CN106092048B - 一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及监测技术领域。一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，包括远程监控终端，远程监控终端与一用于检测文物倾斜变化的传感器系统无线相连；传感器系统包括至少一个无线倾角传感器；远程监控终端是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；文物是文物建筑或者构筑物。本发明通过无线倾角传感器监测倾斜情况，并通过无线形式传递给远程监控终端。

Description

一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体涉及文物倾斜监测系统。

背景技术

文物建筑及构筑物由于历史久远，往往存在倾斜失稳的问题。目前对文物建筑的倾斜问题主要是通过全站型电子测距仪人工定期测量其距离、角度和高程来获取被测目标点在不同时段的变形数据。这种做法精度较高，但测量的结果则需要在测量结束后再利用相关软件分析计算来得出，测量工作费工、费时、费力。并且文物保护管理机构需要委托第三方测量机构来实施测量工作。三维激光扫描技术也逐渐用于文物建筑或构筑物的变形测量，但耗资巨大，同样需要第三方机构定期进行测量。对于文物保护需要而言，这些监测方法无法实现对文物建筑或者构筑物倾斜状态的及时掌握，不能在发生问题的开始阶段就发现文物面临的风险，不利于对文物进行预防性保护。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，包括远程监控终端，其特征在于，所述远程监控终端与一用于检测文物倾斜变化的传感器系统无线相连；

所述传感器系统包括至少一个无线倾角传感器；

所述远程监控终端是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；

所述文物是文物建筑或者构筑物。

本发明通过无线倾角传感器监测倾斜情况，并通过无线形式传递给远程监控终端。

所述无线倾角传感器包括一传感模块、信号处理模块、无线通信模块，所述传感模块连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接所述无线通信模块；

所述无线倾角传感器通过一数据中转系统连接所述远程监控终端；

所述数据中转系统包括一与所述无线通信模块相匹配的无线收发装置、无线网关，所述无线收发装置通过485总线连接所述无线网关；

所述无线收发装置位于所述无线倾角传感器的无线传输范围之内；

所述无线网关通过4G网络与所述远程监控终端无线相连。

所述无线倾角传感器用于测量文物的倾斜角度，并将被测量端面倾斜角度转换为电信号通过无线方式输出；

所述远程监控终端发送指令给所述无线倾角传感器，使所述无线倾角传感器按照指令测量文物倾角并反馈测量数据；

当无线倾角传感器根据所述远程监控终端的请求启动对文物的监测时，将测量到的电流信号通过无线收发装置及无线网关反馈给所述远程监控终端。

所述信号处理模块连接一存储模块，所述存储模块包括一存储有无线倾角传感器监测到的数据限定范围的静态数据库；

所述存储模块还包括一存储有无线倾角传感器监测到的数据的动态数据库；

当无线倾角传感器监测到的数据与上一次监测到的数据的差值大于1°时，无线倾角传感器将数据发送给远程监控终端的同时，无线倾角传感器通过无线通信模块发送启动测量指令给相邻的无线倾角传感器，相邻的无线倾角传感器也将测得的数据发送给远程监控终端。

通过周边的无线倾角传感器也同时监测数据，远程监控终端的监控软件通过多个无线倾角传感器的数据进行比较分析，判断远程监控终端进而获得导致倾角发生的沉降处，进行处理。

一个所述文物上设有至少一个无线倾角传感器，所述无线倾角传感器通过一固定件固定与文物上。

通过多个无线倾角传感器，实现不同位置处的变化。

无线倾角传感器设有一电池，所述电池连接所述信号处理模块。

所述固定件包括魔术贴，所述魔术贴包括第一基体、第二基体，所述第一基体的一面上设有一魔术贴子面，所述第一基体的另一面上设有一魔术贴母面，所述第一基体围成一环状固定于所述文物的横梁上；

