CN101950033A - 基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，旨在提供一种精度高、成本低廉、覆盖范围广的大型建筑震动监测系统，本发明采用以下技术方案：包括控制中心(1)、监测中心(2)、有线网络系统(3)、GPS定位模块、GPS授时模块、太阳能供电设备；所述有线网络系统(3)与监测中心(2)连接，并且还与控制中心(1)连接；监测中心(2)安装在待监测大型建筑物上；监测中心(2)处连接有GPS定位模块；控制中心(1)与监测中心(2)处各连接有GPS授时模块；太阳能供电设备用以向监测中心(2)处各设备供电。本发明主要用于高层建筑、桥梁、堤坝等大型建筑上震动信号的监测。

Description

基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统

技术领域

本发明涉及一种震动监测系统，尤其涉及高层建筑、桥梁等大型建筑的震动监测系统。

背景技术

目前，由于地质灾害、环境破坏、人为因素、建筑质量低劣引起的住房、桥梁、大坝等大型建筑的坍塌、裂缝、断裂事故时有发生，给人们的生命财产安全造成了重大损失。为了对桥梁、大坝等大型建筑的安全性进行监测，现有技术采用位移传感器采集被监测对象的震动信号，将震动信号进行处理，并通过数据传输系统向监测中心人员报告险情；我国目前使用的桥梁、大坝等大型建筑安全性监测设备均为国外进口产品，采用GPS传感器，价格昂贵，数据传输系统的工作方式受地域限制，对于电网不能到达的地方无法实现监测。而对于高层楼房安全性的监测技术基本属于空白阶段。

发明内容

      本发明针对现有技术的不足，提供了一种测量精度高、成本低、分布广的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统。本发明采用以下技术方案实施，本系统包括控制中心、监测中心、有线网络系统、GPS定位模块、GPS授时模块、太阳能供电设备；所述有线网络系统与监测中心连接，并且还与控制中心连接；有线网络系统为Internet网络，包含同轴电缆、路由器、防火墙与网络交换机；所述监测中心安装在待监测大型建筑物上；所述控制中心包含一计算机、电话、传真机；监测中心包含一计算机、位移传感子系统、电话、传真机、视频采集器、图像编解码器、音视频切换器；所述监测中心处连接有GPS定位模块；所述控制中心与监测中心处各连接有GPS授时模块；所述太阳能供电设备输出220V交流电压给监测中心的计算机、传真机、视频采集器、音视频切换器、图像编解码器及监测中心处的网络交换机、防火墙及路由器供电，所述太阳能供电设备还给第一级滤波器、放大器、第二级滤波器、ARM板、GPS定位模块和GPS授时模块供电。

所述控制中心的计算机通过控制中心处的防火墙、路由器与Internet网络连接，控制中心的电话和传真机分别与控制中心处的语音网关连接，控制中心处的语音网关通过控制中心处的路由器与Internet网络连接。

所述监测中心的计算机与网络交换机连接，网络交换机通过监测中心处的防火墙、路由器与Internet网络连接；监测中心的电话和传真机分别与监测中心处的语音网关连接，监测中心处的语音网关通过监测中心处的路由器与Internet网络连接；视频采集器输出端与监测中心的计算机连接；音视频切换器输入端与监测中心的计算机连接；所述音视频切换器的输出端与图像编解码器输入端连接；图像编解码器输出端与网络交换机连接。

两个以上的监测中心计算机连接在同一个网络交换机上。

位移传感子系统包含三个位移传感器、三个第一级滤波器、三个第二级滤波器、三个放大器与一块ARM板。所述三个位移传感器分别安装在建筑物的水平X轴、Y轴方向与垂直Z轴方向；三个位移传感器输出端分别与一个第一级滤波器连接；第一级滤波器输出端分别与一个放大器连接；放大器输出端分别与一个第二级滤波器连接；三个第二级滤波器分别将经过二次滤波后的信号传输给ARM板，ARM板上的AD转换功能将模拟的震动信号转换为数字信号，传输给监测中心计算机。

