CN104200620B - 建筑健康远程监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑健康远程监测系统及方法，包括：通过前端传感装置采集被监测对象的健康数据，并将所采集的健康数据通过短距离无线通信方式传输至现场中转站；通过现场中转站接收前端传感装置所采集的健康数据，并通过无线传输方式传输至远程数据管理中心；通过远程数据管理中心将所接收的健康数据进行处理、存储、显示。与现有技术采用有线网络相比，本发明大大减少布线，降低布线难度，同时减少成本，而且降低现场设备的故障排查难度，节省后期的维护成本，扩展性好。

Description

建筑健康远程监测系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及建筑健康远程监测系统及方法。

背景技术

随着科技的发展，世界范围内大型的建筑越来越多。如摩天大楼如雨后春笋般越来越多，且越建越高。世界上著名的摩天大楼有上海环球金融中心、台北101大楼、纽约世贸中心自由之塔、阿联酋迪拜塔等。2008年建成的上海环球金融中心高达492米，2010年竣工的阿联酋迪拜塔已高达828米。在桥梁方面跨度也越来越大，全长越来越长。如马来西亚的槟威大桥、美国马里兰州的切萨皮克海湾大桥、圣马泰奥海沃德大桥等。

随着建筑的年龄的增长，由于环境、气候等自然因素的作用导致老化、侵蚀等问题。部分建筑如桥梁还由于日益增加的交通量、日益增加的车重及超重车辆的增加等加速桥梁退化的速度。建筑的老化、侵蚀、退化等问题影响安全性。因此，需要实时监测建筑的健康状态，做到及时维护、保养，健康状态异常时甚至需要禁止使用，以防建筑的垮塌等意外发生。

目前，传统的建筑检测方法包括人工监测方式及采用有线网络建立连接实现远程监测的方式。传统的人工监测方式需要投入较大的人力资源到现场进行数据的测量、记录等。由于被监测的对象通常为大型的建筑，数据的测量困难，容易产生较大的误差，且完成一次数据的检测需要的时间周期长。采用有线网络建立连接实现远程监测的方式与传统的人工监测方式相比，大大节省了人力资源，缩短了检测完一次数据需要的时间周期，同时一定程度上减小检测数据的误差。但采用有线网络建立连接实现远程监测的方式需要在现场检测设备及后台监控设备之间建立有线网络。现场检测设备及后台监控设备之间的布线复杂、且布线难度高、成本高。此外，采用有线网络建立连接实现远程监测的方式线路及现场检测设备的故障排查难度大。检测系统后期的维护难度大、费用高。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足和缺陷，提供一种基于无线通信的建筑健康远程监测系统及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

建筑健康远程监测系统，其特征在于，包括：

前端传感装置，用于采集被监测对象的健康数据，将所采集的健康数据通过短距离无线通信方式传输至现场中转站；

现场中转站，接收前端传感装置所采集的健康数据，并通过无线传输方式传输至远程数据管理中心；

远程数据管理中心，接收现场中转站的健康数据，将所接收的健康数据进行处理、存储、显示。

具体地，所述前端传感装置包括传感器及与传感器连接的Zigbee节点；所述现场中转站包括Zigbee协调器及与协调器连接的GPRS模块、3G模块或WiFi模块。

具体地，所述传感器与Zigbee节点通过杜邦线连接。

具体地，所述Zigbee协调器与GPRS模块/3G模块通过RS232串口连接。

具体地，所述前端传感装置包括倾斜角传感器装置、压力传感器装置、温湿度传感器装置、有害气体传感器装置。

具体地，所述建筑健康远程监测系统还包括主动查询远程数据管理中心所存储的健康数据、接收远程数据管理中心的预警信息的客户端。

建筑健康远程监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

前端传感装置采集被监测对象的健康数据，并将所采集的健康数据通过短距离无线通信方式传输至现场中转站；

现场中转站接收前端传感装置所采集的健康数据，并通过无线传输方式传输至远程数据管理中心；

远程数据管理中心将所接收的健康数据进行处理、存储、显示。

具体地，所述前端传感装置通过Zigbee无线传感网络将所采集的健康数据传输至现场中转站。

具体地，所述现场中转站通过GPRS网络、3G网络或WiFi网络将所接收的健康数据传输至远程数据管理中心。

具体地，所述健康数据包括被监测对象的倾斜角信息、压力信息、温湿度信息及有害气体信息。

具体地，所述建筑健康远程监测方法还包括远程数据管理中心根据所接收的健康数据判断被监测对象的健康值是否超过预警值，当被监测对象的健康值超过预警值，则输出预警信息到绑定的客户端的步骤。

