CN104635639A - 基于光纤传感的楼宇智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光纤传感的楼宇智能监测系统。它包括布置在建筑楼宇中的光纤传感器和摄像头，光纤传感器能够监测楼宇结构应力、应变、温度、加速度环境数据，摄像头能够实时显示加速度所产生的振动信号，光纤传感器的信息输出端连接一个能够处理光纤传感器监测的应力应变数据、温度数据以及振动信号数据的数据处理单元，数据处理单元的输出端分别连接有结构损伤单元，火灾报警单元和盗窃报警单元。它具有以下优点：及时发现楼宇内外的火灾等消防隐患，有利于结构在服役后期的维修加固改造，及时准确的预报楼宇内发生的火灾事故和定位火灾发生地点，可以预报盗窃事故的发生，保证了楼宇内的安保监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种楼宇智能监测方法，尤其是一种适用于商务办公楼、学校、医院、银行等建筑楼宇中的基于光纤传感的楼宇智能监测系统。
背景技术
智能建筑是随着人类对建筑内外信息交换、安全性、舒适性、便利性和节能性的要求产生的。智能建筑及节能行业强调用户体验，具有内生发展动力。建筑智能化提高客户工作效率，提升建筑适用性，降低使用成本，已经成为发展趋势。调查显示，2012年我国新建建筑中智能建筑的比例仅为26%左右，远低于美国的70%、日本的60%，市场拓展空间巨大。同时，我国城镇化建设的不断推进，也给智能建筑的发展提供了沃土。我国平均每年要建20亿平米左右的新建建筑，前瞻预计这一过程还要持续25-30年。按照“十二五”末国内新建建筑中智能建筑占新建建筑比例30%计算，该比例提高近一倍。未来三年智能建筑市场规模增速维持在25%左右，2013年市场将超千亿规模。
光纤传感技术是20世纪70年代伴随光纤通信技术的发展而迅速发展起来的，以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。
数据处理是对数据的采集、存储、检索、加工、变换和传输。数据是对事实、概念或指令的一种表达形式，可由人工或自动化装置进行处理。数据的形式可以是数字、文字、图形或声音等。数据经过解释并赋予一定的意义之后，便成为信息。数据处理的基本目的是从大量的、可能是杂乱无章的、难以理解的数据中抽取并推导出对于某些特定的人们来说是有价值、有意义的数据。数据处理是系统工程和自动控制的基本环节。数据处理贯穿于社会生产和社会生活的各个领域。数据处理技术的发展及其应用的广度和深度，极大地影响着人类社会发展的进程。
然而目前智能楼宇大多监测楼宇内部的视频、安防、照明、消防、网络通信等基本内容，很少有涉及到结构服役期间的安全问题，比如混凝土产生裂缝导致的梁柱变形过大影响结构的正常使用，地震、台风等自然灾害下的结构破坏等，这些人为的或自然的因素导致的结构安全隐患是目前的智能楼宇监测系统不能监测到的。另外，目前的智能楼宇监测系统在监测火灾发生时常常因为误报造成一些不必要的经济损失，而低分辨率的图像质量也使得所安装的视频监控系统形同虚设。在监测盗窃方面，多是单纯依靠光学摄像头或红外线摄像头捕捉的视频图像来作出监测判断，这在某些情况并不完全凑效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种监测数据准确、使用可靠、防护性能高的基于光纤传感的楼宇智能监测系统。
