前  言

地下工程是深入地面以下為開發利用地下空間資源所建造的地下土木工程。它包括地下房屋和地下構築物、地下鐵道、公路隧道、水下隧道、地下共同溝和過街地下通道等。在建設與維護地下工程中，為了保證地下工程施工及維護的安全性，需要對相關岩土應力特性、地下結構，以及地下施工設備及人員進行有效的監測監控。無線傳感器綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協同地實時監測、感知和采集各種環境或監測對像的信息。這些信息通過無線方式被發送，並以自組多跳的網絡方式傳送到用戶終端，從而實現物理世界、計算世界及人類世界的連通。無線傳感器網絡已經在軍事國防、工農業、城市管理、生物醫療、環境監測、搶險救災、防恐反恐、危險區域遠程控制等領域得到了廣泛應用。
將無線傳感器網絡技術應用於地下工程，可有效地構建地下工程環境及施工設備、人員的有效監測監控繫統，保障地下工程的安全。地下工程的地理幾何形狀大多數呈現一種狹長形狀，因此，在應用無線傳感器網絡對其監測時，網絡節點需要沿狹長形區域布置，也就是地下無線傳感器網絡的拓撲結構表現為鏈式拓撲結構。因此，地下無線傳感器網絡具有一些自身的特點，需要對其關鍵技術進行深入研究。
從2006年開始，在中國博士後科學基金項目、高等學校博士學科點專項科研基金、四川省應用基礎研究計劃項目、江蘇省“六大人纔高峰”資助項目、江蘇省高校科研成果產業化推進工程項目、機械繫統國家重點實驗室開放課題、成都理工大學礦業裝備技術科研創新團隊等的資助下，對面向地下工程的無線傳感器網絡繫統結構、通信模式、節點開發、節點能量收集、定位算法進行了較為深入的探討。本書正是這些研究工作的一個小結。
全書共5章，包括地下無線傳感器網絡體繫結構、本質安全型網絡節點繫統、網絡節點能量收集方法、協同感知方法和自主定位跟蹤方法。地下無線傳感器網絡體繫結構主要介紹地下無線傳感器網絡的拓撲模型、地下非理想無線通信模型的建立過程，以及節點的布置策略。本質安全型網絡節點繫統主要介紹網絡節點本質安全電源電路的設計與分析、各網絡節點硬件與軟件設計，以及網絡節點繫統的性能分析。節點能量收集方法主要介紹壓電發電技術、變頻發電技術，以及壓電-電磁寬頻發電技術。協同感知方法主要介紹網絡工作調度策協同目標感知策略。自主定位跟蹤方法主要介紹節點定位工作流程、中垂線定位方法、基於虛擬衍生點的估計定位算法、基於Voronoi圖的三維定位算法，以及基於RBF神經網絡的運動目標跟蹤預測方法。
在對本書內容進行研究的過程中，筆者得到了許多學者的幫助，在此表示感謝。特別感謝朱真纔教授的指導與幫助。特別感謝羅成名、付海嶺、周公博、張蕾、盧倩等所付出的辛勤勞動。感謝電子工業出版社的吳長莘老師、朱雨萌老師所付出的辛勤勞動。
本書所用資料不限於書後所列的參考資料。在此謹向在書中提及與未提及的單位和作者表示感謝。
由於作者水平有限，本書難免有疏漏和欠妥之處，懇請讀者批評指正。

作  者
2016年8月