具体地，所述建筑健康远程监测方法还包括远程数据管理中心根据客户端的查询指令输出相应的健康数据到客户端的步骤。

本发明相比现有技术包括以下优点及有益效果：

(1)本发明的前端传感装置将所采集的健康数据通过短距离无线通信方式传输至现场中转站，现场中转站通过无线传输方式将健康数据传输至远程数据管理中心，与现有技术采用有线网络相比，大大减少布线，降低布线难度，同时减少成本，而且降低现场设备的故障排查难度，节省后期的维护成本，扩展性好。

(2)通过对所采集的健康数据进行滤波，减少数据采集过程中受到的干扰，提高健康数据采集的精确度。

(3)采用手机、平板电脑等移动终端作为客户端与远程数据管理中心通信，主动访问远程数据管理中心查询被监测对象的当前健康数据或历史健康数据，方便、快捷地掌握被监测对象的健康状态。

(4)所述远程数据管理中心将被监测对象的健康值与预设的预警值进行比较，当被监测对象的健康值超过预警值时产生预警信息，并将预警信息和健康值进行输出显示、存储至MySql数据库中、传输至绑定的移动终端和/或当前连接上的移动终端、返回至相应的现场中转站，实现实时报警。

(5)远程数据管理中心能同时接收并处理多个客户端的请求，适用性好。

(6)本发明实现健康数据的实时采集、传输、处理、存储及显示，时效性好。

附图说明

图1为实施例中建筑健康远程监测系统的原理框图；

图2为实施例中前端传感装置的结构示意图；

图3为实施例中现场中转站的结构示意图；

图4为实施例中现场中转站与远程数据管理中心的通信方式示意图；

图5为实施例中建筑健康远程监测系统的信息交互逻辑图；

图6为实施例中建筑健康远程监测方法的主要流程图；

图7为实施例中建立Zigbee无线传感网络及GPRS无线网络的流程图；

图8为实施例中采集被监测对象的健康数据的流程图；

图9为实施例中远程数据管理中心对健康数据的处理流程图；

图10为实施例中现场中转站现场报警的流程图；

图11为实施例中客户端与远程数据管理中心的交互逻辑图；

图12为实施例中客户端与远程数据管理中心的交互流程图；

图13为实施例中JDBC的结构示意图；

图14为实施例中远程数据管理中心的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

所述建筑健康远程监测系统，主要应用于桥梁、摩天大楼、剧院、厂房等大型建筑的健康监测。

如图1所示，建筑健康远程监测系统，包括：若干个前端传感装置、一现场中转站、一远程数据管理中心及若干个客户端，所述前端传感装置通过Zigbee无线传感网络与现场中转站通信连接，所述现场中转站通过无线网络与远程数据管理中心通信连接。所述现场中转站具体可采用GPRS网络、3G网络或WiFi网络与远程数据管理中心通信连接。

如图2所示，所述前端传感装置包括传感器及通过杜邦线与传感器连接的Zigbee节点。如图3、4所示，所述现场中转站包括Zigbee协调器及通过RS232串口与协调器连接的GPRS模块/3G模块/WiFi模块。在本实施例中所述客户端为移动终端，所述移动终端为手机和/或平板电脑。所述移动终端与远程数据管理中心进行绑定，并通过GPRS/3G无线网络连接。

