面向建筑结构安全监测的语义传感器web关键技术研究

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1、中文图书分类号：TP391密级：公开UDC：004.7学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：面向建筑结构安全监测的语义传感器Web关键技术研究论文作者：王海渊学科：控制科学与工程指导教师：刘际明教授论文提交日期:2016年6月UDC：004.7学校代码：10005中文图书分类号：TP391学号：B201202012密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：面向建筑结构安全监测的语义传感器Web关键技术研究英文题目：RESEARCHOFKEYTECHNOLOGIESOF

2、SEMANTICSENSORWEBFORMONITORINGBUILDINGSTRUCTURESAFETY论文作者：王海渊学科专业：控制科学与工程研究方向：网络智能与脑信息学申请学位：工学博士指导教师：刘际明教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证

3、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：王海渊日期：2016年6月15日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：王海渊日期：2016年6月15日导师签名：刘际明日期：2016年6月15日摘要摘要随着物联网技术的发展，各种具有感知功能的系统不断地接

4、入互联网，互联互通的各种数据使得城市的发展趋向于数字化和智能化。建筑行业的飞速发展以及城市中老旧建筑危险情况的频繁出现也为物联网应用于建筑安全领域提出了迫切的需求。城市中越来越多的楼宇、桥梁等建筑物开始安装并使用结构安全监测系统。工程师每天对来自安全监测系统的海量感测数据进行分析、处理，实施着对建筑物安全状况的监测，以便在建筑发生事故之前进行报警，减少灾害的发生。这种对于建筑物结构安全的监测往往会持续较长时间，可能多达几十年，甚至在建筑物的整个生命周期都需要进行。建筑物的结构安全特征也不是仅由几个或几种传感器所能

5、感知的，需要由多种类型的传感器数据综合反映。因此，建筑结构安全监测系统具有使用时间长、数据量大和数据种类多等特点。多数据类型和长期的数据记录，使得基于传统技术的监测系统在传感器管理和维护、感测数据管理、系统效率以及在智慧城市中数据共享等方面存在一定的不足。语义传感器Web（SemanticSensorWeb）将语义技术与物联网中的大量传感器进行关联，提供了有效的数据表示、管理和共享技术手段，为基于知识的智能化传感器数据处理提供理论基础。本文主要的研究内容包括以下几个方面：1）针对建筑结构安全监测涉及多领域知识的问

6、题，对建筑监测相关技术规范、采集仪组成结构、传感器技术指标等进行了研究，提出通过建立建筑物、测点、传感器、数据采集仪等不同领域的本体，将知识推理应用到设备管理、系统设计、维护以及故障诊断当中，从而提高整个系统的智能化程度。2）分析了既有监测系统的数据组成和组织特点，在不改变原有系统数据结构的情况下，提出了相关资源的层次组织结构，将相关的资源划分为原始数据、语义数据和多源知识。将不同原始数据通过语义化的方法形成为对应本体的实例，融入建立的知识体系当中。应用多源知识的融合实现传感器故障检测和差异化的感测数据处理。3）

7、随着感测数据的不断增加，工程师进行数据处理的负担也随之加重。在分析数据处理流程的基础上，提出了通过组合Web服务的方法进行感测数据的I北京工业大学工学博士学位论文处理。一方面利用Web中常识服务对感测数据的合理性进行判断；另一方面将Web中的算法服务进行组合，实现对感测数据的自动化处理。为了避免因组合异步、并行的服务带来的错误，利用Pi演算对组合的Web服务进行了形式化表达并进行验证，以避免锁死现象的发生。4）将基于语义传感器Web的监测系统应用于现场监测项目当中，进行测试。测试结果表明，将工程师经验知识和

8、Web服务融合到系统当中，可以识别错误数据，辅助工程师日常维护系统；对于日渐增多的传感器数据通过组合Web服务，有效的利用Web中的算法降低数据的规模，给用户提供精确的数据服务。本文的主要创新点概括如下：1）针对建筑结构安全监测过程中涉及领域知识广的特点，为了实现多领域知识的表达和组织提出了建立领域本体的方法。传统的建筑结构安全监测系统中对信息记录错误或缺失等问题尚没有好