CN109579709A - 一种不可移动文物裂缝监测装置及方法 - Google Patents

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宋奇衡
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Abstract

本发明涉及一种不可移动文物裂缝监测装置及方法，解决现有文物监测方式劳动强度大、维护成本高、数据处理难度大、数据失实和缺乏实时性的问题。该装置包括控制平台、数据采集模块和服务端模块；控制平台包括控制器模块、分别与控制器模块连接的时钟模块、温湿度采集模块、无线传输模块和电源模块；数据采集模块包括裂缝宽度采集模块和裂缝距离采集模块；服务端模块包括数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块和预警信息判断模块，数据接收模块用于裂缝数据，数据存储模块用于将接收到的裂缝数据按格式进行存储，数据分析模块将存储的裂缝数据进行比对计算，并将计算结果传输给预警信息判断模块，预警信息判断模块对计算结果进行判断。

Description

一种不可移动文物裂缝监测装置及方法
技术领域
本发明涉及不可移动文物监测技术领域，具体涉及一种不可移动文物裂缝监测装置及方法。
背景技术
不可移动文物主要包括具有历史、艺术、科学价值的古遗址、古墓葬、古建筑、石窟寺和石刻等，以及与重大历史事件、革命运动或者著名人物有关的以及具有重要纪念意义、教育意义或者史料价值的近代现代重要史迹、代表性建筑等。
不可移动文物传统裂缝的监测主要是以离线监测、人工巡检、数据存储为主，此种方式劳动强度大、维护成本高、数据处理难度大，而且由于人为因素造成数据失实和缺乏实时性的事件时有发生，严重影响了文物遗址保护单位决策的可靠性。
发明内容
本发明的目的是解决现有文物监测方式劳动强度大、维护成本高、数据处理难度大、数据失实和缺乏实时性的问题，提供一种不可移动文物裂缝监测装置及方法。
本发明的技术方案是：
一种不可移动文物裂缝监测装置，包括控制平台、数据采集模块和服务端模块；所述控制平台包括控制器模块、分别与控制器模块连接的时钟模块、温湿度采集模块、无线传输模块和电源模块；所述时钟模块用于计时，提供数据采集触发条件；所述温湿度采集模块用于采集裂缝监测点温湿度；所述电源模块供电；所述无线传输模块用于数据采集模块和控制器模块之间、控制器模块与服务端模块之间的通信；所述数据采集模块包括裂缝宽度采集模块和裂缝距离采集模块，用于采集裂缝宽度像素值和裂缝距离；所述服务端模块包括数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块和预警信息判断模块，所述数据接收模块用于接收控制器模块发送的裂缝数据，所述数据存储模块用于将接收到的裂缝数据进行存储，所述数据分析模块将存储的裂缝数据进行比对计算，并将计算结果传输给预警信息判断模块，预警信息判断模块对计算结果进行判断。
进一步地，所述裂缝宽度采集模块包括OpenMV模块，OpenMV模块接收控制器模块的指令后，抓拍裂缝照片，计算出裂缝宽度像素值，并将裂缝宽度像素值回传至控制器模块。
进一步地，所述裂缝距离采集模块包括激光测距模块和MCU控制模块；所述MCU控制模块接收控制器模块的测量指令后激活激光测距模块，激光测距模块将测量到的裂缝距离通过MCU控制模块传输至控制器模块。
进一步地，所述无线传输模块包含ZigBee无线近距离传输模块和NB-IoT无线远距离传输模块，所述ZigBee无线近距离传输模块用于控制器模块与数据采集模块之间的通信，所述NB-IoT无线远距离传输模块用于控制器模块与服务端模块之间的通信。
同时，本发明还提供一种不可移动文物裂缝监测方法，包括以下步骤：
A、时钟模块达到计时条件，控制器模块向数据采集模块发送数据采集指令；
B、裂缝距离采集模块接收指令后，采集裂缝距离，并回传至控制器模块；
C、裂缝宽度采集模块接收指令后，抓拍裂缝照片，计算出裂缝宽度像素值，回传至控制器模块；
D、控制器模块根据裂缝距离和裂缝宽度像素值，通过预置算法计算出裂缝实际宽度，同时采集温湿度数据，并将裂缝实际宽度和温湿度数据传输至服务端模块；
