CN104848889A - 基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统。包括信息采集模块、信息传输模块、信息处理模块及信息显示模块。信息采集模块包括光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤红外探测器；信息传输模块为光纤通信电缆、无线通信网络；信息处理模块包括对数据进行挖掘、云计算、信息抽象的功能单元；信息显示模块包括显示器、发光二极管；信息采集模块采集到的数据，经信息传输模块，到达信息处理模块，数据经处理后上传到古建筑监控中心，以为古建筑的保护、治理提供决策依据。

Description

基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统

技术领域

本发明涉及一种建筑安全监测维护系统，特别是一种基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统。

背景技术

中国是一个有着5000年历史的文明古国，同世界其他古老发明相比，中国现存古建筑的数量和现状令人堪忧。史见于文字记载的古建筑中，真正留存下来的比例极低，至今仍能完整使用的更是屈指可数。另一方面，古建筑本身又具有重大的文物价值、历史价值和艺术价值，是国家和民族的宝贵财富。因此，如何对这些建筑进行有效的监控和保护成为国家文物管理部门的重要课题之一。

近年来，随着科技的进步，光纤传感无线电安全监测技术和网络通信技术的兴起，为古建筑的监测维护带来了技术上的突破。在古建筑的监测维护过程中，通过光纤光栅传感器来感测信号，又通过光纤来传输光信号，并经过网络分析仪转化为易于识别、直观的数字化物理数据，这是建筑安全保护领域技术性的革命。光纤光栅传感器是一种新型的全光纤无源器件，与普通的传感器相比，具有不可比拟的优势和特点，其光纤本身安全、防爆、无电传感、化学性能稳定、传输速度快，可以用于对外界参量的绝对测量，这种特性应用对古建筑的监测上具有传统技术不可相比的优势。

而采用物联网技术和云计算技术，将通过光纤光栅传感器采集的数据，按照通信协议，通过有线或无线方式，实现古建筑与互联网的连接，结合监控平台，可以对古建筑的各种信息实时的进行信息交互和通信，实现对古建筑健康状况的智能化监控和管理。

通过光纤光栅传感探测技术、物联网技术以及GIS地图功能，解决了古建筑管理的难题，提高了对古建筑、古城墙的监控、维护能力，可做到早预警，早排除隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种通过基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，可实现对古建筑、古城墙的全方位监测，可实时将古建筑、古城墙的温度、湿度、沉降及倾斜等健康状况上报到安全监控中心，以制定相应的保护对策，不破坏古建筑的结构。

为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：一种基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：该系统包括信息采集模块、信息传输模块、信息处理模块及信息显示模块；

信息采集模块包括光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤红外探测器；

信息传输模块为光纤通信电缆、无线通信网络；

信息处理模块包括对数据进行挖掘、云计算、信息抽象的功能单元；

信息显示模块包括显示器、发光二极管。

作为本发明的进一步改进，所述的光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤红外探测器安装在古建筑待测点的表面或内部。

所述的信息采集模块通过信息传输模块与信息处理模块相连接。

所述的信息传输模块中光纤通信电缆可以为多模光纤或单模光纤。

所述的信息处理模块，接收到信息传输模块传送的数据，将数据进行分析、处理后上传到古建筑安全监控中心。

所述的信息显示模块，通过地理信息系统技术，实时的显示被监控的古建筑的空间地理信息及健康状况。

作为本发明的进一步改进，安装于古建筑待测点表面或内部的传感器，主要对古建筑结构的水平位移、沉降、建筑结构的倾斜方向及程度、温度、湿度进行数据采集。

作为本发明的进一步改进，所述的信息处理模块对接收到的古建筑的数据信息，进行变形值计算，通过与基础参考值进行对比，得出差值，进而计算出古建筑结构的变形程度、温度、湿度等参数，与设定的阈值进行比较，以确定是否需要发出预警信息。

与现有技术相比，本发明所提供的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，通过采用物联网技术与云计算技术，将光纤光栅监测系统与自主研发的安全在线监控平台结合，利用光纤传感技术探测，实时的监测古建筑的温湿度、沉降、倾斜等健康状况，并结合GIS地图功能，通过网络将数据上传到数据处理中心，将分析结果通过报警或提示方式，告知相关管理人员，以做出保护决策，整个系统的实现过程不需要人工测量判断，通过系统自动完成全部工作，方便且节约维护成本。

附图说明

图1是本发明基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统架构图。

图2是古建筑在线监控平台系统架构图。

图3是应用层监控平台架构图。

具体实施方式

以下结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本技术领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

