摘要：土木工程需要解決的根本問題是工程的安全，使結構能夠抵抗各種自然或人為的作用力。任何一個工程結構都要承受自身重量，以及承受使用荷載和風力的作用，濕度變化也會對土木工程結構產生力作用。在地震區，土木工程結構還應考慮抵御地震作用。此外，爆炸、振動等人為作用對土木工程的影響也不能忽賂。土木工程是個系統工程，涉及方方面面的知識和技術，是運用多種工程技術進行勘測、設計、施工的成果。土木工程隨著社會科學技術和管理水平而發展，是技術、經濟、藝術統一的歷史見證。影響土木工程的因素既多又復雜，使得土木工程對實踐的依賴性很強。

　　關鍵詞：土木工程,工程建設,土木論文刊發

　　隨著科學技術的進步和工程實踐的發展，土木工程這個學科也已發展成為內涵廣泛、門類眾多、結構復雜的綜合體系。例如，就土木工程所建造的工程設施所具有的使用功能而言，有的供生息居住之用，以至作為“入土為安”的墳墓;有的作為生產活動的場所;有的用于陸海空交通運輸;有的用于水利事業;有的作為信息傳輸的工具;有的作為能源傳輸的手段等等。這就要求土木工程綜合運用各種物質條件，以滿足多種多樣的需求。土木工程已發展出許多分支，如房屋工程、鐵路工程、道路工程、飛機場工程、橋梁工程、隧道及地下工程、特種工程結構、給水和排水工程、城市供熱供燃氣工程、港口工程、水利工程等學科。其中有些分支，例如水利工程，由于自身工程對象的不斷增多以及專門科學技術的發展，也已從土木工程中分化出來成為獨立的學科體系，但是它們在很大程度上仍具有土木工程的共性。

　　1、緒論

　　1.1前言

　　在人類進入電子信息時代以后，社會的發展速度達到了空前的地步。在機器的幫助下，生產力提高了幾十倍，人與人之間的距離也開始大跨步的縮短。從上個世紀80年代以來，在電子技術和計算機技術迅速發展的推動下，無線通信和網絡技術也獲得了長足的發展。在日常生活工作中，因為無線網絡的方便而顯得越來越重要。從公共安全、生態環境、應急指揮、智能交通到工農業、軍事、國防等諸多方面領域有著廣泛的應用。在現有的無線傳感器網絡中，ZigBee技術發展發展尤為迅速。ZigBee這個名詞是來源于蜜蜂的舞蹈，蜜蜂在飛行過程中會不停的出現219與Zag的圖像來交換它們之間的各種信息，它們身材較小，數量眾多，形成的網絡龐大，而自己需要的食物非常少。這正是ZigBee技術的主要特點:結構小巧簡單、組網靈活多樣、低成本、低功耗。具有非常大使用價值和十分廣闊的應用前景。

　　1.2課題背景

　　本課題是在西安建筑科技大學智能建筑研究實驗室與土木工程結構實驗室共同支持的自選研究課題。在土木結構狀態檢測中，傳統的方法都是建立在龐大的有線網絡的基礎上。這中方法不僅有煩瑣的布線煩惱，而且在電纜的用量上也是相當的驚人，也是整體造價比較高的一個重要原因，尤其是在越來越高的摩天大樓和跨度越來越長的大橋上。并且隨著時間的流逝，電纜的老化，傳輸的速率與準確率也會有影響，而且在外界風荷載等作用，線纜的擺動會嚴重影響到檢測精度。如果發生地震等災害，電纜受損，檢修整個系統將會是一件非常龐大的工程。在這樣的背景下，我們提出用無線網絡傳感器技術對土木結構狀態進行檢測。這樣我們省去了布線的環節，也大大降低的造價成本，并且在日常檢修或著在災后重建網絡中也簡化了大量工作。更重要的是在安裝與檢修的時候，不會對土木建筑造成任何損傷。相信在未來的土木工程結構狀態檢測中，無線傳感器網絡的大量應用肯定是人們的首選也是發展的必然趨勢。

