一种桥梁基坑施工数据采集与传输方法与流程

本发明属于施工数据传输的，具体涉及一种桥梁基坑施工数据采集与传输方法。

背景技术：

1、桥梁深基坑施工过程中，部署于坑底的位移、应力、水位等监测传感器所采集的关键施工数据需实时传输至地面控制中心，以便对基坑施工安全状态进行评估与预警。然而，深基坑作为典型的垂直半封闭空间，无线信号从坑底向地面传播时受到坑壁遮挡、多径效应及深度路径损耗等因素的显著影响。传统方案往往采用单一通信体制进行全坑覆盖，部分方案通过增加基站密度或提升发射功率来改善覆盖效果，但始终受制于基坑垂直深度造成的信道特性梯度变化——底部区域信号严重不足，顶部区域则存在资源浪费，亟需针对不同深度区域的信道特征进行差异化处理。

2、已有技术方案中，有方案通过在洞室或隧洞交汇点部署数据桩并连接至地面数据中心实现数据传输，有方案基于单一无线协议配合网关完成数据采集与上传，另有方案采用有线与无线相结合的方式进行数据回传。上述方案在技术思路上具有共性——均采用固定的通信链路或协议，未针对基坑垂直空间内不同深度区域的信道传播特性差异进行区分处理，缺乏对不同深度区域信道特征的动态适配能力。

3、现有技术未能充分考虑基坑垂直深度带来的信道特性梯度变化，单一通信协议难以在深坑底部至地面的全程覆盖与可靠传输之间取得平衡，导致坑底关键施工数据在传输连续性和可靠性上存在瓶颈。如何突破深基坑垂直空间内不同深度区域的信道特性差异、实现稳定可靠的数据回传，是当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种桥梁基坑施工数据采集与传输方法，可以有效解决上述背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

3、本发明提供一种桥梁基坑施工数据采集与传输方法，该方法包括如下步骤：

4、在协议选择层，利用环境感知模块采集基坑内部各深度区域的无线信号特征参数，并通过数据预处理单元对采集的原始信号参数进行预处理；利用基于深度学习的协议选择算法，将预处理后的无线信号特征参数输入至训练好的深度神经网络模型进行推理，以输出各候选传输协议的综合质量评分；由协议选择控制器依据所述综合质量评分，选择综合质量评分最高的协议作为当前最优传输协议；

5、在分层覆盖层，依据所述最优传输协议，将基坑内部署的传感器所采集的施工数据，通过与所述最优传输协议对应的无线通信模块发送至地面控制中心；其中，所述分层覆盖层采用将基坑垂直空间按深度差异划分为三个特征分区并配置三种类型的无线通信模块的分层覆盖策略；

6、在mesh网络中继层，于基坑内部署由多个智能中继节点组成的mesh网络，通过所述智能中继节点运行的多跳路由协议，以多跳转发方式将深坑底部施工数据传输至地面控制中心；

7、在抗干扰处理层，执行自适应跳频与级联信道编码的联合抗干扰处理，所述自适应跳频处理通过对当前工作频段进行全频段干扰检测、根据预设的干扰门限阈值执行干扰判决与黑名单管理、以及根据黑名单动态生成跳频序列并执行跳频同步，实现对干扰频点的主动规避；所述级联信道编码通过在发射端和接收端分别执行级联的信道编码与解码，以提升数据传输的可靠性。

8、进一步地，所述环境感知模块包含多频段信号采集天线阵列，所述多频段信号采集天线阵列的工作频段覆盖低频扩频通信频段、无线局域网通信频段以及移动蜂窝通信频段，并通过时分复用机制对不同频段信号进行顺序采集与处理；

9、所述自适应跳频处理中的干扰判决与黑名单管理，包括：当黑名单中的频点数量超过总频点数量的预设比例时，自动执行门限放松策略，以降低所述干扰门限阈值。

10、进一步地，所述级联信道编码采用内层低密度奇偶校验码和外层turbo码的级联编码架构；在发射端，先将待传输的施工数据比特流输入至低密度奇偶校验编码器进行内层编码，再将生成的第一编码比特序列输入至turbo编码器进行外层编码，最终生成信道编码比特流；在接收端，则先对接收信号进行外层turbo解码，再将外层turbo解码输出的软判决信息输入至低密度奇偶校验解码器进行内层解码。