参见图1和图2，介绍本发明古建筑监测维护系统架构，本发明的监测维护系统，建立以物联网技术为依托，以实现智能化、网络化、系统化的城市古建筑安全在线监测。系统主要由三层构成：感知层、网络层及应用层。

感知层由传感器及现场集成终端组成，感知层通过三网及互联网连接至应用层，应用层由安全在线监控平台及监测终端组成，其中监测终端可以为PC终端或智能移动设备终端。现场集成终端包含计算机及3G无线发射模块，传感器采集的数据通过串口或USB接口传输至现场集成终端，计算机将接收到的数据打包后通过3G无线模块将数据传送至通信网。现场集成终端可完成与传感器的通信，进行数据的读取，并将采集的数据进行信息提取、数据打包、数据显示、有效性检验等，还可以完成对参数超过预设阈值进行报警。各类光纤传感器组件均具有电源模块、相应功能的信息采集模块、无线收发模块，且封装在一个独立的塑料外壳中，体积小巧且结构紧凑。

 光纤位移传感器可实时监测古建筑结构的主要位置移动，防止坍塌；光纤温度传感器实时监测古建筑物内温度，防止火灾发生；光纤湿度传感器实时监测古建筑结构湿度，防止长时间水浸泡，导致木质结构腐烂发霉；光纤气体传感器实时监测古建筑物内有害气体，有助于保护文物；光纤压力传感器实时监测古建筑物内的主要结构部位的压力，防止积雪或积水或其他物质对建筑结构因压力过大造成变形毁坏；光纤红外探测器实时监测周界内敏感事件，侦测恶意入侵。

网络传输层可以采用有线传输：光纤电缆，或采用3G无线网络进行信息传输。

参见图3，应用层监控平台采用B/S架构，包括数据中心服务器、Web服务器、数据库及网站显示，对于从网络层接受的测量数据，通过信息处理模块，对数据进行分析，监测所测得的数据是否异常，或发生异常的程度，通常，变形监测数据通常包括古建筑结构的基础沉降、水平位移、柱子的倾斜等物理信息数据。数据库服务器采用企业级的数据管理平台SQL Server 2005，其数据库引擎型数据可结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，可以构建和管理工业级应用和高性能的数据应用程序。通过门户网站，实时显示监测结果和历史曲线，获取数据库中最新监测数据在网站主页显示，数据库历史数据绘制曲线可观察监测参数的变化趋势。

本发明的积极效果有：1、采用多种光纤传感器，对古建筑的每个建筑物可以实时多点多部位进行监测；2、光纤光栅在古建筑内外可以无电监测、光纤本质非常安全，不会因为本身用电造成危害；3、光纤光栅反应及时且非常灵敏，可靠性高；4、采用光纤光栅系统解决了原有系统通过普通摄像监控系统来监控古建筑，盲点较多，不能及时全方位的报警等弊病；5、光纤光栅古建筑监测维护系统安装简便，不破坏原有古建筑的结构，不损坏古建筑及文物；6、光纤光栅古建筑监测维护系统可实时在线不间断监测，全程不需要人工干预，自动完成，杜绝了人员疏忽导致的灾害；7、后期维护成本较低。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡脱离本发明技艺精神所做的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：该系统包括信息采集模块、信息传输模块、信息处理模块及信息显示模块；

信息采集模块包括光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤红外探测器；

信息传输模块为光纤通信电缆、无线通信网络；

信息处理模块包括对数据进行挖掘、云计算、信息抽象的功能单元；

信息显示模块包括显示器、发光二极管。

2. 根据权利要求1所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的光纤位移传感器、光纤温度传感器、光纤湿度传感器、光纤气体传感器、光纤压力传感器、光纤红外探测器安装在古建筑待测点的表面或内部。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的信息采集模块通过信息传输模块与信息处理模块相连接。

4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的信息传输模块中光纤通信电缆可以为多模光纤或单模光纤。

5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的信息处理模块，接收到信息传输模块传送的数据，将数据进行分析、处理后上传到古建筑安全监控中心。

6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的信息显示模块，通过地理信息系统技术，实时的显示被监控的古建筑的空间地理信息及健康状况。

7.根据权利要求2所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：安装于古建筑待测点表面或内部的传感器，主要对古建筑结构的水平位移、沉降、建筑结构的倾斜方向及程度、温度、湿度进行数据采集。

8.根据权利要求4所述的基于物联网技术的光纤光栅古建筑监测维护系统，其特征在于：所述的信息处理模块对接收到的古建筑的数据信息，进行变形值计算，通过与基础参考值进行对比，得出差值，进而计算出古建筑结构的变形程度、温度、湿度等参数，与设定的阈值进行比较，以确定是否需要发出预警信息。