CN107240246B - 一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统及方法，系统包括：数据采集单元：包括智能终端，智能终端内置传感器模块或者与外部传感器模块连接，智能终端还包括与传感器模块连接的处理器以及与处理器连接的无线传输模块，用于采集在建工程或既有建筑物的参数数据；项目数据服务器：与数据采集单元无线连接，用于获取数据采集单元采集到的参数数据；监控分析客户端：与项目数据服务器有线/无线连接，用于查看项目数据服务器的数据。本发明通过智能终端实现对在建工程或既有建筑物的数据采集、处理、无线传输和短时存储，将数据处理单元前置到无线传输前端的采集点提供了技术和成本基础，无论是长期或者短期监测，都能满足需求。

Description

一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑工程监测领域，尤其一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统及方法。

背景技术

近年来随着社会的发展和技术的进步，人们对在建工程或既有建筑物的健康安全越来越关注，通过设置一定的传感器获取建筑物施工过程及建成后运营的相关参数，来对建筑工程各阶段的状况进行评估，成为一种发展趋势。如获取反映结构安全的物理量：加速度值的变化、变形位移、角度倾斜、混凝土水化热温度等，以评估建筑工程结构或施工过程的安全状态；如获取反映使用功能的物理化学量：振动频率、温度湿度、环境噪声以及pm2.5、CO2、甲醛等空气质量等参数，来评估建筑物的使用性能等。

目前获取上述参数大都采用有线设备来完成监测，即便采用基于无线通讯的系统，也在采样精度、采样点数量和采样频率方面常受到设备性能和系统方案的限制，影响实际应用的普及。同时，因传统的有线监测系统因需要布置大量的信号传输线，会导致监测的成本高、难管理，且常常会影响现场其他工作的开展或受到其他工作的干扰，不便于长期监测，对既有建筑的监测还影响美观，难以满足日益发展的实际应用需求。（1）其他基于无线通讯的监测系统通常都采用数据处理单元后置的方式，即数据处理单元放在数据无线接收模块之后，在有较多高频数据需要传输的时候，往往难以实现稳定传输，（2）并且在无线连接中断的情况下，无法继续采集数据，造成数据丢失或遗漏采集，制约了常规无线采集监测系统在这些应用领域的普及。（3）如获取建筑结构测点特征周期的应用中，通常需要200HZ以上的加速度采样频率，若增加专用缓存设备，又会大幅提升监测成本，特别是长期监测不能周转设备的项目，影响了相关技术应用的普及。

随着近年来智能终端设备如手机、平板电脑的普及与发展，单机成本越来越低，功能越来越强大，智能终端自身携带的传感器也越来越丰富，已经具备替代部分传统传感器——放大器采集系统的功能，特别是其强大的数据处理、存储能力和网络连接能力，为更新现有采集设备和系统，将数据处理单元前置到无线传输前端的采集点提供了技术和成本基础。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统及方法，适用于长期或短期监测，旨在解决当前工程应用中监测设备安装布置不便、成本高、监测精度低、易因断网断电导致监测数据丢失或遗漏等问题，满足工程应用的实用需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统，包括：

数据采集单元：包括智能终端，所述的智能终端内置传感器模块或者与外部传感器模块连接，所述的智能终端还包括与传感器模块连接的处理器、以及与处理器连接的无线传输模块；用于采集在建工程或既有建筑物的参数数据；

项目数据服务器：与数据采集单元无线连接，用于获取数据采集单元采集到的参数数据；

监控分析客户端：与项目数据服务器有线/无线连接，用于查看项目数据服务器的数据。

进一步地，所述的项目数据服务器设置为多个，每个项目数据服务器分别与至少一个数据采集单元无线连接。

进一步地，所述的系统还包括一个中心数据服务器，所述的中心数据服务器通过互联网与各个项目数据服务器连接；所述的中心数据服务器与监控分析客户端有线/无线连接。

如上所述的系统的方法，包括数据采集与上传步骤、数据汇总步骤和监控分析步骤；

所述的数据采集与上传步骤包括以下子步骤：

S101：智能终端通过内置传感器模块/外部传感器模块以一定采集频率采集参数；

S102：智能终端处理器将采集到的参数附加采集时候的时间形成带时序的特征参数；

S103：智能终端处理器对特征参数进行预处理，形成快报数据包和完整数据包；所述的完整数据包为每隔第一固定周期时间内压缩前一周期记录的数据包，所述的快报数据包为每隔第二固定周期形成的单个时间点的数据包；

