CN106289411A - 一种房屋形变监测系统及其监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种房屋监测系统及其监测方法，房屋监测系统包括GPS/BDS模块、风力风向传感器模块、信息处理模块、云端服务器、客户端模块，GPS/BDS模块用于实时定位检测的墙体所处位置，并产生实时定位数据；风力风向传感器模块用于实时检测风力、风向数据；信息处理模块包括信息处理模块、存储模块、wifi模块，信息处理模块收集由GPS/BDS模块检测的实时定位数据以及收集由风力传感器模块检测的实时风力、风向数据，然后存储于存储模块；存储于于存储模块内的实时定位数据及实时风力、风向数据经过wifi模块上传至云端服务器，由云端服务器进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据；客户端模块用于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测系统，特别是一种房屋形变监测系统及其监测方法。
背景技术
随着我国楼房、桥梁等城市大型基础设施的老年化，建筑结构健康监测越来越重要，迫切需要开发基于新技术的自动结构健康监测系统。采用新型的卫星定位技术和网络信息技术监测、管理、分析和预测建筑结构安全状况正是切合这一社会需求，其市场会越来越广阔，将逐步形成建筑物结构健康监测、安全性评估、损伤修复、安全维护的新兴高科技产业。
目前一般采用GPS定位接收机监测建筑物健康状态，国内外都有成功案例，但是，单一用GPS进行监测，存在下列两方面的问题：1、系统安全问题，变形监测一般采用相对定位技术，GPS相对定位技术目前已经广泛应用在各种变形监测中。单一使用GPS技术，有很多不足。例如包括电信、金融、电力以及互联网领域，之前普遍用的是GPS授时。金融业对时间的要求很高，时间一乱，造成的损失难以估算。而在军事领域，上世纪90年代我国在东南沿海的一次军演中，使用的GPS卫星就曾出现问题。2、系统可靠性问题，单一系统变形监测而言，变形监测在连续性、可用性、可靠性、精度以及效率等各方面都有不足之处。
鉴于上述缺陷，实有必要设计一种基于BDS/GPS双系统的建筑物健康监测评估系统，并辅以综合传感器设备，对房屋周边环境进行感知，动态对BDS/GPS测量结果进行校准。目前，房屋的质量安全检测主要依靠建成后的检查和定期检查，另外检查手段主要为目测及其他依靠工具的人工测量方式，但无法对结构体的内部进行深度检查，而深度检查找出具体损害点就可能对房屋结构体产生一定程度的破坏，无法对房屋安全进行深入确彻的实时监控。
发明内容
本发明的目的就是为了解决背景技术中的缺陷，提供一种房屋形变监测系统及其监测方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种房屋形变监测系统，包括GPS/BDS模块、风力风向传感器模块、信息处理模块、云端服务器、客户端模块，其中：
GPS/BDS模块：其用于实时定位检测的墙体所处位置，并产生实时定位数据；
风力风向传感器模块：其与GPS/BDS模块捆绑安装，用于实时检测风力、风向数据；
信息处理模块：其包括信息处理模块、存储模块、wifi模块，GPS/BDS模块、风力传感器模块分别与处理器模块电性连接，并收集由GPS/BDS模块检测的实时定位数据以及收集由风力传感器模块检测的实时风力、风向数据，然后存储于存储模块；
云端服务器：存储于于存储模块内的实时定位数据及实时风力、风向数据经过wifi模块上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据；
客户端模块：其用于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。所述客户端模块包括手机、平板及电脑。
所述的房屋形变监测系统，还包括与GPS/BDS模块捆绑连接的温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块。温度传感器模块：其用于检测建筑物的实时温度；湿度传感器模块：其用于检测建筑物的实时湿度；雨量传感器模块：其用于检测实时的雨量大小；震动传感器模块：其用于检测房屋的短时震动频率、幅度；温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块分别与处理器模块电性连接。