E、服务端模块接收到裂缝实际宽度和温湿度数据后，对裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储并分析，得到裂缝发育速度值和裂缝随温度变化情况，并根据文物保护相关规定进行判断是否满足触发预警信号条件。
进一步地，步骤B具体包括以下步骤：
B1、MCU控制模块通过UART1端口读取控制器模块的测量指令；
B2、MCU控制模块通过UART2端口激活激光测距模块工作，激光测距模块向裂缝所处墙面发射激光，并记录返回时间，通过返回时间计算激光测距模块与裂缝所在墙面的距离，即裂缝距离H；
B3、将测量到的裂缝距离通过UART2端口传输至MCU控制模块，MCU控制模块再通过UART1端口将测量到的裂缝距离传输至控制器模块。
进一步地，步骤C具体包括以下步骤：
C1、OpenMV模块接收到控制器模块指令后开始工作；
C2、OpenMV模块抓拍一张裂缝照片，并对裂缝照片进行处理得到裂缝宽度像素值dp；
C3、将裂缝宽度像素值传输至控制器模块。
进一步地，步骤C2中，对裂缝照片进行处理具体包括以下步骤：
C21、对抓拍的裂缝图像进行核滤波处理，得到滤波后图像；
C22、对滤波后图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
C23、对灰度图像进行边缘检测，得到边缘检测图；
C24、将边缘检测图进行二值化处理，并固定截取第i行，将x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰，其中第i行有现场调试情况确定，确定后不再改变。
进一步地，步骤D中，通过预置算法计算出裂缝宽度具体包括以下步骤：
D1、根据OpenMV硬件属性获得焦距f、CCD尺寸ww×hh、图像分辨率w×h的数值；
D2、根据步骤B获得的裂缝距离H、步骤C获得的裂缝宽度像素值dp，计算裂缝实际宽度dm，公式如下
其中，p为CCD像素对应的实际距离，d为拍摄精度，dm为裂缝实际宽度(mm)。
进一步地，步骤E具体包括以下步骤：
E1、服务端模块接收控制器模块发送的裂缝实际宽度和温湿度数据；
E2、服务端模块将裂缝实际宽度和温湿度数据分别发送至数据存储模块和预警信息判断模块；
E3、数据存储模块将裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储，并发送至数据分析模块；
E4、数据分析模块将当前裂缝实际宽度与之前储存数据进行比对，得到当前裂缝的发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，并将裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据传输至预警信息判断模块；
E5、预警信息判断模块获得当前裂缝实际宽度、温湿度数据、裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，根据文物保护相关规定的数值，判断当前裂缝是否处于不稳定状态，并根据裂缝状态决定是否发出预警信号。
本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：
1.本发明装置的控制平台通过无线指令控制数据采集模块定时采集数据，并计算出裂缝宽度数据，随后将裂缝宽度数据和温湿度数据上传至服务端预警模块进行分析处理并提供实时预警信息。本发明装置安装灵活、操作简单、反应迅速、监测精度高、功耗小，特别是能够满足文物保护领域中的最小干预原则，在不直接接触不可移动文物本体的情况下，对裂缝病害进行监测预警，在文物裂缝病害发育到不稳定状态前发出预警信息，最大限度避免不可移动文物因裂缝治理不及时造成不可挽回的后果，有助于文物保护单位做出抢险加固决策。
2.本发明结合图像处理技术、无线传输技术、嵌入式技术、传感器技术，有效降低了硬件成本，提高了图像数据处理效率。同时，由于采用了图像处理技术和无线传输技术，使得设备可以不接触不可移动文物本体，只需要在裂缝病害正前方寻找合适地点安装即可。
附图说明
图1为本发明不可移动文物监测装置原理框图；
图2为本发明控制平台原理图；
图3为本发明电源模块工作原理图；
图4为本发明裂缝宽度采集模块原理图；
图5为本发明裂缝宽度计算原理图；
图6为本发明裂缝宽度计算示意图；
图7为本发明裂缝距离采集模块原理图；
图8为本发明控制平台工作流程图；
图9为本发明裂缝宽度采集模块工作流程图；