所述第二基体设有魔术贴母面；所述第二基体固定于一无线倾角传感器上；

所述无线倾角传感器通过所述第二基体固定于所述文物的横梁的上表面。

通过第一基体与所述第二基体的可拆卸连接，实现无线倾角传感器的安装，便于实现无线倾角传感器以无损的方式固定于文物上。

所述无线倾角传感器还与一相机固定连接，所述相机连接所述无线倾角传感器的信号处理模块；

所述文物上还固定有一容置有色液体的透明容器，所述相机的画面采集方向朝向所述透明容器；

所述透明容器的底边为水平，首次安装所述透明容器时，所述透明容器呈水平固定。

便于实现无线倾角监控的同时，还可以通过相机采集到的图像画面对倾斜情况进行进一步监测。相机还可以采集到文物的发霉情况。

所述无线倾角传感器包括一壳体，所述相机与所述壳体通过一转轴转动连接；

所述转轴通过传动部件连接一电机，所述电机连接所述信号处理模块；

所述转轴上设有电性导通件，所述电性导通件呈环状位于所述转轴的外壁上，所述壳体内设有与所述电性导通件相匹配的导电触头，所述导电触头连接所述信号处理模块的通信接口。

实现机械转动的过程中，实现信号的传递。

远程监控终端上设有一监控软件，所述监控软件上设有用于调整相机的采集方位的操作界面，所述操作界面上设有一旋钮图案，通过点击旋钮图案，实现旋钮图案的转动，所述旋钮图案根据点击的手势控制旋钮的旋转角度，进而调整相机的旋转角度；

所述操作界面上还设有一用于输入相机旋转角度的第一输入栏，通过在第一输入栏内输入数值，实现相机的旋转；

所述操作界面上还设有一用于定时进行相机单次旋转角度限制的第二输入栏。

实现相机的不同旋转方式。

所述监控软件上还设有用于填写发送报警信息给予手机的按钮，点击按钮后跳转至联系人手机号输入界面；

当监控软件检测到的倾斜角度超过设定值时，自动发送报警信息给手机。

所述远程监控终端上安装有图像分析软件，图像分析软件从R、G、B三个颜色值分析出对应的亮度值Y和色彩值S，其关系如下：

Y＝0.2R+0.49G+0.19B；

H＝tan(c1/c2)；

S＝(C1²+C2²)^1/2；

C1＝0.75R-0.35G-0.21B；

C2＝-0.3R-0.57G+0.89B。

所述监控软件与所述图像分析软件相关联，监控软件通过所述图像分析软件获得数据结果；

所述图像分析软件上设有用于输入色度值搜寻范围的工具栏，用户通过工具栏内输入待搜寻的范围实现相应色度值所处的区域的搜寻；

当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为有色液体颜色色度的范围内时，所述图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行倾斜程度的判断，当搜寻到的区域的底边为一倾斜的线段时，监控软件判断为倾斜，通过监控软件判断倾斜线段的倾斜角度，得出文物的倾斜情况；

有色液体颜色色度：H＝H3～H4，其中H3和H4为有色液体的颜色色度范围。

图像分析软件提取搜寻到的区域的底边信息发送至监控软件，所述监控软件上具有距离测量的功能；

倾斜角度的算法为，监控软件将搜寻到的区域的底边上选取一1cm，底边的两端点中位于低处的一端与一水平线相连，底边的两端点中位于低处的一端向所述水平线作一垂线，所述垂线与所述水平线相较，且交点即为A，A至底边的两端点中位于低处的一端的距离等于1cm时，监控软件判断为不倾斜；

反之，监控软件判断为倾斜，倾斜角度为arcCOS(A至底边的两端点中位于低处的一端的距离/1)。

当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为霉菌颜色色度的范围内时，所述图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行霉菌量的判断；

霉菌颜色色度：H＝H1～H2，其中H1和H2为特定霉菌颜色色度范围。

霉菌包括黄曲霉、白霉、黑霉、绿霉、蓝霉、灰黄霉，每一种霉菌的色度值都存有一定的区间。

图像分析软件动态设定H值，不同的霉菌的H值范围为H1～H2；

H1与H2的值通过手动输入图像分析软件，所述图像分析软件上设有至少两个输入栏，每个输入栏用以输入H1与H2。

所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有霉菌图片，所述图像分析软件通过分析霉菌图片上霉菌的颜色特性，进而获得H1与H2。

所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有色液体的图片，所述图像分析软件通过分析有色液体的图片的有色液体的颜色特性，进而获得H3与H4。

所述文物稳定性监测系统的使用方法：包括以下步骤：

步骤1，将一个或多个无线倾角传感器以无损方式固定在文物上；

步骤2，将无线收发装置安装在无线倾角传感器的无线传输范围之内；

步骤3，将无线收发装置与无线网关通过485总线连接；

步骤4，远程监控终端通过4G网络与无线网关连接，获取监测数据后进行计算、分析，得到被测文物的倾斜角度以及倾斜变化趋势，并在倾斜角度达到给定倾斜阈值的时候自动报警。