S104：智能终端检测是否联网以及数据项目服务器端口服务是否运行：若联网并且正常运行，则向数据项目服务器及时上传快报数据包和定时上传完整数据包；若不正常运行，则将快报数据包丢弃，等待正常运行后再将完整数据包进行上传；

所述的数据汇总步骤包括以下子步骤：

项目数据服务器接收来自各个智能终端的快报数据包和完整数据包，并对完整数据包进行解压缩，形成完整时序的参数；

所述的监控分析步骤包括以下子步骤：

监控分析客户端连接项目数据服务器，查看所选项目数据服务器的指定智能终端上传的快报数据或者指定时段的完整数据，并进行进一步分析处理。

进一步地，所述的方法还包括数据采集单元设置步骤，包括以下子步骤：

S301：根据实际需求，设置传感器的采集参数；当传感器为外部传感器时，所述的设置传感器采集参数包括调试传感器的输出方式；

S302：智能终端运行程序，完成与传感器的连接；

S303：通过智能终端指定数据项目服务器，并向指定的数据项目服务器发送注册数据；

S304：数据项目服务器接收到注册数据后，给对应传感器分配固定编码。

进一步地，快报数据包上传时采用同步传输的方式，完整数据包上传采用多线程异步传输的方式。

进一步地，在多线程异步传输完整数据包的过程中，包括一个标记子步骤：智能终端处理器对已经完成上传的文件标记为已上传，对未完整上传的文件标记为未上传。

进一步地，所述的方法还包括一个断网续传步骤：在断网恢复或者数据项目服务器端口服务运行后，智能终端处理器将文件标记为未上传的文件进行重传操作。

进一步地，所述的方法还包括一个数据清理步骤：在设定周期内，智能终端处理器将标记为已上传的文件进行删除。

进一步地，所述的方法还包括一个时间同步步骤，包括以下子步骤：

每隔一段时间，项目数据服务器向各智能终端发送同步时间；

智能终端根据所述同步时间修改本地时间。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过智能终端实现对在建工程或既有建筑物的数据采集、处理、无线传输和短时存储，将数据处理单元前置到无线传输前端的采集点提供了技术和成本基础，使得无论是长期监测或者短期监测，都能满足需求；同时，由于智能终端自带的传感器模块、处理器、无线传输模块和电源模块，解决当前工程应用中监测设备安装布置不便、成本高（需要额外生产专用采集设备）、监测精度低、易因断电断网导致监测数据丢失或遗漏等问题，以满足工程应用的实用需求。

（2）本发明采用带时序测点数据包的方案，通过快报数据包的同步传输和完整数据包的异步传输，兼顾了现场及时数据的展示和完整数据的还原；同时，数据包还支持断网独立运行，网络恢复后自动续传未发送的完整数据包，并同步发送快报数据包；并且完整数据包的每一采集数据均带有时序参数，而不是采用一个包一个时间戳的方式，能够最大限度的还原监测现场的样本，为提高数据分析的结果精度提供了保障。

附图说明

图1为本发明系统结构框图；

图2为本发明数据采集与上传步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统，包括：

数据采集单元：包括智能终端，所述的智能终端内置传感器模块或者与外部传感器模块连接，所述的智能终端还包括与传感器模块连接的处理器、以及与处理器连接的无线传输模块；用于采集在建工程或既有建筑物的参数数据；还可以用于数据的预处理和短期存储（通过智能终端自带的处理器和存储器实现）；

