CN109067875A - 建筑基坑沉降智慧监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了建筑基坑沉降智慧监测系统,该系统包括无线传感器网络监测装置、服务器、云存储器和用户终端;所述无线传感器网络监测装置用于对基坑中的变形、地下水、应力应变进行感知,采集基坑沉降传感数据;所述服务器预先存储有基坑沉降的基本数据信息,以及接收并存储所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器;所述服务器还根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果,以及分别将各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。

Description

建筑基坑沉降智慧监测系统
技术领域
本发明涉及建筑施工技术领域,具体涉及建筑基坑沉降智慧监测系统。
背景技术
相关技术中,基坑侧壁的深层水平位移和竖向沉降是基坑和地下工程稳定性的重要指标,但目前广泛应用的基坑变形监测方法自动化程度低、劳动强度高,难以实现实时监控,深层水平位移和竖直沉降的监测方法不同,进一步降低了监测效率,增加了监测成本。对于深层水平位移,目前主要是利用测斜管和测斜仪进行人工测量、读数再进行上报,数据滞后明显;若采用沿测斜管分布多个测斜仪虽能实现自动测量,但意味着监测费用的数倍增长。对于深层竖直位移,目前主要是利用全站仪和水平仪进行测量,同样面临着人工测量的数据滞后或者监测费用的增长的问题。
发明内容
针对上述问题,本发明提供建筑基坑沉降智慧监测系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现:
提供了建筑基坑沉降智慧监测系统,该系统包括无线传感器网络监测装置、服务器、云存储器和用户终端;
所述无线传感器网络监测装置用于对基坑中的变形、地下水、应力应变进行感知,采集基坑沉降传感数据,无线传感器网络监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述基坑沉降传感数据的传感器节点,网络拓扑构建阶段,多个传感器节点被分为多个簇,每个簇选择一个传感器节点作为簇头;簇头主要用于收集簇内传感器节点采集的基坑沉降传感数据并发送至汇聚节点;汇聚节点主要用于将各簇头发送的基坑沉降传感数据汇总发送至服务器;
所述服务器预先存储有基坑沉降的基本数据信息,以及接收并存储所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器;所述服务器还根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果,以及分别将各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。
优选地,所述传感器节点包括用于传感器和用于将传感器信号转换为对应的基坑沉降传感数据的信号适配器,所述信号适配器与传感器连接;还包括用于控制采集频率的控制器,所述控制器与传感器连接。
优选地,所述服务器包括存储单元、分析预警单元和通信单元;存储单元用于存储所述基坑沉降的基本数据信息,以及存储所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据;分析预警单元用于根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果;所述通信单元用于接收所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器,还用于将分析预警单元输出的基坑沉降各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。
优选地,所述分析预警单元包括数据预设单元,用于预设各个监测点的安全阈值,包括沉降位移阈值、应力应变值阈值或水平位移量阈值。
进一步地,所述分析预警单元还包括报警单元,用于接收各个监测点的安全阈值,以及当基坑沉降传感数据至少一项超出所述各个监测点的安全阈值时,通过短信、邮件、报表、图形或曲线通知用户终端。
本发明的有益效果为:本发明可以实现对基坑重要运行数据的实时采集、传输、计算、分析,直观显示各项基坑沉降传感数据,基坑沉降传感数据的历史变化过程及当前状态,一旦出现紧急情况,系统能及时的发出预警信息,可实现安全监测信息的多级共享,可实现安全预警信息的发布。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明,但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制,对于本领域的普通技术人员,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明一个示例性实施例的建筑基坑沉降智慧监测系统的结构示意框图;
图2是本发明一个示例性实施例的服务器的结构示意框图。
附图标记:
无线传感器网络监测装置1、服务器2、云存储器3、用户终端4、存储单元10、分析预警单元20、通信单元30。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1,本发明实施例提供了建筑基坑沉降智慧监测系统,该系统包括无线传感器网络监测装置1、服务器2、云存储器3和用户终端4;