所述前端传感装置包括倾斜角传感器装置、压力传感器装置、温湿度传感器装置、有害气体传感器装置等类型的传感装置。传感装置的类型根据被监测对象及实际需要进行选择。

所述前端传感装置的传感器分别用于采集被监测对象的健康数据，并将所采集的健康数据传输至Zigbee节点，Zigbee节点将所接收的健康数据进行滤波后传输至Zigbee协调器。Zigbee协调器通过RS232串口线将健康数据传输至GPRS模块/3G模块/WiFi模块，通过无线网络传输至远程数据管理中心。所述远程数据管理中心将所接收的健康数据进行进制转换和精度优化等处理后得到被监测对象的健康值，将被监测对象的健康值与预设的预警值进行比较，当被监测对象的健康值超过预警值时产生预警信息，并将预警信息和健康值进行输出显示、存储至MySql数据库中、传输至绑定的移动终端和/或当前连接上的移动终端、返回至相应的现场中转站，当健康值不超过预警值时，则将健康值进行输出显示、存储至MySql数据库中，并传输至绑定的移动终端和/或当前连接上的移动终端。所述建筑健康远程监测系统的信息交互逻辑图参考图5。

建筑健康远程监测方法，采用上述建筑健康远程监测系统。所述建筑健康远程监测系统，包括：若干个前端传感装置、一现场中转站、一远程数据管理中心及若干个客户端，所述前端传感装置通过Zigbee无线传感网络与现场中转站通信连接，所述现场中转站通过无线网络与远程数据管理中心通信连接。在本实施例中所述现场中转站采用GPRS网络与远程数据管理中心通信连接。如图6所示，所述建筑健康远程监测方法包括以下步骤：

S1在所述前端传感装置与现场中转站之间建立Zigbee无线传感网络，在现场中转站与远程数据管理中心之间建立GPRS无线网络。所述前端传感装置包括传感器及通过杜邦线与传感器连接的Zigbee节点，所述现场中转站包括Zigbee协调器及通过RS232串口与协调器连接的GPRS模块。如图7所示，具体包括以下步骤：

S11初始化Zigbee协调器及Zigbee节点；

S12 Zigbee协调器创建Zigbee网络；

S13 Zigbee节点搜索Zigbee网络，在搜索到Zigbee网络后加入Zigbee网络；

S14 Zigbee协调器检测到有Zigbee节点加入Zigbee网络时初始化GPRS模块，并建立TCP连接。

S2采集被监测对象的健康数据。所述健康数据包括被监测对象的倾斜角信息、压力信息、温湿度信息及有害气体信息等。如图8所示，具体过程如下：

S21 Zigbee协调器发送定时广播。

S22 Zigbee节点接收到定时广播后通过其对应的传感器采集相应的健康数据。

S23 Zigbee节点对其传感器所采集的健康数据进行滤波。具体为判断所采集的健康数据是否受到干扰，若该健康数据受到干扰则丢弃该健康数据，若该健康数据未受到干扰，则将该健康数据传输至Zigbee协调器。具体过程如下：将当前采集的健康数据与前两次采集的健康数据进行比较，分别得到当前采集的健康数据与前两次采集的健康数据之差的绝对值；分别将上述两个绝对值与所述两次健康数据允许最大偏差值进行比较，当上述两个绝对值均大于所述两次健康数据允许最大偏差值，则判定当前采集的健康数据受到干扰，丢弃该当前采集的健康数据，否则判断当前采集的健康数据未受到干扰，将该当前采集的健康数据传输至Zigbee协调器。

S24 Zigbee协调器将所接收的健康数据进行封装。具体为将所接收的健康数据增加AT指令头和指令尾。

S25 Zigbee协调器将封装好的健康数据通过RS232串口写入GPRS模块。

S26 GPRS模块将封装好的健康数据通过GPRS网络传输至远程数据管理中心。

S3远程数据管理中心对所接收的健康数据进行处理、显示、存储。如图9所示，具体过程如下：

S3远程数据管理中心将所接收的健康数据进行进制转换和优化精度等处理得到被监测对象的健康值；

S32远程数据管理中心将被监测对象的健康值与预设的预警值进行比较，当被监测对象的健康值超过预警值时执行步骤S33；当健康值不超过预警值时，执行步骤S35；

S33产生预警信息；

S34将预警信息和健康值进行输出显示、存储至MySql数据库中、传输至绑定的移动终端和/或当前连接上的移动终端、返回至相应的现场中转站；

S35将健康值进行输出显示、存储至MySql数据库中，并传输至绑定的移动终端和/或当前连接上的移动终端。

所述远程数据管理中心采用公网IP服务器及MySql数据库。

S4超预警值报警。所述现场中转站的I/O口设置有现场报警装置。如图10所示，所述Zigbee协调器检测到从RS232串口返回远程数据管理中心的数据时判断远程数据管理中心返回的数据是否为预警信息，若是则对应的I/O口置1，开启报警装置，否则对应的I/O口置0，报警装置关闭。

