信任值的計(jì)算步驟為：

采集網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的n個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)：

選取一定時(shí)間間隔t作為一個(gè)觀測(cè)時(shí)間片，以觀測(cè)節(jié)點(diǎn)i和被測(cè)節(jié)點(diǎn)j在1個(gè)時(shí)間片內(nèi)的交互次數(shù)作為觀測(cè)指標(biāo)，真實(shí)交互次數(shù)，記作y_t，依次記錄n個(gè)時(shí)間片的y_n，并將其保存在節(jié)點(diǎn)i的通信記錄表中；

預(yù)測(cè)第n+1個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)：

根據(jù)采集到的n個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)建立時(shí)間序列，采用三次指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)間片n+1內(nèi)節(jié)點(diǎn)i和j之間的交互次數(shù)，預(yù)測(cè)交互次數(shù)，記作計(jì)算公式如下：

預(yù)測(cè)系數(shù)a_n、b_n、c_n的取值可由如下公式計(jì)算得到：

其中：分別是一次、二次、三次指數(shù)平滑數(shù)，由如下公式計(jì)算得到：

是三次指數(shù)平滑法的初始值，其取值為：

α是平滑系數(shù)，0＜α＜1，體現(xiàn)信任的時(shí)間衰減特性，即離預(yù)測(cè)值越近的時(shí)間片的y_t權(quán)重越大，離預(yù)測(cè)值越遠(yuǎn)的時(shí)間片的y_t權(quán)重越?。蝗绻麛?shù)據(jù)波動(dòng)較大，且長(zhǎng)期趨勢(shì)變化幅度較大，呈現(xiàn)明顯迅速的上升或下降趨勢(shì)時(shí)α應(yīng)取0.6～0.8，可以增加近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響；當(dāng)數(shù)據(jù)有波動(dòng)，但長(zhǎng)期趨勢(shì)變化不大時(shí)，α可在0.1～0.4取值；如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，α應(yīng)取0.05～0.20；

計(jì)算直接信任值：

節(jié)點(diǎn)j的直接信任值TD_ij為預(yù)測(cè)交互次數(shù)和真實(shí)交互次數(shù)y_n+1的相對(duì)誤差，

進(jìn)一步，所述采集數(shù)據(jù)控制模塊設(shè)置有聚類處理單元；

所述聚類處理單元對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類處理包括土木工程結(jié)構(gòu)的位置信息用當(dāng)前的位置坐標(biāo)來(lái)描述：

l_i＝(x_i,y_i)；

其中x_i，y_i分別表示土木工程結(jié)構(gòu)i的橫縱坐標(biāo)值，對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)i，構(gòu)建一個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求頻率向量：

n_i＝(n_i,1,n_i,2,...,n_i,c)；

其中n_i,c表示土木工程結(jié)構(gòu)i請(qǐng)求內(nèi)容c的次數(shù)，每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求向量，該向量反映了土木工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)容請(qǐng)求偏好；

基于土木工程結(jié)構(gòu)的位置信息和內(nèi)容請(qǐng)求偏好信息對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類，具有相似內(nèi)容請(qǐng)求偏好且位置相近的土木工程結(jié)構(gòu)分到一個(gè)多播組，使用余弦相似度準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算兩個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)間的相似度，用如下公式計(jì)算：

其中β是一個(gè)0-1之間的權(quán)重系數(shù)；

使用K-Means聚類方法，對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的土木工程結(jié)構(gòu)D進(jìn)行聚類，u_i＝{l_i,n_i}表示土木工程結(jié)構(gòu)i的聚類信息，聚類的目的是將原始土木工程結(jié)構(gòu)分成C類D＝{D₁,…,D_C}，數(shù)學(xué)模型上是對(duì)下式求最小值：

其中γ_k為土木工程結(jié)構(gòu)群的中心；

對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類處理具體步驟如下：

步驟一，從D中隨機(jī)取C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)，作為C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的中心；

步驟二，根據(jù)相似度的計(jì)算公式，計(jì)算剩下的土木工程結(jié)構(gòu)到C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群中心的相似度，將土木工程結(jié)構(gòu)劃分到相似度最高的土木工程結(jié)構(gòu)群；

步驟三，根據(jù)聚類結(jié)果，更新C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的中心γ_k＝{l_k,n_k}，用如下公式：