11、进一步地，所述分层覆盖策略将基坑垂直空间按照深度差异划分为深坑底部区域、基坑内部区域和基坑顶部区域三个特征分区；在所述深坑底部区域配置采用扩频调制体制的低频扩频通信模块进行覆盖，在所述基坑内部区域配置支持正交频分复用多载波调制技术的无线局域网通信模块进行覆盖，在所述基坑顶部区域配置移动蜂窝通信模块进行覆盖。

12、进一步地，所述低频扩频通信模块的基带处理单元采用直接序列扩频体制，在发射端将待传输的数据比特流与伪随机噪声码片序列进行异或运算以实现扩频调制，在接收端采用与发射端相同的伪随机码序列进行解扩运算以恢复原始数据。

13、进一步地，所述智能中继节点包含数据感知单元、数据计算单元和数据转发单元；所述数据感知单元集成多种类型的传感器接口以接入所述传感器，所述数据计算单元包含用于协议栈运行和路由计算任务的嵌入式微处理器，所述数据转发单元包含用于与上下层智能中继节点或地面控制中心进行无线通信的多模无线通信射频前端。

14、进一步地，所述多跳路由协议的运行流程包括邻居发现阶段、路由建立阶段和数据转发阶段；

15、在邻居发现阶段，各智能中继节点周期性广播路由hello报文以更新本地邻居列表；

16、在路由建立阶段，各智能中继节点基于本地邻居列表，采用分布式bellman-ford算法计算到达地面控制中心的最短路径跳数，以形成以地面控制中心为根节点的树形路由结构；

17、在数据转发阶段，源节点采用最小跳数优先原则选择下一跳节点，并在存在多条等跳数路径时，采用能量感知的路由度量选择剩余能量最高的路径进行数据转发。

18、进一步地，还包括在链路保障层执行的步骤：

19、对主传输链路和备用传输链路的传输质量进行实时监测；通过健康评估子功能对采集的接收信号强度指示值、信噪比以及误码率进行多指标加权评分，以评估传输链路的健康状态；

20、当链路切换控制器检测到所述主传输链路进入故障状态时，在预设的切换时延内自动将数据传输切换至健康状态最佳的所述备用传输链路。

21、进一步地，所述协议选择控制器依据所述综合质量评分选择综合质量评分最高的协议作为当前最优传输协议，具体为：将所述深度神经网络模型输出的各候选传输协议的综合质量评分进行比较，并将控制信令下发至与所述当前最优传输协议对应的无线通信模块，以指示与所述当前最优传输协议对应的无线通信模块进入数据发送就绪状态。

22、进一步地，所述智能中继节点采用太阳能与蓄电池双模供电架构进行供电；

23、各智能中继节点沿基坑坑壁环形布置，在每个深度层面至少部署3个智能中继节点以构成冗余路由拓扑；

24、当电源管理模块监测到蓄电池组的剩余电量低于预设阈值时，触发低功耗运行模式以降低数据采集频率和发射功率。

25、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

26、1、本发明通过协议选择层利用深度学习模型对环境感知数据进行推理，动态选出当前最优传输协议，并配合分层覆盖层按深度划分三个特征分区分别配置低频扩频、无线局域网和移动蜂窝通信模块，有效克服了单一通信体制在基坑垂直空间内底部信号不足、顶部资源浪费的问题，显著提升了全深度范围内的传输可靠性和频谱资源利用效率。

27、2、本发明智能中继节点沿坑壁环形部署并运行基于分布式bellman-ford算法的多跳路由协议，结合分层覆盖中不同深度区域的通信模块衔接，能够有效应对深基坑垂直路径损耗和坑壁遮挡，将深坑底部的施工数据稳定逐级转发至地面，扩展了无线覆盖范围并增强了网络抗毁性。

28、3、本发明抗干扰处理层采用自适应跳频主动规避干扰频点，并以内层低密度奇偶校验码和外层turbo码级联编码提升纠错能力，同时链路保障层实时监测主备链路质量并在故障时自动快速切换，从而在强电磁干扰和设备故障等不利条件下仍能维持稳定可靠的数据传输，确保基坑施工安全监测的实时性和完整性。