所述第一级滤波器是截止频率为1kHz的低通滤波器。

所述AMR板上装有LED灯与蜂鸣器。

本发明具有精度高、成本低廉、覆盖范围广等特点。由于采用GPS定位与授时系统，控制中心与各监测中心上接有电话机、传真机，监测中心上还接有视频采集器和音视频切换器，可以精确定位发生危险的建筑物位置，并及时做出详细的险情报告。两台以上的监控中心计算机可以连接到同一台网络交换机上，从而节省了设备开销；位移传感子系统采用普通位移传感器，进一步降低了系统开发成本。采用太阳能供电设备对监测中心所有设备供电，使监测不受电网分布的限制，监测范围可扩大至野外供电不便的地点。

附图说明

图1是本发明系统原理框图。

图2 位移传感子系统原理框图。

图3 太阳能供电设备原理框图。

图中标记：控制中心1 监测中心2 有线网络系统3。

具体实施方式

      下面结合附图对本发明作进一步说明。

      本系统包含控制中心1、监测中心2、有线网络系统3、GPS定位模块、GPS授时模块、太阳能供电设备。

图1中，有线网络系统3为Internet网络，包含同轴电缆、路由器、防火墙与网络交换机。控制中心1的计算机与防火墙连接，防火墙与路由器连接，路由器与Internet网络连接。控制中心还包含有电话机与传真机，所述电话机与传真机通过语音网关与路由器连接，用以与各监测中心进行电话、传真通信。控制中心1负责测试网络质量，实时监测各监测中心2，进行信息统计与分配。操作人员可以通过计算机对整个网络进行控制操作，通过屏幕显示并打印监测结果。

多个监测中心2安装在需要被监测的各个建筑上。监测中心2的计算机通过网络交换机与防火墙连接，防火墙再与路由器连接，路由器与Internet网络连接，各监测中心2可以通过Internet网络与控制中心1进行信息交换，接受来自控制中心1的控制信号。监测中心2还包含有电话、传真机、视频采集器、音视频切换器、图像编解码器，用以与控制中心进行电话通信、传真收发与图像传输。其中，电话与传真机通过语音网关与路由器相连；视频采集器用于摄录被监测地点险情，通过USB接口与计算机相连，将摄录的音视频信号，存入计算机；一音视频切换器通过RS232串口与计算机连接；音视频切换器用于对视频信号和音频信号进行分配和切换，可将信号从输入通道切换输送到输出通道中的任一通道上，并且输出通道间彼此独立。计算机将音视频信号传输给音视频切换器，音视频切换器根据需要选择性地将音频信号或者视频信号单独送往图像编解码器，也可以将分离的音频信号与视频信号同时送往图像编解码器，图像编解码器对音频、视频信号进行量化、压缩、编码处理，再通过路由器送入Internet网络。

监控中心2分布在需要进行安全性实时监测的建筑物上，分布在同一个建筑物上或者几个临近的建筑物上的控制中心计算机可以连接在同一网络交换机上，以节省设备开销。

GPS定位模块监测中心2计算机相连，向控制中心1提供被监测地点的准确位置信息；GPS授时模块分别与控制中心计算机和监测中心计算机相连，用以向控制中心与监测中心提供同频同相位的精准同步时钟信号。本发明系统中的GPS授时模块的频率可以根据需要设定为20MHz、40MHz、60MHz、80MHz，精度随频率升高而增加。

图2是位移传感子系统原理框图。位移传感子系统包含三个位移传感器、三个第一级滤波器、三个第二级滤波器、三个放大器与一块ARM板。所述三个位移传感器分别安装在建筑物的水平X轴、Y轴方向与垂直Z轴方向，监测这三个方向上的震动信号。传感器分别将采集到的三个方向上的震动信号转化为电压信号并输出到第一级滤波器。第一级滤波器为截止频率为1KHz的低通滤波器，用以滤除混杂在电压信号中的高频干扰。经过第一级滤波器后的电压信号输入到放大器，放大器将电压信号峰峰值放大到1V，再将信号输出到第二级滤波器，滤除信号放大过程中引入的噪声，第二级滤波器将经过滤波后的信号传输给ARM板，ARM板上的AD转换功能将模拟的震动信号转换为数字信号，传输给监测中心2的计算机；同时，AMR板上的LED灯光报警装置与蜂鸣器声音报警装置发出报警信号。 