其中m_i是一個(gè)0-1之間的權(quán)重系數(shù)，重復(fù)步驟二和步驟三，直到聚類中心不再發(fā)生變化；

根據(jù)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的位置信息，計(jì)算出每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群中心位置的水平方位角和垂直仰角具體包括：

采用有源天線波束賦形模型，基站對(duì)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群有一個(gè)特定波束，即對(duì)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群設(shè)置一個(gè)特定的電子下傾角和垂直半功率帶寬的波束，基站坐標(biāo)為原點(diǎn)O(0,0,H_BS)，土木工程結(jié)構(gòu)群k的質(zhì)心為γ_k，位置坐標(biāo)為(x_k,y_k,z_k)，垂直仰角和水平方位角為

基于聚類后的土木工程結(jié)構(gòu)群位置信息，土木工程結(jié)構(gòu)群質(zhì)心的水平方向角和垂直仰角通過(guò)下面的公式求出：

顯然，垂直仰角和水平方位角的取值范圍為

提出土木工程結(jié)構(gòu)群分簇算法，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)群的位置信息，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)群進(jìn)行分簇處理具體包括：

基于圖論的知識(shí)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)群進(jìn)行分簇，定義波束間的干擾圖G＝(V,E)，其中V表示波束的集合，作為干擾圖的頂點(diǎn)，E表示波束間的干擾系數(shù)，作為干擾圖的邊，定義指示函數(shù)e(v_k,v_m)(k≠m)指示波束k和波束m間的干擾：

其中O_k和O_m分別表示土木工程結(jié)構(gòu)群k和土木工程結(jié)構(gòu)群m的半徑，r_th表示兩個(gè)波束間干擾忽悠不計(jì)的門(mén)限距離，另外，定義e(v_k,v_k)＝0，表示波束自身不存在干擾，根據(jù)指示函數(shù)，構(gòu)建一個(gè)二值干擾矩陣：

定義波束的干擾度：

當(dāng)d_G(v_k)＝0時(shí)，稱v_k為零度節(jié)點(diǎn)；

分簇的具體步驟如下：

步驟一，用頂點(diǎn)集合V構(gòu)建干擾矩陣A_G，初始化迭代因子h＝1，孤立節(jié)點(diǎn)集合分簇集合節(jié)點(diǎn)集合

步驟二，找到所有的零度節(jié)點(diǎn)v_k，更新S＝S∪v_k；剩余節(jié)點(diǎn)集合記為Φ₁＝V-S；

步驟三，分簇：a)找節(jié)點(diǎn)k＝argmax(d_G(v_k))，令干擾矩陣的第k行、第k列為0，更新節(jié)點(diǎn)集合B_h＝B_h∩v_k；b)循環(huán)執(zhí)行a)直到A_G＝0；c)更新Φ_h＝Φ_h-B_h，則Φ_h為第h個(gè)簇；

步驟四，用節(jié)點(diǎn)集合B_h重新構(gòu)建A_G≠0，更新節(jié)點(diǎn)集合Φ_h+1＝B_h，更新迭代因子h＝h+1，執(zhí)行步驟(3)；如果A_G＝0或者|B_h|＝1，如果|B_h|＝1，則Φ_h+1＝B_h；

步驟五，將孤立節(jié)點(diǎn)集合S分配到最少節(jié)點(diǎn)的一簇中；

經(jīng)過(guò)土木工程結(jié)構(gòu)群的分簇處理后，土木工程結(jié)構(gòu)群D＝{D₁,…,D_k,…,D_C}經(jīng)過(guò)分簇算法被劃分為Φ＝{Φ₁,…,Φ_h,…}，Φ_h表示第h個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群簇，每個(gè)簇中的總的土木工程結(jié)構(gòu)傳輸速率為：

系統(tǒng)總的吞吐量為所有土木工程結(jié)構(gòu)群簇的傳輸速率之和：

其中為土木工程結(jié)構(gòu)群簇Φ_h使用載波n的指示因子，相應(yīng)的，滿足的條件為：

條件(2)表示一個(gè)載波只能分配給一個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群簇，同一簇中的土木工程結(jié)構(gòu)群共享一個(gè)載波資源，不同簇中的土木工程結(jié)構(gòu)群不可以復(fù)用。