图10为本发明裂缝宽度采集模块工作流程图；
图11本发明服务端模块工作流程图。
具体实施方式
随着图像处理技术、无线传输技术的迅猛发展，提出了许多针对不可移动文物监测的新设备和新方法，但如何在文物监测保护工作中做到零干预仍是现在不可移动文物监测技术领域的难题。本发明提供的一种不可移动文物监测装置及方法，采用了图像处理技术、无线传输技术和嵌入式技术，在使用本发明装置时，无需与不可移动文物本体进行接触，只需要在裂缝病害正前方选择合适地点安置即可。本发明装置安装灵活、操作简单、精度高，并且能够在不接触不可移动文物本体的情况下对裂缝病害进行监测预警，有助于文物保护单位做出抢险加固决策。
如图1所示，一种不可移动文物裂缝监测装置，包括控制平台、数据采集模块和服务端模块。控制平台通过指令控制数据采集模块采集裂缝宽度像素值和裂缝距离，并通过计算得到裂缝实际宽度，将裂缝实际宽度和温湿度数据传输至服务端模块，由服务端模块进行数据存储分析，判断裂缝发育状态，并决定是否发出预警信号。
控制平台包括控制器模块、时钟模块、温湿度采集模块、无线传输模块和电源模块。控制器模块为嵌入式控制器，分别与时钟模块、温湿度采集模块、无线传输模块和电源模块连接，控制本发明装置的运行。控制器模块中提前写入裂缝宽度计算算法，裂缝宽度计算算法基于单相机成像原理，包括以下步骤：
1、根据OpenMV硬件属性获得焦距f(mm)、CCD(电荷耦合器件)尺寸ww×hh(mm)、图像分辨率w×h(像素)的数值，并提前写入控制器模块；
2、控制器模块通过数据采集模块获得拍摄距离(mm)和裂缝宽度像素值dp(个)；
3、根据裂缝宽度计算公式计算裂缝宽度dm，公式如下
其中，p为CCD像素对应的实际距离(mm)，d为拍摄精度(mm)，dm为裂缝实际宽度(mm)。
时钟模块负责计时，提供数据采集触发条件。温湿度采集模块用于采集裂缝监测点温湿度情况。无线传输模块包含ZigBee无线近距离传输模块和NB-IoT无线远距离传输模块，ZigBee无线近距离传输模块用于控制器模块与采集模块之间的通信，NB-IoT无线远距离传输模块用于控制器模块与服务端模块之间的通信。电源模块提供电池供电和市电供电两种方式，为控制平台提供供电。
数据采集模块包括裂缝宽度采集模块和裂缝距离采集模块。
裂缝宽度采集模块用于采集裂缝宽度像素值，包括OpenMV模块，其通过ZigBee无线近距离传输模块接收控制器模块的指令后，抓拍裂缝照片，并利用内置的算法计算出裂缝宽度像素值，将裂缝宽度像素值通过ZigBee无线近距离传输模块回传到控制器模块；其中OpenMV模块中提前写入裂缝宽度像素值计算算法，裂缝宽度像素值计算算法包括以下步骤：
1、对抓拍的裂缝图像进行核滤波处理，得到滤波后图像，核参数根据现场调试情况确定；
2、对滤波后图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
3、对灰度图像进行边缘检测，得到边缘检测图；
4、将边缘检测图进行二值化处理，并固定截取第i行，将x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰，其中第i行有现场调试情况确定，确定后不再改变。
裂缝距离采集模块用于采集裂缝距离，包括激光测距模块、MCU控制模块，其通过ZigBee无线近距离传输模块接收控制器模块指令后，通过MCU控制模块控制激光测距模块进行测距并记录数据，将数据通过ZigBee无线近距离传输模块回传至控制器模块。
服务端模块包括数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块和预警信息判断模块。其中数据接收模块负责接收控制器模块通过NB-IoT无线远距离传输模块发送的裂缝数据，数据存储模块负责将接收到的裂缝数据按日期-时间点-裂缝宽度的格式进行存储，数据分析模块将所有存储的数据进行比对计算出裂缝发育速度和裂缝宽度，并将计算结果传给预警信息判断模块，预警信息判断模块对计算结果进行判断，如果达到预警条件，立即发出预警信息。
一种不可移动文物裂缝监测方法，包括以下步骤：
A、控制器模块按照预置程序，在计时器达到计时条件时，向数据采集模块发送数据采集指令；
B、裂缝距离采集模块接收到指令后，采集裂缝距离，并回传至控制器模块；
步骤B具体包括以下步骤：