一种利用所述房屋形变监测系统进行房屋形变监测方法，即在一栋房屋房顶的四个角上分别安装GPS/BDS模块及与模块捆绑安装的风力风向传感器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、震动传感器模块，通过信息处理模块控制GPS/BDS模块及风力传感器模块每隔5分钟-60分钟检测、收集一次定位数据以及风力、风向数据，同时通过温度传感器模块检测建筑物的实时温度、通过湿度传感器模块检测建筑物的实时湿度、通过雨量传感器模块检测实时的雨量大小、通过震动传感器模块检测房屋的短时震动频率、幅度，并获取相应数据，上述收集的数据存储于存储模块，信息处理模块通过wifi模块将收集的上述数据上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据，并通过客户端模块于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。
本发明与背景技术相比，具有解决了传统监测或检测方法不能对建筑目标实现常态化、实时性监测的难题，以及安装部署不方便，维护费、硬件费用高等问题，达到安装部署方便，并降低维护费用；与已经存在的GPS监测方法相比，加入了各种环境传感器对周围情况的感知，去除了非永久性房屋形变位移数据位移影响，提高了监测数据的精度；同时通过数据上传，进行云分析，即降低了硬件费用，又能实现数据的综合化信息管理和长时间存储，具有精准度高、实时性、少人工、低成本等特点。
附图说明
图1是房屋形变监测系统的原理框图。
具体实施方式
实施例1：参照图1。一种房屋形变监测系统，包括GPS/BDS模块、风力风向传感器模块、信息处理模块、云端服务器、客户端模块，其中：
GPS/BDS模块：其用于实时定位检测的墙体所处位置，并产生实时定位数据；
风力风向传感器模块：其与GPS/BDS模块捆绑安装，用于实时检测风力、风向数据；
信息处理模块：其包括信息处理模块、存储模块、wifi模块，GPS/BDS模块、风力传感器模块分别与处理器模块电性连接，并收集由GPS/BDS模块检测的实时定位数据以及收集由风力传感器模块检测的实时风力、风向数据，然后存储于存储模块；
云端服务器：存储于于存储模块内的实时定位数据及实时风力、风向数据经过wifi模块上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据；
客户端模块：其用于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。所述客户端模块包括手机、平板及电脑。
所述的房屋形变监测系统，还包括与GPS/BDS模块捆绑连接的温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块捆绑安装，温度传感器模块：其用于检测建筑物的实时温度；湿度传感器模块：其用于检测建筑物的实时湿度；雨量传感器模块：其用于检测实时的雨量大小；震动传感器模块：其用于检测房屋的短时震动频率、幅度；温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块分别与处理器模块电性连接。
温度变化易对建筑物的基础结构带来伤害，易导致房屋产生一定的裂变，经测试，温度对建筑结构的影响是一种非线性的影响。
湿度会对房屋以及地基产生一定影响，长时间的干燥或者过于湿润的环境下，房屋容易放生永久形变。
长时间的降水对建筑物地基和结构的冲刷与浸泡会给建筑物带来较为严重的破坏，也会对建筑物的材料进行腐蚀等。
房屋的震动易对房屋结构产生永久性损伤，自然或非自然的震动都会使得房屋整体构架发生位移、变形等。
故房屋的监测评估需要温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块采集的各项数据。
一种利用所述房屋形变监测系统进行房测监测方法，即在一栋房屋房顶的四个角上分别安装GPS/BDS模块及与模块捆绑安装的风力风向传感器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、震动传感器模块，通过信息处理模块控制GPS/BDS模块及风力传感器模块每隔5分钟-60分钟检测、收集一次定位数据以及风力、风向数据，同时通过温度传感器模块检测建筑物的实时温度、通过湿度传感器模块检测建筑物的实时湿度、通过雨量传感器模块检测实时的雨量大小、通过震动传感器模块检测房屋的短时震动频率、幅度，并获取相应数据，上述收集的数据存储于存储模块，信息处理模块通过wifi模块将收集的上述数据上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据，并通过客户端模块于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。
其中考虑到房屋发生震动时，房屋顶部位移量最大，温度/湿度/雨量受到干扰较小可以获得较精准的数据。当房屋发生震动时，震动传感器收集震动的幅度、角速度，时间数据等。温度/湿度/雨量传感器采集实时的雨量、温湿度数据。数据实时传送至信息处理模块，经过信息处理模块的初步滤波，去噪后，上传有效数据至云端服务器。