进一步的，所述远程监控终端能够基于设定的条件通过无线网关及无线收发装置远程发送指令给所述无线倾角传感器，改变数据采集频率；

重复以上步骤，远程监控终端获得文物的倾斜数据及变化趋势。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

参见图1，一种基于无线倾角传感器10的文物稳定性监测系统，包括远程监控终端13，远程监控终端13与一用于检测文物倾斜变化的传感器系统无线相连；传感器系统包括至少一个无线倾角传感器10；远程监控终端13是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；文物是文物建筑或者构筑物。本发明通过无线倾角传感器10监测倾斜情况，并通过无线形式传递给远程监控终端13。

无线倾角传感器10包括一传感模块、信号处理模块、无线通信模块，传感模块连接信号处理模块，信号处理模块连接无线通信模块；无线倾角传感器10通过一数据中转系统连接远程监控终端13；数据中转系统包括一与无线通信模块相匹配的无线收发装置11、无线网关12，无线收发装置11通过485总线连接无线网关12；无线收发装置11位于无线倾角传感器10的无线传输范围之内；无线网关12通过4G网络与远程监控终端13无线相连。

无线倾角传感器10用于测量文物的倾斜角度，并将被测量端面倾斜角度转换为电信号通过无线方式输出；远程监控终端13发送指令给无线倾角传感器10，使无线倾角传感器10按照指令测量文物倾角并反馈测量数据；当无线倾角传感器10根据远程监控终端13的请求启动对文物的监测时，将测量到的电流信号通过无线收发装置11及无线网关12反馈给远程监控终端13。

信号处理模块连接一存储模块，存储模块包括一存储有无线倾角传感器10监测到的数据限定范围的静态数据库；存储模块还包括一存储有无线倾角传感器10监测到的数据的动态数据库；当无线倾角传感器10监测到的数据与上一次监测到的数据的差值大于1°时，无线倾角传感器10将数据发送给远程监控终端13的同时，无线倾角传感器10通过无线通信模块发送启动测量指令给相邻的无线倾角传感器10，相邻的无线倾角传感器10也将测得的数据发送给远程监控终端13。

通过周边的无线倾角传感器10也同时监测数据，远程监控终端13的监控软件通过多个无线倾角传感器10的数据进行比较分析，判断远程监控终端13进而获得导致倾角发生的沉降处，进行处理。

一个文物上设有至少一个无线倾角传感器，无线倾角传感器通过一固定件固定与文物上。通过多个无线倾角传感器，实现不同位置处的变化。

固定件包括魔术贴，魔术贴包括第一基体、第二基体，第一基体的一面上设有一魔术贴子面，第一基体的另一面上设有一魔术贴母面，第一基体围成一环状固定于文物的横梁上；第二基体设有魔术贴母面；第二基体固定于一无线倾角传感器上；无线倾角传感器通过第二基体固定于文物的横梁的上表面。便于实现无线倾角传感器以无损的方式固定于文物上。

无线倾角传感器还与一相机固定连接，相机连接无线倾角传感器的信号处理模块；文物上还固定有一容置有色液体的透明容器，相机的画面采集方向朝向透明容器；透明容器的底边为水平，首次安装透明容器时，透明容器呈水平固定。便于实现无线倾角监控的同时，还可以通过相机采集到的图像画面对倾斜情况进行进一步监测。相机还可以采集到文物的发霉情况。

无线倾角传感器包括一壳体，相机与壳体通过一转轴转动连接；转轴通过传动部件连接一电机，电机连接信号处理模块；转轴上设有电性导通件，电性导通件呈环状位于转轴的外壁上，壳体内设有与电性导通件相匹配的导电触头，导电触头连接信号处理模块的通信接口。实现机械转动的过程中，实现信号的传递。

远程监控终端上设有一监控软件，监控软件上设有用于调整相机的采集方位的操作界面，操作界面上设有一旋钮图案，通过点击旋钮图案，实现旋钮图案的转动，旋钮图案根据点击的手势控制旋钮的旋转角度，进而调整相机的旋转角度；操作界面上还设有一用于输入相机旋转角度的第一输入栏，通过在第一输入栏内输入数值，实现相机的旋转；操作界面上还设有一用于定时进行相机单次旋转角度限制的第二输入栏。实现相机的不同旋转方式。