B1、ZigBee无线近距离传输模块收到控制器模块传输的测量指令时，MCU控制模块通过UART1端口读取到测量指令；
B2、MCU控制模块将通过UART2激活激光测距模块进行工作，激光测距模块向裂缝所处墙面发射激光，并记录返回时间，通过返回时间计算出此时本发明装置与裂缝所在墙面距离，即裂缝距离H；
B3、将测量到的距离数据通过UART2端口传输到MCU控制模块，此时MCU控制模块再通过UART1端口将测量到的数据通过ZigBee无线近距离传输模块传输到控制器模块；
C、裂缝宽度采集模块接收到指令后，抓拍一张裂缝照片，并根据提前写入的裂缝宽度像素值算法计算出裂缝宽度像素值，回传至控制器模块；
步骤C具体包括以下步骤：
C1、ZigBee无线近距离传输模块接收到控制器模块台传输的测量指令时，激活OpenMV模块进行工作；
C2、OpenMV模块抓拍一张裂缝照片，对裂缝照片进行处理得到裂缝宽度像素值；步骤C2中，对裂缝照片进行处理具体包括以下步骤：
C21、对抓拍的裂缝图像进行核滤波处理，得到滤波后图像；
C22、对滤波后图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
C23、对灰度图像进行边缘检测，得到边缘检测图；
C24、将边缘检测图进行二值化处理，并固定截取第i行，将x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰，其中第i行有现场调试情况确定，确定后不再改变。
C3、将采集的裂缝宽度像素值通过ZigBee无线近距离传输模块传输到控制器模块；
D、控制器模块根据裂缝距离和裂缝宽度像素值，通过裂缝宽度计算算法计算出裂缝实际宽度，同时采集一次温湿度数据，并将裂缝实际宽度和温湿度数据通过NB-IoT无线远距离传输模块传输至服务端模块；
D1、根据OpenMV硬件属性获得焦距f、CCD尺寸ww×hh、图像分辨率w×h的数值；
D2、根据步骤B获得的裂缝距离H、步骤C获得的裂缝宽度像素值dp，计算裂缝实际宽度dm，公式如下
其中，p为CCD像素对应的实际距离，d为拍摄精度，dm为裂缝实际宽度(mm)；
E、服务端模块接收到裂缝实际宽度和温湿度数据后，对裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储并分析，得到裂缝发育数据和裂缝随温度变化情况，并根据文物保护相关规定进行判断是否满足触发预警信号条件；
步骤E中，服务端模块接收到裂缝实际宽度和温湿度数据，判断是否触发预警信号包含以下步骤：
E1、服务端模块接收控制平台发送的裂缝实际宽度和温湿度数据；
E2、服务端模块将裂缝实际宽度和温湿度数据分别发送至数据存储模块和预警信息判断模块；
E3、数据存储模块将裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储，并发送至数据分析模块；
E4、数据分析模块将当前裂缝实际宽度与之前储存数据进行比对，得到当前裂缝的发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，并将裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据传输至预警信息判断模块；
E5、预警信息判断模块获得当前裂缝实际宽度、温湿度数据、裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，根据文物保护相关规定的数值，判断当前裂缝是否处于不稳定状态，并根据裂缝状态决定是否发出预警信号。
如图2所示，为本发明装置中控制平台的原理图。控制平台的控制器模块(MCU)选用STC15F2K60S2控制器，其具有低功耗、运行速度高、性能稳定和具有双串口等特点,本发明装置的工作方式为周期性进行工作，选用DS1302实时时钟芯片作周期性计时。由于不可移动文物通常具有较大的体积，对其进行裂缝病害监测时，不需要对每一个检测点的温湿度进行采集，因此本发明装置选用DHT11温湿度采集模块进行温湿度采集。
控制平台与数据采集模块之间的通信方式为ZigBee无线通信方式，选用的芯片为DL-LN3X，是一种自组网多跳无线通信模块。模块无线频率为2.4GHz-2.45GHz，该模块工作时，会与周围的模块自动组成一个无线多跳网络，此网络为对等网络，不需要中心节点，且与MCU之间进行通信为串口通信方式(URAT)，在本设备中将其与MCU的UART1相连。