项目数据服务器：与数据采集单元无线连接，用于获取数据采集单元采集到的参数数据；

监控分析客户端：与项目数据服务器有线/无线连接，用于查看项目数据服务器的数据。

其中，对于智能终端（智能手机、平板电脑），其自身结构可以替代部分传统传感器——放大器采集系统的功能，特别是其强大的数据处理（处理器）、存储能力（存储器）和网络连接能力（无线传输）。智能终端首先通过自带的传感器或者外部的传感器获取参数数据，并通过自身的处理器对数据进行预处理，并通过自身的无线传输模块将数据发送至项目数据服务器。对于内置的传感器模块，为普通智能终端通常自带的，比如包括加速度传感器、位移传感器、角度倾斜传感器等。而对于外置的传感器模块，为普通智能终端非自带的，比如温度传感器、湿度传感器、环境噪声传感器、PM2.5传感器、二氧化碳浓度传感器、甲醛浓度传感器等；而对于其连接方式，根据所选传感器种类而定，采用通用协议交换数据，如串口（RS232,485）、蓝牙、USB、TCP/IP、UDP等通信协议连接。

更优地，在本实施例中，所述的智能终端通过充电装置与市电连接。由于智能终端自带电源模块，在市电断电的情况下，也可以通过智能终端自带的电源模块进行续航；在恢复供电的情况下，通过充电装置给智能终端的电源模块充电即可。

更优地，在本实施例中，同一个在建工程或既有建筑物的多个参数数据（比如角度倾斜、混凝土水化热温度、建筑物内部PM2.5）发送至同一个项目数据服务器；而不同在建工程或既有建筑物的多个参数数据则发送给对应的不同项目数据服务器，即根据在建工程或既有建筑物确定项目数据服务器的数量。

监控分析客户端通过有线（PC机）或者无线（智能手机、平板电脑）的方式，获取对应项目的数据/或者对应数据采集单元的数据。

更优地，为了使得监控分析客户端获取项目数据更加方便以及对整个系统的数据监控更加有利，在本实施例中，所述的系统还包括一个中心数据服务器，所述的中心数据服务器通过互联网与各个项目数据服务器连接，即中心数据服务器将各个项目数据服务器的数据进行汇总并保存；同时，所述的中心数据服务器与监控分析客户端有线/无线连接，监控分析客户端在连接到中心数据服务器后，通过选择项目后，即可查看对应项目的数据。

基于上述系统的实现，本实施例还提供了一种所述的系统的方法，包括数据采集单元设置步骤、数据采集与上传步骤、数据汇总步骤和监控分析步骤；

所述的数据采集单元设置步骤，主要用于智能终端与传感器的设置，以MPU6050/MPU9250传感器采集三轴加速度获取建筑结构测点特征周期的应用为例，MPU6050/MPU9250为通用的整合性6/9轴运动处理组件的集成电路芯片式传感器，用户可程序方式控制的加速器全格感测范围为±2g、±4g±8g与±16g，按16位采集可实现加速度为0.000061g的分辨率，可实现200HZ的采集频率，非常适合于建筑工程振动测试的应用；MPU6050支持I2C的通讯方式，MPU9250支持SPI/I2C两种通讯方式，为与智能终端通过串口方式连接提供了便利，本实施例选择串口为数据连接方式；所述的数据采集单元设置步骤包括以下子步骤：

S301：根据线路及参数，将MPU6050/MPU9250传感器输出方式，通过对传感器发送内定指令调试为串口输出，波特率为57600、200HZ的采集频率、三轴加速度感测范围为±2g；

S302：智能采集终端运行程序实现USB串口采集，波特率为57600，完成智能终端与传感器的连接；

S303：通过智能终端指定数据项目服务器，并向指定的数据项目服务器发送注册数据；

S304：数据项目服务器接收到注册数据后，给对应传感器分配固定编码。

其中，步骤S302和步骤S303可以通过手机APP或者微信小程序等方式实现。

如图2所示，所述的数据采集与上传步骤主要用于智能终端将采集到的数据进行预处理和上传，包括以下子步骤：

S101：智能终端通过内置传感器模块/外部传感器模块以一定采集频率采集参数；

S102：智能终端处理器将采集到的参数附加采集时候的时间形成带时序的特征参数；

S103：智能终端处理器对特征参数进行预处理，形成快报数据包和完整数据包；所述的完整数据包为每一第一固定周期时间内压缩前一周期记录的数据包，所述的快报数据包为每隔一第二固定周期形成的单个时间点的数据包；