图3显示的是太阳能供电设备原理框图，包含太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池。太阳能电池板将太阳的辐射能力转换为电能，转换出来的电能由直流防雷汇流箱后输入到太阳能控制器，由太阳能控制器来控制负载用电和为蓄电池组充电。太阳能控制器同时监测并控制整个太阳能供电系统的工作状态，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用，调节分配系统输入输出功率。蓄电池用以贮存电能，将日照充足时系统发出的多余电能保留在夜间或阴雨天使用，解决了发电与用电时间不一致的问题。所述太阳能供电设备输出220V交流电压给监测中心2的计算机、传真机、视频采集器、音视频切换器、图像编解码器及监测中心2处的网络交换机、防火墙及路由器供电，所述太阳能供电设备还给第一级滤波器、放大器、第二级滤波器、ARM板、GPS定位模块和GPS授时模块供电。

系统工作时，太阳能供电设备首先启动，为监测中心2各设备持续供电。监测中心2与控制中心1计算机启动。控制中心1利用GPS定位和GPS授时模块将所有监测中心精确定位并接到GPS卫星时钟源上。利用有线网络系统3发出通知整个系统开始工作的启动信号。当整个系统开始工作时，每个监测中心2的位移传感子系统对建筑物水平和垂直方向的震动信号进行监测。当有险情发生时，监测中心的位移传感子系统会检测到震动，监测中心2产生报警，并通过有线网络系统3将险情报告控制中心1。控制中心1将信息统计与分配，将险情通过有线网络系统3通知其余邻近的监测中心2，以便险情发生处的邻近区域的人员做好撤离等应急措施。

Claims (8)

1.一种基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，包括控制中心（1）、监测中心（2）、有线网络系统（3）、GPS定位模块、GPS授时模块、太阳能供电设备；所述有线网络系统（3）与监测中心（2）连接，并且还与控制中心（1）连接；所述有线网络系统（3）为Internet网络，包含同轴电缆、路由器、防火墙与网络交换机；所述监测中心（2）安装在待监测大型建筑物上；所述控制中心（1）包含一计算机、电话、传真机；监测中心（2）包含一计算机、位移传感子系统、电话、传真机、视频采集器、图像编解码器、音视频切换器；所述监测中心（2）处连接有GPS定位模块；所述控制中心（1）与监测中心（2）处各连接有GPS授时模块；所述太阳能供电设备输出220V交流电压给监测中心（2）的计算机、传真机、视频采集器、音视频切换器、图像编解码器及监测中心（2）处的网络交换机、防火墙及路由器供电，所述太阳能供电设备还给第一级滤波器、放大器、第二级滤波器、ARM板、GPS定位模块和GPS授时模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，所述控制中心（1）的计算机通过控制中心（1）处的防火墙、路由器与Internet网络连接，控制中心（1）的电话和传真机分别与控制中心（1）处的语音网关连接，控制中心（1）处的语音网关通过控制中心（1）处的路由器与Internet网络连接。

3.根据权利要求1所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，所述监测中心（2）的计算机与网络交换机连接，网络交换机通过监测中心（2）处的防火墙、路由器与Internet网络连接；监测中心（2）的电话和传真机分别与监测中心（2）处的语音网关连接，监测中心（2）处的语音网关通过监测中心（2）处的路由器与Internet网络连接；视频采集器输出端与监测中心（2）的计算机连接；音视频切换器输入端与监测中心（2）的计算机连接；所述音视频切换器的输出端与图像编解码器输入端连接；图像编解码器输出端与网络交换机连接。

4.根据权利要求3所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，两个以上的监测中心（2）计算机连接在同一个网络交换机上。

5.根据权利要求1所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，位移传感子系统包含三个位移传感器、三个第一级滤波器、三个第二级滤波器、三个放大器与一块ARM板；所述三个位移传感器分别安装在建筑物的水平X轴、Y轴方向与垂直Z轴方向；三个位移传感器输出端分别与一个第一级滤波器连接；第一级滤波器输出端分别与一个放大器连接；放大器输出端分别与一个第二级滤波器连接；三个第二级滤波器分别将经过二次滤波后的信号传输给ARM板，ARM板上的AD转换功能将模拟的震动信号转换为数字信号，传输给监测中心（2）计算机。

6.根据权利要求6所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，第一级滤波器是截止频率为1kHz的低通滤波器。

7.根据权利要求6所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，放大器用于将输入的电压信号峰峰值放大到1V。

8.根据权利要求6所述的基于有线网络的大型建筑安全性实时监测系统，其特征在于，AMR板上装有LED灯与蜂鸣器。

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