其中,所述无线传感器网络监测装置1包括汇聚节点和多个用于采集所述基坑沉降传感数据的传感器节点,网络拓扑构建阶段,多个传感器节点被分为多个簇,每个簇选择一个传感器节点作为簇头;簇头主要用于收集簇内传感器节点采集的基坑沉降传感数据并发送至汇聚节点;汇聚节点主要用于将各簇头发送的基坑沉降传感数据汇总发送至服务器2;
所述服务器2预先存储有基坑沉降的基本数据信息,以及接收并存储所述无线传感器网络监测装置1的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器3;所述服务器2还根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果,以及分别将各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端4。
在一种实施方式中,所述传感器节点包括用于传感器和用于将传感器信号转换为对应的基坑沉降传感数据的信号适配器,所述信号适配器与传感器连接;还包括用于控制采集频率的控制器,所述控制器与传感器连接。
图2示出了本发明一个示例性实施例的服务器的结构示意框图。如图2所示,所述服务器2包括存储单元10、分析预警单元20和通信单元30;存储单元10用于存储所述基坑沉降的基本数据信息,以及存储所述无线传感器网络监测装置1的基坑沉降传感数据;分析预警单元20用于根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果;所述通信单元用于接收所述无线传感器网络监测装置1的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器3,还用于将分析预警单元20输出的基坑沉降各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端4。
其中,所述分析预警单元20包括数据预设单元,用于预设各个监测点的安全阈值,包括沉降位移阈值、应力应变值阈值或水平位移量阈值。
进一步地,所述分析预警单元20还包括报警单元,用于接收各个监测点的安全阈值,以及当基坑沉降传感数据至少一项超出所述各个监测点的安全阈值时,通过短信、邮件、报表、图形或曲线通知用户终端4。
本发明上述实施例设计的监测系统可以实现对基坑重要运行数据的实时采集、传输、计算、分析,直观显示各项基坑沉降传感数据,基坑沉降传感数据的历史变化过程及当前状态,一旦出现紧急情况,系统能及时的发出预警信息,可实现安全监测信息的多级共享,可实现安全预警信息的发布。
在一个实施例中,多个簇头通过节点竞选选举出一个中继节点,每个分簇内的传感器节点将采集的基坑沉降传感数据发送至对应簇头,每个簇头收集簇内各传感器节点的基坑沉降传感数据;当簇头与所述中继节点距离较近时,簇头将收集的基坑沉降传感数据发送至该中继节点,簇头与所述汇聚节点距离较近时,簇头直接将收集的基坑沉降传感数据发送至该汇聚节点,所述中继节点接收的基坑沉降传感数据量达到其缓存极限时,中继节点将接收的所有基坑沉降传感数据汇总发送至所述汇聚节点。
如果没有中继节点,所有簇头将不得不直接将基坑沉降传感数据发送至汇聚节点,这将因此较大的通信开销和拥塞。本实施例通过设置中继节点,避免了全部簇头都和汇聚节点直接通信而增加能耗。
网络中各传感器节点的初始能量不相同,其中各传感器节点的能量分布在[E0,(1+ρ)E0] 范围内,E0为网络中初始能量值最小的传感器节点的初始能量,(1+ρ)E0为网络中初始能量值最大的传感器节点的初始能量。在一个实施例中,多个簇头通过节点竞选选举出一个中继节点,包括:
(1)设任意簇头a到汇聚节点的链路为Lao,簇头a按照下列公式估计受到链路Lao干扰的传感器节点集合Ω(Lao),从而得到该传感器节点集合的受干扰传感器节点个数
式中,Pa为簇头a的传输功率,a=1,…,m,m为网络中的簇头数量,αja为簇头a到传感器节点t的功率损耗,传感器节点t为属于簇头a通信范围内的传感器节点,Pt为该传感器节点 t的噪音功率,为预设的信噪比阈值;
(2)每个簇头将受干扰传感器节点个数信息发送至汇聚节点,汇聚节点将受干扰传感器节点个数小于的簇头作为备选节点,构建备选节点列表,汇聚节点向各备选节点发送竞选消息;
(3)收到竞选消息的各备选节点按照下列公式计算自身的权值,并向汇聚节点反馈权值信息:
式中,ωc表示备选节点c的权值,Ec为备选节点c的当前剩余能量,(1+ρ)E0为网络中初始能量值最大的传感器节点的初始能量,Rc为备选节点c的簇距离,dc,o为备选节点c到汇聚节点的距离;41、λ2为预设的权重系数;
(4)汇聚节点将权值最大的簇头作为中继节点,并广播消息值所有的簇头。
链路造成的干扰是无线传感器网络中一个值得注意的重要问题。严重的干扰将会导致通信冲突和数据重传,进而降低网络的各种性能表现,如网络吞吐量等。本实施例从链路干扰因素出发,设置了相应的备选节点的筛选条件,将筛选出的备选节点进一步通过权值比较确定最终的中继节点,从而有效避免了可能造成较大干扰的簇头成为中继节点。本实施例基于能量、距离因素确定了权值的计算公式,使得能量较大、簇距离较大以及距离汇聚节点更近的备选节点有更大的概率成为中继节点,有利于平衡网络能耗,节省能量,进一步延长无线传感器网络的运行周期。