通过计算房顶上四个坐标点的相对位移，通过比较房顶上四个坐标点的绝对位移，即测试点有四个，其中一个相对其他三个坐标的位移；计算四个坐标的倾斜度；取房顶上四个坐标点的水平绝对位移相减抵消，计算相对位移，得到房屋偏移方向及位移、内部裂变程度；取房顶上四个坐标点垂直位移，两两相取，计算沉降、垂直方向裂变程度；通过对房顶上四个坐标点的位移计算、建模，得出房屋形变的状态；收集到的风力、风向、温度、湿度、雨量、震动数据，经过处理用于帮助处理GPS/BDS数据，用于抵消环境因素引起的非永久性的波动。
收集的风力、风向、温度、湿度、雨量、震动数据进行求参、建模，将上传的数据进行矩阵化，通过稀疏编码器，求得有效的参数，将参数输入预建的神经网络模型中，得到综合的预估模型，可得到综合传感器数据的影响曲线；将综合曲线与平滑曲线进行处理，可得到抵消环境因素的位移数据。
对收集的各传感器数据进行求参、建模，得到粗略的预估模型，再对得到的模型数据进行处理，得到对GPS/BDS平滑后数据的影响曲线；对GPS/BDS模块数据进行滤波、平滑性处理，可得到有效的位移曲线。考虑实际得到的数据，对得到的数据进行单独设计的滤波器，用于处理一些周期性干扰的因素；由于取得的数据中包含了一些非线性，不确定性因素的干扰，对数据进行平滑性处理时，参考了基于UKF的神经网络模型。UKF是无损变换和标准卡尔曼滤波体系的结合，适用于非线性系统，神经网络具有参数少，逼近效果好的特点，也同样适合于非线性问题。
将数据进行综合处理，可得到抵消环境因素引起的永久性偏移的数据。将取得的周围实时环境数据以及房屋振动数据输入到房屋数据模型中，可以粗略预测房屋非永久性偏移数据，再取同时段的北斗数据，进行计算，实时抵消干扰数据，可得到非环境因素影响下的永久性房屋形变位移数据。
需要理解到的是：本实施例虽然对本发明作了比较详细的说明，但是这些说明，只是对本发明的简单说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神内的发明创造，均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种房屋形变监测系统，其特征在于包括GPS/BDS模块、风力风向传感器模块、信息处理模块、云端服务器、客户端模块，其中：
GPS/BDS模块：其用于实时定位检测的墙体所处位置，并产生实时定位数据；
风力风向传感器模块：其与GPS/BDS模块捆绑安装，用于实时检测风力、风向数据；
信息处理模块：其包括处理器模块、存储模块、wifi模块，GPS/BDS模块、风力传感器模块分别与处理器模块电性连接，并收集由GPS/BDS模块检测的实时定位数据以及收集由风力传感器模块检测的实时风力、风向数据，然后存储于存储模块；
云端服务器：存储于于存储模块内的实时定位数据及实时风力、风向数据经过wifi模块上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据；
客户端模块：其用于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋变形程度。
2.根据权利要求1所述的房屋形变监测系统，其特征是在于还包括与GPS/BDS模块捆绑连接的温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块捆绑安装。温度传感器模块：其用于检测建筑物的实时温度；湿度传感器模块：其用于检测建筑物的实时湿度；雨量传感器模块：其用于检测实时的雨量大小；震动传感器模块：其用于检测房屋的短时震动频率、幅度；温度传感器模块、湿度传感器模块、雨量传感器模块、震动传感器模块分别与处理器模块电性连接。
3.根据权利要求1所述的房屋形变监测系统，其特征是：所述客户端模块包括手机、平板及电脑。
4.一种利用权1-3所述房屋形变监测系统进行形变监测的方法，其特征在于：在一栋房屋房顶的四个角上分别安装GPS/BDS模块及与该模块捆绑安装的风力风向传感器模块、温度传感器模块、湿度传感器模块、震动传感器模块，通过处理器模块控制GPS/BDS模块及风力传感器模块每隔5分钟-60分钟检测、收集一次定位数据以及风力、风向数据，同时通过温度传感器模块检测建筑物的实时温度、通过湿度传感器模块检测建筑物的实时湿度、通过雨量传感器模块检测实时的雨量大小、通过震动传感器模块检测房屋的短时震动频率、幅度，并获取相应数据，上述收集的数据存储于存储模块，处理器模块通过wifi模块将收集的上述数据上传至云端服务器，由云端服务器根据进行分析、运算、处理后，得到房屋形变位移数据，并通过客户端模块于综合显示由云端服务器分析、运算、处理后的房屋形变位移程度。
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