S104：智能终端检测是否联网以及数据项目服务器端口服务是否运行：若联网并且正常运行，则向数据项目服务器及时上传快报数据包和定时上传完整数据包；若不正常运行，则将快报数据包丢弃，等待正常运行后再将完整数据包进行上传。

具体地，在本实施例中，当采用MPU6050/MPU9250传感器检测加速度实时数据时，特征参数为时间编码+X轴加速度值+Y轴加速度值+Z轴加速度值。

其中，数据采集的频率如上所述为200HZ，对于完整数据包，在本实施例中，可以采用每五分钟压缩一次上一个5分钟周期的以200HZ采集频率采集到的数据流，形成压缩的完整数据包；而快报数据包，为降低采集频率后（如10HZ）得到的数据。快报数据包为完整数据包的简略版，以减少实时数据传输量；而完整数据包的每一采集数据均带有时序参数，而不是采用一个包一个时间戳的方式，能够最大限度的还原监测现场的样本，为提高数据分析的结果精度提供了保障。

另外，由于完整数据包和完整数据包本身大小的特性，快报数据包上传时采用同步传输的方式，而完整数据包上传采用多线程异步传输的方式；并且在多线程异步传输完整数据包的过程中，还包括一个标记子步骤：智能终端处理器对已经完成上传的文件标记为已上传，对未完整上传的文件标记为未上传。这一子步骤主要有两个作用：（1）使得在数据上传时，由于断网或者项目数据服务器出现问题无法上传的时候，能够快速获取未上传的部分，在网络恢复时，将标记为未上传的部分进行上传即可；（2）由于智能终端自身的存储量是有限的，采用该子步骤可以使得智能终端可以定期对已经上传的并且保存时间较长的数据进行清理，以时间编码和文件标记作为其清理依据。

所述的数据汇总步骤主要用于将项目中所有的数据采集单元的数据进行汇总，包括以下子步骤：

项目数据服务器接收来自各个智能终端的快报数据包和完整数据包，并对完整数据包进行解压缩，形成完整时序的参数。

所述的监控分析步骤主要用于通过监控分析客户端获取所选项目的数据，包括以下子步骤：

监控分析客户端连接项目数据服务器，通过图形或数据表的形式查看所选项目数据服务器的指定智能终端上传的快报数据或者指定时段的完整数据，并进行进一步分析处理（比如通过采集数据的波峰或波谷点对应的时间编码数据之差计算出建筑结构测点的特征周期）。