为了解决上述技术问题，本发明的基于光纤传感的楼宇智能监测系统，包括布置在建筑楼宇中的光纤传感器和摄像头，光纤传感器能够监测楼宇结构应力、应变、温度、加速度环境数据，摄像头能够实时显示加速度所产生的振动信号，光纤传感器的信息输出端连接一个能够处理光纤传感器监测的应力应变数据、温度数据以及振动信号数据的数据处理单元，数据处理单元的输出端分别连接有结构损伤单元，火灾报警单元和盗窃报警单元。
所述摄像头包括光学摄像头和红外线摄像头。
本发明相对现有技术具有以下优点：
1、本发明将光纤传感技术运用于楼宇结构的智能监测中，光纤传感器不仅能监测结构应力应变等力学属性，还能监测楼宇的环境温度。监测的应力应变力学数据经过配套的数据处理单元可以解析出结构的受力状态，便于对结构作安全评估；由于光纤传感器对温度变化的强烈敏感性，数据处理单元处理监测的温度信号可以及时发现楼宇内外的火灾等消防隐患，保证人民的生命财产安全。
2、光纤传感器可以长期监测结构的受力特征，就像家庭医生一样实时监测楼宇结构的健康状态，跟踪结构的健康生命曲线，便于监测出结构在某些突发情况（如地震、台风）等作用下的结构响应，达到预警预报的功能，也有利于结构在服役后期的维修加固改造。
3、光纤传感器可以监测楼宇的温度变化，能及时准确的预报楼宇内发生的火灾事故和定位火灾发生地点，减少由于火灾等安全隐患对人民生命财产安全造成的损害。
4、光纤传感器可以监测楼宇内的微小振动信号（如加速度），利用数据处理单元可以获取振动源的位置，通过调用该振动源附近区域的光学摄像头或红外线摄像头并调整至合适位置摄取的图像资料，采用基于支持向量机和卡尔曼滤波技术的先进数据处理算法处理获取的图像资料，可以预报盗窃事故的发生，保证了楼宇内的安保监测。
5、通过整栋建筑楼宇分布式布置的光纤传感器和重点监测区域局部布置的光纤传感器对楼宇的监测，可以实现区域与分布式监测的结合，可在很大程度上减少传感器布置的硬件成本。
6、本发明可适用于任何的楼宇建筑结构，用基于支持向量机、卡尔曼滤波的技术实现诸如人脸识别、图像增强等方面的图像处理算法，楼宇智能监测中能够达到更佳的智能、安全、稳定、高效、可靠性好的要求。
附图说明
图1为本发明基于光纤传感的楼宇智能监测系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的基于光纤传感的楼宇智能监测系统作进一步详细说明。
如图所示，本发明的基于光纤传感的楼宇智能监测系统，包括以“区域传感与分布式传感相结合”的方式布置在建筑楼宇中的光纤传感器和摄像头，利用光纤传感等智能传感技术对楼宇进行全面与重点相协调的监测；以及利用数据处理单元对所采集的多类型传感数据进行分析从而实现楼宇安全监控、事故判别、决策与预警。
所说的以“区域传感与分布式传感相结合”的方式（1）采用光纤传感器对整座楼宇进行分布式监控，并选择楼宇重要或事故多发区域进行重点监控；（2）利用光纤传感的高灵敏特性，及时监测到楼宇的监测到轻微的振动引起的信号（如晚间异常人员的脚步）并传递到控制中心，由控制中心发出指令控制附近区域摄像机、红外测相机等调整监测方向对事故可能发生区域进行重点监控。以上两点保证了对楼宇整体监控的基础上对重点区域进行重点监控，从而可大幅节省监控硬件成本。
所说的摄像头包括光学摄像头和红外线摄像头，还可以包括有红外感应器，以形成对整个楼宇全面监测而又重点布防的效果，光纤传感器能够高灵敏度地监测楼宇结构应力、应变、温度、加速度环境数据，摄像头能够实时显示加速度所产生的振动信号，光纤传感器的信息输出端连接一个能够处理光纤传感器监测的应力应变数据、温度数据以及振动信号数据的数据处理单元，数据处理单元采用支持向量机数据处理技术，对摄像头、红外线感应器等设备监测的数据进行处理，增强图像的表现能力，并融合多类型传感器信息达到准确监测、判别、决策和预警的最终效果，数据处理单元的输出端分别连接有结构损伤单元，火灾报警单元和盗窃报警单元。