所述远程数据管理中心采用Java网络通讯编程，实现多线程机制。

所述客户端与远程数据管理中心的服务器通过套接字建立通信(Socket通信)，参考图11。客户端可主动查询MySql数据库中被监测对象的历史健康数据、当前健康数据等。

所述客户端访问远程数据管理中心的过程如图12所示。具体如下：用户启动客户端相应的应用软件，输入远程数据管理中心的IP地址和端口，点击登录；应用软件根据用户输入的IP和端口向数据管理中心请求网络连接，远程数据管理中心的服务器返回应答信号到客户端，建立连接。连接成功后，用户可通过客户端选择需要查看的数据类型，客户端的应用软件将请求命令信息进行打包，客户端的套接字通过GPRS网络将打包后的请求命令信息发送到远程数据管理中心的套接字；远程数据管理中心接收到客户端的请求命令信息后，将相应的健康数据返回给客户端；客户端应用软件上的套接字针对数据管理中心返回的健康数据，调用分析函数对健康数据进行分析，并动态地更新到应用的数据图表界面上。所述远程数据管理中心的工作流程图参考图14。

客户端访问MySql数据库前需预先加载数据库驱动程序并建立客户端与MySql数据库的连接。客户端访问MySql数据库时在JDBC(Java Data Base Connectivity)通过SQL语句访问MySql数据库，客户端读取完结果集后关闭结果集并断开连接。其中，JDBC是一种用于执行SQL语句的Java API(应用程序接口)，JDBC由一系列连接(Connection)、SQL语句声明(Statement)和结果集(Result Set)构成，具体参考图13。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.建筑健康远程监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

前端传感装置采集被监测对象的健康数据，并将所采集的健康数据通过短距离无线通信方式传输至现场中转站；所述前端传感装置通过Zigbee无线传感网络将所采集的健康数据传输至现场中转站；

现场中转站接收前端传感装置所采集的健康数据，并通过无线传输方式传输至远程数据管理中心；所述现场中转站通过GPRS网络、3G网络或WiFi网络将所接收的健康数据传输至远程数据管理中心；

具体过程如下：

S21 Zigbee协调器发送定时广播；

S22 Zigbee节点接收到定时广播后通过其对应的传感器采集相应的健康数据；

S23 Zigbee节点对其传感器所采集的健康数据进行滤波；具体为判断所采集的健康数据是否受到干扰，若该健康数据受到干扰则丢弃该健康数据，若该健康数据未受到干扰，则将该健康数据传输至Zigbee协调器；

S24 Zigbee协调器将所接收的健康数据进行封装；

S25 Zigbee协调器将封装好的健康数据通过RS232串口写入GPRS模块；

S26 GPRS模块将封装好的健康数据通过GPRS网络传输至远程数据管理中心；

远程数据管理中心将所接收的健康数据进行处理、存储、显示；

还包括超预报警值报警的步骤；所述Zigbee协调器检测到从RS232串口返回远程数据管理中心的数据时判断远程数据管理中心返回的数据是否为预警信息，若是则对应的I/O口置1，开启报警装置，否则对应的I/O口置0，报警装置关闭。

2.根据权利要求1所述的建筑健康远程监测方法，其特征在于：所述健康数据包括被监测对象的倾斜角信息、压力信息、温湿度信息及有害气体信息。

3.根据权利要求2所述的建筑健康远程监测方法，其特征在于：还包括远程数据管理中心根据所接收的健康数据判断被监测对象的健康值是否超过预警值，当被监测对象的健康值超过预警值，则输出预警信息到绑定的客户端的步骤。

4.根据权利要求3所述的建筑健康远程监测方法，其特征在于：还包括远程数据管理中心根据客户端的查询指令输出相应的健康数据到客户端的步骤。