更优地，在本实施例中，为了避免各智能终端的时间仅为本地时间，使得后期查看数据不准确，所述的方法还包括一个时间同步步骤，包括以下子步骤：

每隔一段时间（12h），项目数据服务器向各智能终端发送同步时间；

智能终端根据所述同步时间修改本地时间。

更优地，在本实施例中，用户还可以通过智能终端以图形或数据表的形式预览采集的动态数据，用于检查核实采集状态。

更优地，在本实施例中，在初始化状态，项目数据服务器建立并运行基于TCP/IP协议的指定端口的数据存取服务。

更优地，在本实施例中，在中心数据服务器存在的情况下，所述的数据汇总步骤还包括：

项目数据服务器将来自各智能终端的快报数据包和完整数据包汇总缓存后发送至中心数据服务器，中心数据服务器完整数据包进行解压缩，形成完整时序的参数；

所述的监控分析步骤还包括：

监控分析客户端连接中心数据服务器，查看所选项目的指定智能终端上传的快报数据或者指定时段的完整数据，并进行进一步分析处理。

采用此方式，用户只需要通过监控分析客户端连接中心数据服务器，选择对应项目并选择需要查看的传感器即可。

更优地，在本实施例中，所述的方法还包括一个还包括一个受控步骤：

智能终端接收来自项目数据服务器发送的控制指令，对智能终端本身或者外部设备进行控制。

其中，控制指令可以是项目数据服务器发出的，比如当PM2.5传感器检测到超标时，此时项目数据服务器也会对该数据进行判断，其会向智能终端发出控制过滤器开启的指令，智能终端接收到后操控外部过滤器进行开启；控制指令也可以是监控分析客户端发出的，比如某智能终端自带的角度倾斜传感器，已经在最开始注册过，但是未使用，而监控分析客户端的用户想要查看该项数据，则通过监控分析客户端向项目数据服务器发出开启指令，项目数据服务器再向智能终端发出传感器开启指令，智能终端接收到后打开角度倾斜传感器。

Claims (9)

1.一种基于智能终端的建筑工程监测数据无线采集系统的方法，所述系统包括：

数据采集单元：包括智能终端，所述的智能终端内置传感器模块或者与外部传感器模块连接，所述的智能终端还包括与传感器模块连接的处理器、以及与处理器连接的无线传输模块；用于采集在建工程或既有建筑物的参数数据；

项目数据服务器：与数据采集单元无线连接，用于获取数据采集单元采集到的参数数据；

监控分析客户端：与项目数据服务器有线/无线连接，用于查看项目数据服务器的数据；

其特征在于：所述方法包括数据采集与上传步骤、数据汇总步骤和监控分析步骤；

所述的数据采集与上传步骤包括以下子步骤：

S101：智能终端通过内置传感器模块/外部传感器模块以一定采集频率采集参数；

S102：智能终端处理器将采集到的参数附加采集时候的时间形成带时序的特征参数；

S103：智能终端处理器对特征参数进行预处理，形成快报数据包和完整数据包；所述的完整数据包为每隔第一固定周期时间内压缩前一周期记录的数据包，所述的快报数据包为每隔第二固定周期形成的单个时间点的数据包；

S104：智能终端检测是否联网以及项目数据服务器端口服务是否运行：若联网并且正常运行，则向项目数据服务器及时上传快报数据包和定时上传完整数据包；若不正常运行，则将快报数据包丢弃，等待正常运行后再将完整数据包进行上传；

所述的数据汇总步骤包括以下子步骤：

项目数据服务器接收来自各个智能终端的快报数据包和完整数据包，并对完整数据包进行解压缩，形成完整时序的参数；

所述的监控分析步骤包括以下子步骤：

监控分析客户端连接项目数据服务器，查看所选项目数据服务器的指定智能终端上传的快报数据或者指定时段的完整数据，并进行进一步分析处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的项目数据服务器设置为多个，每个项目数据服务器分别与至少一个数据采集单元无线连接。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的系统还包括一个中心数据服务器，所述的中心数据服务器通过互联网与各个项目数据服务器连接；所述的中心数据服务器与监控分析客户端有线/无线连接。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括数据采集单元设置步骤，包括以下子步骤：

S301：根据实际需求，设置传感器的采集参数；当传感器为外部传感器时，所述的设置传感器采集参数包括调试传感器的输出方式；

S302：智能终端运行程序，完成与传感器的连接；

S303：通过智能终端指定项目数据服务器，并向指定的项目数据服务器发送注册数据；

S304：项目数据服务器接收到注册数据后，给对应传感器分配固定编码。

5.根据权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于：快报数据包上传时采用同步传输的方式，完整数据包上传采用多线程异步传输的方式。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：在多线程异步传输完整数据包的过程中，包括一个标记子步骤：智能终端处理器对已经完成上传的文件标记为已上传，对未完整上传的文件标记为未上传。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括一个断网续传步骤：在断网恢复或者项目数据服务器端口服务运行后，智能终端处理器将文件标记为未上传的文件进行重传操作。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括一个数据清理步骤：在设定周期内，智能终端处理器将标记为已上传的文件进行删除。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的方法还包括一个时间同步步骤，包括以下子步骤：

每隔一段时间，项目数据服务器向各智能终端发送同步时间；

智能终端根据所述同步时间修改本地时间。