本发明中所说的光纤传感器以分布式网络布置于整个建筑楼宇中，可以监测楼宇结构的应力、应变、温度等环境数据；在楼宇的重要位置布设有局部区域的光纤传感器和光学摄像头、红外线摄像头等监测设备，可以监测微小的振动信号（如加速度）。联合数据处理单元，可以处理光纤传感器监测的应力应变数据，保证结构的服役安全；对温度数据的处理，可以发现火灾等消防安全隐患；对微小振动信号的处理，可以预报盗窃等事故的发生。
其中，所说的结构损伤单元能够根据输出的应力应变信息监测应力应变数据进行预警，保证结构的服役安全；火灾报警单元能够根据对温度数据的处理信息进行预警，预报火灾等消防安全隐患；盗窃报警单元能够利用光纤传感器的高灵敏性，能够及时监测到轻微的振动引起的信号（如晚间异常人员的脚步），然后基于上述的“区域传感与分布式传感相结合”的传感器布置方式，可迅速启动附近的摄像和红外等传感技术，对危险区域进行重点监测以判别是否有盗窃等异常行为发生。总的来说，“区域传感与分布式传感相结合”的传感器布置方式，各类型的光纤传感器采集结构的应力、应变、温度信号，数据处理单元对采集的数据进行处理，获得结构的力学特征，预报火灾发生事故，定位火灾发生位置；数据处理单元对处理的振动信号反馈给振动源附近区域的光学摄像头、红外线摄像头并获取影像资料，再采用基于支持向量机、卡尔曼滤波的图像处理算法处理影像资料以判断是否有盗窃事故的发生，由此主要实现了三大功能，一是处理光纤传感器监测的应力应变信号，获得楼宇结构的力学特征，评估结构的安全状态；二是处理光纤传感器监测的高灵敏度温度信号，预报楼宇的火灾安全隐患；三是处理视光纤传感器监测到的振动信号和处理对应的光学摄像头、红外线摄像头监测的影像资料以预报楼宇可能发生的盗窃事故。
它能够避免整个楼宇的分布式监测，大幅节省成本，能够进行精确地决策和报警措施，实现安全、稳定、高效、智能监测楼宇的目的。
对新建建筑，在设计阶段就将楼宇智能监测系统跟建筑、结构、安装工程同等考虑，预留出埋设光纤传感器所需的管道，或设计专门用于监测结构应力应变的光纤智能筋，在设计阶段就将光纤传感器网络布置图规划好，同结构主体一道施工，布置光纤传感器，安装监测设备，这一工序为楼宇智能监测系统中的硬件布置，在硬件和软件都准备好之后，可以进行系统集成。将硬件方面的光纤传感器采集的信号传输给先进数据处理系统进行处理，分析和预报，将预报结果反馈给对应的光学摄像头、红外线摄像头等配套的其他监测传感器，此过程反复执行，可达到智能监测楼宇的目的。
Claims (3)
1.一种基于光纤传感的楼宇智能监测系统，其特征在于：包括布置在建筑楼宇中的光纤传感器和摄像头，所述光纤传感器能够监测楼宇结构应力、应变、温度、加速度环境数据，所述摄像头能够实时显示加速度所产生的振动信号，所述光纤传感器的信息输出端连接一个能够处理光纤传感器监测的应力应变数据、温度数据以及振动信号数据的数据处理单元，所述数据处理单元的输出端分别连接有结构损伤单元，火灾报警单元和盗窃报警单元。
2.按照权利要求1所述的基于光纤传感的楼宇智能监测方法，其特征在于：所述摄像头包括光学摄像头和红外线摄像头。
3.按照权利要求1所述的基于光纤传感的楼宇智能监测方法，其特征在于：所述数据处理单元上还连接有能够向数据处理单元输入信息的红外感应器。
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