基于无线传感器网络（WSN）的数据收集系统能够满足实时、高效、灵活的监测需求,是土木结构监测、环境监测等应用领域的研发热点。基于WSN的数据通信方式可分为单收发器-单信道、单收发器-多信道和多收发器-多信道（MRMC）三种。其中,MR-MC通信方式实现了无线传感器网络全双工通信,不仅有利于提高网络容量,同时在负载均衡、可靠性及通信时延方面存在一定优势。因此本文研究了MR-MC WSN数据收集关键技术和实现方法,旨在优化面向土木结构健康监测的无线监测系统的数据收集性能。针对结构监测应用高采样率和低功耗要求,基于MATLAB仿真研究多收发器-多信道-多功率级数（MR-MC-MP）无线通信模式,并提出一种二值化花授粉算法与粒子群优化算法相混合的元启发式新算法（BFPA-PSO）,以解决MR-MCMP WSN最优链路调度及收发器、信道、功率级数分配的联合优化问题。仿真结果表明,与单收发器-单信道-单功率级数和单收发器-多信道-单功率级数通信模式相比,MR-MC-MP通信方式具有更高的网络容量和更低的平均功耗。同时,开展了BFPA-PSO优化与其它常见群智能算法及其混合算法对比研究,结果显示BFPA-PSO在收敛性和全局优化方面具有明显优势。设计了基于CC2530射频收发器的MR-MC无线数据采集系统,包括无线数据采集节点,基站节点和上位机软件。无线数据采集节点的硬件电路主要包括高能效电源管理模块、双射频收发器模块、低噪声模拟信号采集模块、数字传感器模块。基站节点汇聚采集节点的数据并转发给上位机,其硬件设计主要包含CC2530收发模块以及USB虚拟串口通信电路。基于Simplici TI的底层协议栈,设计一种实用的应用层MR-MC通信协议,实现高效无线数据传输。无线数据采集节点采用直接存储器访问方式,无需CPU干预的情况下,实现高效数据采集。上位机监控中心软件主要基于MATLAB GUIDE平台和My SQL数据库,能够实现传感器数据的实时显示、查询、存储,以及无线数据采集节点和基站节点相关参数的配置。实验测试结果及其分析表明,所设计的无线数据采集系统具有传输距离远、丢包率低、采样率高、吞吐率高等优点,基本能满足结构监测数据收集性能需求。