监控软件上还设有用于填写发送报警信息给予手机的按钮，点击按钮后跳转至联系人手机号输入界面；

当监控软件检测到的倾斜角度超过设定值时，自动发送报警信息给手机。

远程监控终端上安装有图像分析软件，图像分析软件从R、G、B三个颜色值分析出对应的亮度值Y和色彩值S，其关系如下：

Y＝0.2R+0.49G+0.19B；

H＝tan(c1/c2)；

S＝(C1²+C2²)^1/2；

C1＝0.75R-0.35G-0.21B；

C2＝-0.3R-0.57G+0.89B。

监控软件与图像分析软件相关联，监控软件通过图像分析软件获得数据结果；图像分析软件上设有用于输入色度值搜寻范围的工具栏，用户通过工具栏内输入待搜寻的范围实现相应色度值所处的区域的搜寻；当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为有色液体颜色色度的范围内时，图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行倾斜程度的判断，当搜寻到的区域的底边为一倾斜的线段时，监控软件判断为倾斜，通过监控软件判断倾斜线段的倾斜角度，得出文物的倾斜情况；有色液体颜色色度：H＝H3～H4，其中H3和H4为有色液体的颜色色度范围。

当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为霉菌颜色色度的范围内时，图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行霉菌量的判断；霉菌颜色色度：H＝H1～H2，其中H1和H2为特定霉菌颜色色度范围。

霉菌包括黄曲霉、白霉、黑霉、绿霉、蓝霉、灰黄霉，每一种霉菌的色度值都存有一定的区间。图像分析软件动态设定H值，不同的霉菌的H值范围为H1～H2；H1与H2的值通过手动输入图像分析软件，图像分析软件上设有至少两个输入栏，每个输入栏用以输入H1与H2。

远程监控终端上设有一存储模块，存储模块存储有霉菌图片，图像分析软件通过分析霉菌图片上霉菌的颜色特性，进而获得H1与H2。

文物稳定性监测系统的使用方法：包括以下步骤：步骤1，将一个或多个无线倾角传感器以无损方式固定在文物上；步骤2，将无线收发装置安装在无线倾角传感器的无线传输范围之内；步骤3，将无线收发装置与无线网关通过485总线连接；步骤4，远程监控终端通过4G网络与无线网关连接，获取监测数据后进行计算、分析，得到被测文物的倾斜角度以及倾斜变化趋势，并在倾斜角度达到给定倾斜阈值的时候自动报警。进一步的，远程监控终端能够基于设定的条件通过无线网关及无线收发装置远程发送指令给无线倾角传感器，改变数据采集频率；重复以上步骤，远程监控终端获得文物的倾斜数据及变化趋势。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，包括远程监控终端，其特征在于，所述远程监控终端与一用于检测文物倾斜变化的传感器系统无线相连；

所述传感器系统包括至少一个无线倾角传感器；

所述远程监控终端是手机、平板电脑、台式电脑中的任意一种；

所述文物是文物建筑或者构筑物；

所述无线倾角传感器还与一相机固定连接，所述相机连接所述无线倾角传感器的信号处理模块；

所述文物上还固定有一容置有色液体的透明容器，所述相机的画面采集方向朝向所述透明容器；

所述透明容器的底边为水平，首次安装所述透明容器时，所述透明容器呈水平固定；

所述远程监控终端上安装有图像分析软件，所述图像分析软件上设有用于输入色度值搜寻范围的工具栏，用户通过工具栏内输入待搜寻的范围实现相应色度值所处的区域的搜寻；

所述远程监控终端上安装有图像分析软件，图像分析软件从R、G、B三个颜色值分析出对应的亮度值Y和色彩值S，其关系如下：

Y＝0.2R+0.49G+0.19B；

H＝tan(C1/C2)；

S＝(C1²+C2²)^1/2；

C1＝0.75R-0.35G-0.21B；

C2＝-0.3R-0.57G+0.89B；

监控软件与所述图像分析软件相关联，监控软件通过所述图像分析软件获得数据结果；

当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为有色液体颜色色度的范围内时，所述图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行倾斜程度的判断，当搜寻到的区域的底边为一倾斜的线段时，监控软件判断为倾斜，通过监控软件判断倾斜线段的倾斜角度，得出文物的倾斜情况；