　　2、ZIGBEE技術及協議

　　2.121GBEE技術概述

　　Bee是蜜蜂的意思，而219則是蜜蜂在空中飛舞時的一個大體軌跡，從而互相交流并傳遞信息。蜜蜂的特點就是體積小、數量多、能量消耗少、蜂群所形成的網絡龐大而且非常靈活，它正好吻合了ZigBee無線傳感器網絡得一些基本特征，這也是ZigBee這個名詞的來源。ZigBee聯盟成立于2001年8月，其主要目標是以通過融入無線傳感器網絡功能，為消費者提供更富彈性、更方便使用的電子產品，建立初期主要成員有美國摩托羅拉公司、日本三菱公司、荷蘭飛利浦公司和英國Invensys公司。目前在這四大公司的倡導下，全球已超過160家公司加入該聯盟，中國華為公司也在其中。近些年，中國也成立了自己的ZigBee聯盟，目前正處在蓬勃的發展當中。ZigBee技術的工作頻段分為3個;美國主要使用915MHz，歐洲是865MHz，而2.4GHz頻段在全球都可以使用。三個頻段都是免費頻段，其傳輸速率分別為4Okbit/s、20kbit/s和250kbit/s。單個節點理論傳輸距離可達100米，但是可以通過多跳來實現遠距離信息傳輸。理論上一個協調器可連接255個節點，而整個網絡按三級網絡結構拓撲的話，最多可以連接65000個網絡節點。

　　2.1.1zigBee技術的基本特點

　　ZigBee技術實現的是低成本、短距離、小吞吐量、低功耗、低速率、高安全性的傳輸方式，在遠程監控等領域有著廣泛的應用，同時終端節點可以搭載各類傳感器，并可實現遠程定位功能。根據實際情況既可以人為控制網絡結構，也可以自由靈活組網，網絡形式多樣，結構簡單，加上造價成本低廉，非常適合在環境惡劣，無人進入的環境中工作。同時，ZigBee技術的出現也填補了低速率的無線傳感器網絡的空白，豐富了無線傳輸技術的內容。

　　(1)低功耗。網絡節點全部采用干電池供電，一般情況下兩節五號電池就可以讓一個節點工作數月，如果節點是精簡功能節點，定時休眠與喚醒，則兩年時間可以不用更換電池。相比其他現有無線傳感器的功耗，如藍牙一次充電可以工作幾周，而Wi一Fi只有數小時，ZigBee技術的這個特點尤為突出。

　　(2)低速率。根據協議規定的三個無線頻段，ZigBee技術也有三個傳輸速率，分別是Zokbit/s、40kbit/S和250kbit/S，適合在小吞吐量的網絡中工作，同時也為低功耗的特性奠定了基礎。

　　(3)低成本。傳統幾種無線網絡傳感器的造價都相對比較高，如果大規模的應用節點來組網通信，其綜合成本

　　可能會高于項目本身的利潤，從而失去意義。而ZigBee模塊的價格大約是其他模塊的十分之一，隨著技術的成熟，其造價肯能會更低，外加協議和2.4GHz頻段免費，使其大規模組網成為現實。

　　(4)短距離。短距離傳輸只是相對而言，兩個終端節點的通信距離一般在100米之內，但是可以通過利用網絡中的路由節點來完成多跳傳輸，使數據傳輸距離在理論上可以達到無限遠。

　　(5)短延時。為了節約能量，ZigBee的一些終端節點被定義為精簡功能節點，定時工作，而其余時間都處于休眠狀態。而從休眠狀態轉入工作狀態，再到加入網絡整個過程只需要45ms左右。相比較，其他無線節點都需要幾秒鐘的時間來喚醒。

　　(6)高容量。ZigBee無線網絡組網非常靈活，根據實際需要可以組成星型、樹形和環型(網狀)網絡。網絡分為三級，分別為網絡協調器，路由器和網絡終端節點，一個網絡協調器可以連接255個路由器，每個路由器也可以連接255個節點，所以理論上講每個網絡可以包括65000個節點。如果再加上網絡協調器之間的連接，整個網絡中的節點數目將會是一個非常龐大的數字。

　　(7)安全性。21ghee技術根據實際情況采用了3級安全模式和4種安全服務，第一級為無安全設定;第二級是通過使用訪問控制列表(ACL)來防止非法獲取數據;第三級是高級安全模式，可以使用4中安全服務:訪問控制、數據加密、幀完整性檢測和序號刷新。

　　(8)穩定性。由于網絡組網形式多樣，數據傳輸采用多跳方式，不會由于一個或幾個網絡節點癱瘓或脫網而造成數據丟失，從而保證了整個網絡和數據傳輸的良好穩定性。