本發(fā)明提供的智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)溫度傳感器和濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境的參數(shù)，通過(guò)全站儀和應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土木工程表面結(jié)構(gòu)變化，通過(guò)超聲波探傷儀、鋼筋位置測(cè)定儀、鋼筋銹蝕儀和混凝土測(cè)厚儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土木工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，并通過(guò)單片機(jī)控制器、采集數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，利用RAM存儲(chǔ)器、MRAM存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫(kù)將分析處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、采樣、存儲(chǔ)和查詢，以及時(shí)了解和排查潛在隱患，并通過(guò)聲光報(bào)警器發(fā)出聲光訊號(hào)，單片機(jī)控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到工作人員的巡查終端中，單片機(jī)控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到監(jiān)控中心，實(shí)用性能高，監(jiān)測(cè)功能多樣化。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、輸入裝置；2、溫度傳感器；3、濕度傳感器；4、全站儀；5、應(yīng)變計(jì)；6、超聲波探傷儀；7、鋼筋位置測(cè)定儀；8、鋼筋銹蝕儀；9、混凝土測(cè)厚儀；10、采集數(shù)據(jù)控制模塊；11、輸入模塊；12、單片機(jī)控制器；13、供電模塊；14、聲光報(bào)警器；15、外存儲(chǔ)器；16、RAM存儲(chǔ)器；17、MRA存儲(chǔ)器；18、數(shù)據(jù)庫(kù)；19、局域網(wǎng)；20、巡查終端；21、互聯(lián)網(wǎng)；22、監(jiān)控中心；23、采集數(shù)據(jù)分析模塊；24、數(shù)據(jù)處理模塊；25、LED閃爍燈；26、蜂鳴器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作詳細(xì)的描述。

本發(fā)明實(shí)施例提供的智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括輸入裝置和單片機(jī)控制器，所述輸入裝置包括溫度傳感器、濕度傳感器、全站儀、應(yīng)變計(jì)、超聲波探傷儀、鋼筋位置測(cè)定儀、鋼筋銹蝕儀和混凝土測(cè)厚儀；所述輸入裝置的輸出端與采集數(shù)據(jù)控制模塊的輸入端電性連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端分別與聲光報(bào)警器和外存儲(chǔ)器的輸入端電性連接；所述單片機(jī)控制器分別與RAM存儲(chǔ)器、MRAM存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫(kù)電性連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)局域網(wǎng)與巡查終端的輸入端連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)與監(jiān)控中心的輸入端連接；所述單片機(jī)控制器的輸出端通過(guò)采集數(shù)據(jù)分析模塊與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端電性連接，所述數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端與單片機(jī)控制器的輸入端電性連接。

進(jìn)一步，所述采集數(shù)據(jù)控制模塊的輸出端與輸入模塊的輸入端電性連接。

進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制器的輸入端分別與輸入模塊和供電模塊的輸出端電性連接。

進(jìn)一步，所述聲光報(bào)警器由LED閃爍燈和蜂鳴器構(gòu)成。

進(jìn)一步，所述單片機(jī)控制器設(shè)置有直接信任值計(jì)算模塊，所述直接信任值計(jì)算模塊的直接信任值的計(jì)算步驟為：

采集網(wǎng)絡(luò)觀測(cè)節(jié)點(diǎn)i與節(jié)點(diǎn)j之間的n個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)：

選取一定時(shí)間間隔t作為一個(gè)觀測(cè)時(shí)間片，以觀測(cè)節(jié)點(diǎn)i和被測(cè)節(jié)點(diǎn)j在1個(gè)時(shí)間片內(nèi)的交互次數(shù)作為觀測(cè)指標(biāo)，真實(shí)交互次數(shù)，記作y_t，依次記錄n個(gè)時(shí)間片的y_n，并將其保存在節(jié)點(diǎn)i的通信記錄表中；

預(yù)測(cè)第n+1個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)：

根據(jù)采集到的n個(gè)時(shí)間片的交互次數(shù)建立時(shí)間序列，采用三次指數(shù)平滑法預(yù)測(cè)下一個(gè)時(shí)間片n+1內(nèi)節(jié)點(diǎn)i和j之間的交互次數(shù)，預(yù)測(cè)交互次數(shù)，記作計(jì)算公式如下：