在一个实施例中,汇聚节点按照预设周期更新备选节点列表中的各备选节点的权值信息,在每一次更新后重新以权值最大的备选节点作为中继节点,从而实现中继节点的轮换,其中设定权值的更新公式为:
式中,ωc v为备选节点c在第ν次更新后的权值,ωc v-1为备选节点c在第ν-1次更新后的权值,Ec v为备选节点c在第ν次更新时的当前剩余能量,β3所述备选节点c到目前为止充当中继节点的次数,βmax为预设次数阈值,σ为预设的影响因子,用于表示充当中继节点次数对权值的影响程度。
本实施例提出了中继节点的轮换机制,其中将能量衰减、充当中继节点次数对权值的影响作为权值更新的因子,创新性地设定了权值的更新公式;本实施例通过对中继节点进行定期更新,且每次更新后重新以权值最大的备选节点作为中继节点,避免了总是将同一簇头作为中继节点,有利于均衡作为备选节点的各簇头的能量消耗,从而有效延长无线传感器网络的运行周期,以提高基坑沉降传感数据采集和传输的可靠性。
在一个实施例中,汇聚节点定期对备选节点列表中的各备选节点进行过滤操作,包括:
(1)判断各备选节点充当中继节点的次数是否达到预设次数阈值,对次数达到预设次数阈值的备选节点从备选节点列表中删除;
(2)判断各备选节点的历史权值情况是否满足下列条件,对满足下列条件的备选节点从备选节点列表中删除:
式中,ωc k为备选节点c在第k次更新后的权值,δ为到目前为止权值更新总次数,为簇距离平均值,Ra为簇头a的簇距离;为簇头到汇聚节点的平均距离,da,o为簇头a到汇聚节点的距离。
本实施例中簇头定期对备选节点列表中的各备选节点进行检测,并基于充当中继节点的次数和历史权值情况设置了相应的检测条件,该检测条件能够筛选出历史权值小于网络平均权值、充当中继节点的次数过多的备选节点。本实施例对不符合检测条件的备选节点进行删除,能够有效节省中继节点的更新轮换时间,提高中继节点的筛选效率,进而节省系统成本。
最后应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,包括无线传感器网络监测装置、服务器、云存储器和用户终端;
所述无线传感器网络监测装置用于对基坑中的变形、地下水、应力应变进行感知,采集基坑沉降传感数据,无线传感器网络监测装置包括汇聚节点和多个用于采集所述基坑沉降传感数据的传感器节点,网络拓扑构建阶段,多个传感器节点被分为多个簇,每个簇选择一个传感器节点作为簇头;簇头主要用于收集簇内传感器节点采集的基坑沉降传感数据并发送至汇聚节点;汇聚节点主要用于将各簇头发送的基坑沉降传感数据汇总发送至服务器;
所述服务器预先存储有基坑沉降的基本数据信息,以及接收并存储所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器;所述服务器还根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果,以及分别将各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。
2.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,所述传感器节点包括用于传感器和用于将传感器信号转换为对应的基坑沉降传感数据的信号适配器,所述信号适配器与传感器连接;还包括用于控制采集频率的控制器,所述控制器与传感器连接。
3.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,所述服务器包括存储单元、分析预警单元和通信单元;存储单元用于存储所述基坑沉降的基本数据信息,以及存储所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据;分析预警单元用于根据所述基本数据信息对基坑沉降传感数据进行分析,检测出基坑沉降传感数据异常时发出警示,并获取基坑沉降各个监测点的变化分析结果;所述通信单元用于接收所述无线传感器网络监测装置的基坑沉降传感数据,同时将基坑沉降传感数据同步上传至所述云存储器,还用于将分析预警单元输出的基坑沉降各个监测点的变化分析结果以表格或图形方式发送至用户终端。
4.根据权利要求3所述的建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,所述分析预警单元包括数据预设单元,用于预设各个监测点的安全阈值,包括沉降位移阈值、应力应变值阈值或水平位移量阈值。
5.根据权利要求4所述的建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,所述分析预警单元还包括报警单元,用于接收各个监测点的安全阈值,以及当基坑沉降传感数据至少一项超出所述各个监测点的安全阈值时,通过短信、邮件、报表、图形或曲线通知用户终端。
6.根据权利要求1所述的建筑基坑沉降智慧监测系统,其特征是,多个簇头通过节点竞选选举出一个中继节点,每个分簇内的传感器节点将采集的基坑沉降传感数据发送至对应簇头,每个簇头收集簇内各传感器节点的基坑沉降传感数据;当簇头与所述中继节点距离较近时,簇头将收集的基坑沉降传感数据发送至该中继节点,簇头与所述汇聚节点距离较近时,簇头直接将收集的基坑沉降传感数据发送至该汇聚节点,所述中继节点接收的基坑沉降传感数据量达到其缓存极限时,中继节点将接收的所有基坑沉降传感数据汇总发送至所述汇聚节点。
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