有色液体颜色色度：H＝H3～H4，其中H3和H4为有色液体的颜色色度范围；

图像分析软件提取搜寻到的区域的底边信息发送至监控软件，所述监控软件上具有距离测量的功能；

倾斜角度的算法为，监控软件将搜寻到的区域的底边上选取一1cm，底边的两端点中位于低处的一端与一水平线相连，底边的两端点中位于高处的一端向所述水平线作一垂线，所述垂线与所述水平线相交，且交点即为A，A至底边的两端点中位于低处的一端的距离等于1cm时，监控软件判断为不倾斜；

反之，监控软件判断为倾斜，倾斜角度为arcCOS(A至底边的两端点中位于低处的一端的距离/1)；

当图像分析软件采集到的画面搜寻到的色度值范围为霉菌颜色色度的范围内时，所述图像分析软件将分析的数据发送给监控软件，监控软件进行霉菌量的判断；

霉菌颜色色度：H＝H1～H2，其中H1和H2为特定霉菌颜色色度范围；

H1与H2的值通过手动输入图像分析软件，所述图像分析软件上设有至少两个输入栏，每个输入栏用以输入H1与H2；

所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有霉菌图片，所述图像分析软件通过分析霉菌图片上霉菌的颜色特性，进而获得H1与H2；

所述远程监控终端上设有一存储模块，所述存储模块存储有色液体的图片，所述图像分析软件通过分析有色液体的图片的有色液体的颜色特性，进而获得H3与H4。

2.根据权利要求1所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：所述无线倾角传感器包括一传感模块、信号处理模块、无线通信模块，所述传感模块连接所述信号处理模块，所述信号处理模块连接所述无线通信模块；

所述无线倾角传感器通过一数据中转系统连接所述远程监控终端；

所述数据中转系统包括一与所述无线通信模块相匹配的无线收发装置、无线网关，所述无线收发装置通过485总线连接所述无线网关；

所述无线收发装置位于所述无线倾角传感器的无线传输范围之内；

所述无线网关通过4G网络与所述远程监控终端无线相连。

3.根据权利要求2所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：所述无线倾角传感器用于测量文物的倾斜角度，并将被测量端面倾斜角度转换为电信号通过无线方式输出；

所述远程监控终端发送指令给所述无线倾角传感器，使所述无线倾角传感器按照指令测量文物倾角并反馈测量数据；

当无线倾角传感器根据所述远程监控终端的请求启动对文物的监测时，将测量到的电流信号通过无线收发装置及无线网关反馈给所述远程监控终端。

4.根据权利要求2所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：所述信号处理模块连接一存储模块，所述存储模块包括一存储有无线倾角传感器监测到的数据限定范围的静态数据库；

所述存储模块还包括一存储有无线倾角传感器监测到的数据的动态数据库；

当无线倾角传感器监测到的数据与上一次监测到的数据的差值大于1°时，无线倾角传感器将数据发送给远程监控终端的同时，无线倾角传感器通过无线通信模块发送启动测量指令给相邻的无线倾角传感器，相邻的无线倾角传感器也将测得的数据发送给远程监控终端。

5.根据权利要求2所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：一个所述文物上设有至少一个无线倾角传感器，所述无线倾角传感器通过一固定件固定于文物上。

6.根据权利要求5所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：所述固定件包括魔术贴，所述魔术贴包括第一基体、第二基体，所述第一基体的一面上设有一魔术贴子面，所述第一基体的另一面上设有一魔术贴母面，所述第一基体围成一环状固定于所述文物的横梁上；

所述第二基体设有魔术贴母面；所述第二基体固定于一无线倾角传感器上；

所述无线倾角传感器通过所述第二基体固定于所述文物的横梁的上表面。

7.根据权利要求1所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：所述无线倾角传感器包括一壳体，所述相机与所述壳体通过一转轴转动连接；

所述转轴通过传动部件连接一电机，所述电机连接所述信号处理模块；

所述转轴上设有电性导通件，所述电性导通件呈环状位于所述转轴的外壁上，所述壳体内设有与所述电性导通件相匹配的导电触头，所述导电触头连接所述信号处理模块的通信接口。

8.根据权利要求1所述的一种基于无线倾角传感器的文物稳定性监测系统，其特征在于：远程监控终端上设有一监控软件，所述监控软件上还设有用于填写发送报警信息给予手机的按钮，点击按钮后跳转至联系人手机号输入界面；

当监控软件检测到的倾斜角度超过设定值时，自动发送报警信息给手机。