預(yù)測(cè)系數(shù)a_n、b_n、c_n的取值可由如下公式計(jì)算得到：

其中：分別是一次、二次、三次指數(shù)平滑數(shù)，由如下公式計(jì)算得到：

是三次指數(shù)平滑法的初始值，其取值為：

α是平滑系數(shù)，0＜α＜1，體現(xiàn)信任的時(shí)間衰減特性，即離預(yù)測(cè)值越近的時(shí)間片的y_t權(quán)重越大，離預(yù)測(cè)值越遠(yuǎn)的時(shí)間片的y_t權(quán)重越小；如果數(shù)據(jù)波動(dòng)較大，且長(zhǎng)期趨勢(shì)變化幅度較大，呈現(xiàn)明顯迅速的上升或下降趨勢(shì)時(shí)α應(yīng)取0.6～0.8，可以增加近期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果的影響；當(dāng)數(shù)據(jù)有波動(dòng)，但長(zhǎng)期趨勢(shì)變化不大時(shí)，α可在0.1～0.4取值；如果數(shù)據(jù)波動(dòng)平穩(wěn)，α應(yīng)取0.05～0.20；

計(jì)算直接信任值：

節(jié)點(diǎn)j的直接信任值TD_ij為預(yù)測(cè)交互次數(shù)和真實(shí)交互次數(shù)y_n+1的相對(duì)誤差，

進(jìn)一步，所述采集數(shù)據(jù)控制模塊設(shè)置有聚類處理單元；

所述聚類處理單元對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類處理包括土木工程結(jié)構(gòu)的位置信息用當(dāng)前的位置坐標(biāo)來(lái)描述：

l_i＝(x_i,y_i)；

其中x_i，y_i分別表示土木工程結(jié)構(gòu)i的橫縱坐標(biāo)值，對(duì)于土木工程結(jié)構(gòu)i，構(gòu)建一個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求頻率向量：

n_i＝(n_i,1,n_i,2,...,n_i,c)；

其中n_i,c表示土木工程結(jié)構(gòu)i請(qǐng)求內(nèi)容c的次數(shù)，每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)內(nèi)容請(qǐng)求向量，該向量反映了土木工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)容請(qǐng)求偏好；

基于土木工程結(jié)構(gòu)的位置信息和內(nèi)容請(qǐng)求偏好信息對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類，具有相似內(nèi)容請(qǐng)求偏好且位置相近的土木工程結(jié)構(gòu)分到一個(gè)多播組，使用余弦相似度準(zhǔn)則來(lái)計(jì)算兩個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)間的相似度，用如下公式計(jì)算：

其中β是一個(gè)0-1之間的權(quán)重系數(shù)；

使用K-Means聚類方法，對(duì)小區(qū)內(nèi)所有的土木工程結(jié)構(gòu)D進(jìn)行聚類，u_i＝{l_i,n_i}表示土木工程結(jié)構(gòu)i的聚類信息，聚類的目的是將原始土木工程結(jié)構(gòu)分成C類D＝{D₁,…,D_C}，數(shù)學(xué)模型上是對(duì)下式求最小值：

其中γ_k為土木工程結(jié)構(gòu)群的中心；

對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類處理具體步驟如下：

步驟一，從D中隨機(jī)取C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)，作為C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的中心；

步驟二，根據(jù)相似度的計(jì)算公式，計(jì)算剩下的土木工程結(jié)構(gòu)到C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群中心的相似度，將土木工程結(jié)構(gòu)劃分到相似度最高的土木工程結(jié)構(gòu)群；

步驟三，根據(jù)聚類結(jié)果，更新C個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的中心γ_k＝{l_k,n_k}，用如下公式：

其中m_i是一個(gè)0-1之間的權(quán)重系數(shù)，重復(fù)步驟二和步驟三，直到聚類中心不再發(fā)生變化；

根據(jù)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群的位置信息，計(jì)算出每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群中心位置的水平方位角和垂直仰角具體包括：

采用有源天線波束賦形模型，基站對(duì)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群有一個(gè)特定波束，即對(duì)每個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群設(shè)置一個(gè)特定的電子下傾角和垂直半功率帶寬的波束，基站坐標(biāo)為原點(diǎn)O(0,0,H_BS)，土木工程結(jié)構(gòu)群k的質(zhì)心為γ_k，位置坐標(biāo)為(x_k,y_k,z_k)，垂直仰角和水平方位角為

基于聚類后的土木工程結(jié)構(gòu)群位置信息，土木工程結(jié)構(gòu)群質(zhì)心的水平方向角和垂直仰角通過(guò)下面的公式求出：

顯然，垂直仰角和水平方位角的取值范圍為θ₁∈(0,π),

提出土木工程結(jié)構(gòu)群分簇算法，根據(jù)土木工程結(jié)構(gòu)群的位置信息，對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)群進(jìn)行分簇處理具體包括：

基于圖論的知識(shí)對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)群進(jìn)行分簇，定義波束間的干擾圖G＝(V,E)，其中V表示波束的集合，作為干擾圖的頂點(diǎn)，E表示波束間的干擾系數(shù)，作為干擾圖的邊，定義指示函數(shù)e(v_k,v_m)(k≠m)指示波束k和波束m間的干擾：

其中O_k和O_m分別表示土木工程結(jié)構(gòu)群k和土木工程結(jié)構(gòu)群m的半徑，r_th表示兩個(gè)波束間干擾忽悠不計(jì)的門(mén)限距離，另外，定義e(v_k,v_k)＝0，表示波束自身不存在干擾，根據(jù)指示函數(shù)，構(gòu)建一個(gè)二值干擾矩陣：

定義波束的干擾度：

當(dāng)d_G(v_k)＝0時(shí)，稱v_k為零度節(jié)點(diǎn)；

分簇的具體步驟如下：

步驟一，用頂點(diǎn)集合V構(gòu)建干擾矩陣A_G，初始化迭代因子h＝1，孤立節(jié)點(diǎn)集合分簇集合節(jié)點(diǎn)集合

步驟二，找到所有的零度節(jié)點(diǎn)v_k，更新S＝S∪v_k；剩余節(jié)點(diǎn)集合記為Φ₁＝V-S；

步驟三，分簇：a)找節(jié)點(diǎn)k＝argmax(d_G(v_k))，令干擾矩陣的第k行、第k列為0，更新節(jié)點(diǎn)集合B_h＝B_h∩v_k；b)循環(huán)執(zhí)行a)直到A_G＝0；c)更新Φ_h＝Φ_h-B_h，則Φ_h為第h個(gè)簇；

步驟四，用節(jié)點(diǎn)集合B_h重新構(gòu)建A_G≠0，更新節(jié)點(diǎn)集合Φ_h+1＝B_h，更新迭代因子h＝h+1，執(zhí)行步驟(3)；如果A_G＝0或者|B_h|＝1，如果|B_h|＝1，則Φ_h+1＝B_h；

步驟五，將孤立節(jié)點(diǎn)集合S分配到最少節(jié)點(diǎn)的一簇中；

經(jīng)過(guò)土木工程結(jié)構(gòu)群的分簇處理后，土木工程結(jié)構(gòu)群D＝{D₁,…,D_k,…,D_C}經(jīng)過(guò)分簇算法被劃分為Φ＝{Φ₁,…,Φ_h,…}，Φ_h表示第h個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群簇，每個(gè)簇中的總的土木工程結(jié)構(gòu)傳輸速率為：

系統(tǒng)總的吞吐量為所有土木工程結(jié)構(gòu)群簇的傳輸速率之和：

其中為土木工程結(jié)構(gòu)群簇Φ_h使用載波n的指示因子，相應(yīng)的，滿足的條件為：

條件(2)表示一個(gè)載波只能分配給一個(gè)土木工程結(jié)構(gòu)群簇，同一簇中的土木工程結(jié)構(gòu)群共享一個(gè)載波資源，不同簇中的土木工程結(jié)構(gòu)群不可以復(fù)用。

工作原理：該智能土木工程結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)溫度傳感器和濕度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作環(huán)境的參數(shù)，通過(guò)全站儀和應(yīng)變計(jì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土木工程表面結(jié)構(gòu)變化，通過(guò)超聲波探傷儀、鋼筋位置測(cè)定儀、鋼筋銹蝕儀和混凝土測(cè)厚儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土木工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化，并通過(guò)單片機(jī)控制器、采集數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)處理模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，利用RAM存儲(chǔ)器、MRAM存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)庫(kù)將分析處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、采樣、存儲(chǔ)和查詢，以及時(shí)了解和排查潛在隱患，并通過(guò)聲光報(bào)警器發(fā)出聲光訊號(hào)，單片機(jī)控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到工作人員的巡查終端中，工作人員無(wú)需深入現(xiàn)場(chǎng)即可了解土木工程施工現(xiàn)場(chǎng)，單片機(jī)控制器通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到監(jiān)控中心，實(shí)用性能高，監(jiān)測(cè)功能多樣化。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。