控制平台与服务端模块之间的通信为基于蜂窝的窄带物联网(Narrow BandInternet of Things,NB-IoT)无线通信方式。NB-IoT构建于蜂窝网络，消耗大约180KHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，降低部署成本。NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波等三种部署方式，与现有网络共存，且其通信方式为UART方式。
如图3所示，为控制平台电源模块。考虑到大量不可移动文物位于偏远的地区，为确保本发明装置能够适应不同地理环境，本电源模块主要包含两种供电方式：电池供电或直流供电。图中电源控制电路控制优先由直流供电模块供电，当没有直流供电时，触发电池供电模块，电池选用选择亿纬锂能ER14505锂亚柱式电池3.6V容量型2700mAh一次性锂电池，同时电源控制电路包含稳压模块，确保稳定输出3.3V电压。
如图4所示，为裂缝宽度采集模块。图中OpenMV是一个可编程的摄像头，摄像头本身内置了一些基础图像处理算法，并向开发者提供Python编程接口。通常OpenMV模块有效拍摄距离为0-5米，在加装远视功能模块时，有效拍摄距离可达30米。ZigBee无线近距离传输模块用于裂缝宽度采集模块与控制平台通信。电源模块为电池供电方式，电池选用选择亿纬锂能ER14505锂亚柱式电池3.6V容量型2700mAh一次性锂电池，由于OpenMV模块需要的供电电源为5V，因此在电源供电时通过3.6V-5V升压模块为OpenMV模块提供稳定的5V电源。
如图5所示，为裂缝宽度计算原理图，根据裂缝宽度计算算法即可计算出裂缝的实际宽度。
如图6所示，为裂缝宽度计算示意图。对OpenMV模块的拍摄的图像进行单行数据截取，并对截取的单行数据二值化，判断x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰丢弃，x的值由安装设备时调试确定。
如图7所示，为裂缝距离采集模块原理图。本发明装置需要对裂缝距离进行周期性测量，由图中MCU控制模块控制激光测距仪模块完成上述测量。当ZigBee无线近距离传输模块收到主控制设备传输的测量指令时，MCU控制模块通过UART1读取到测量指令，此时MCU控制模块将通过UART2激活激光测距模块进行工作，将测量到的数据通过UART2传输到MCU控制模块，此时MCU控制模块再通过UART1将测量到的数据通过ZigBee无线近距离传输模块传输到主控制设备，裂缝距离采集模块与裂缝宽度采集模块公用电源模块。
如图8所示，为控制平台工作流程图。设备通电时，MCU控制模块向DS1302实时时钟芯片烧写时间并开始计时工作，此时MCU控制模块不断读取时间，如果读取的时间到达设定的周期性采集时间，MCU控制模块将通过UART1依次向裂缝宽度采集模块、裂缝距离采集模块发送数据采集指令并接受传回采集的数据，待数据采集完成后，此时将对DHT11温湿度采集模块进行读数据操作读取温湿度数据，将上述采集的数据进行打包通过与UART2相连的NB-IoT模块上传到服务端模块。
如图9所示，为裂缝宽度采集模块工作流程图。OpenMV模块在初始上电时处于待机模式，如果通过ZigBee无线近距离传输模块收到裂缝宽度采集指令，此时OpenMV模块将转为工作模式，抓拍一张裂缝照片，并截取照片中某一行数据，对截取的单行数据二值化，将x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰丢弃，然后将最终采集的裂缝宽度像素值通过ZigBee无线近距离传输模块回传到控制平台。
如图10所示，为裂缝距离采集模块流程图。激光测距模块在初始上电时处于待机模式，当MCU控制模块的UART1端口通过ZigBee无线近距离传输模块收到控制平台传输的裂缝距离采集指令时，MCU控制模块通过UART2向激光测距模块发送测量指令，激光测距模块向裂缝所处墙面发射激光，并记录返回时间，通过返回时间计算出此时本发明装置与裂缝所在墙面距离，测量完成后激光测距模块通过UART2将测量的数据传输给MCU控制模块，此时MCU控制模块通过UART1端口连接的ZigBee无线近距离传输模块将数据传输到主控设备。
如图11所示，为服务端模块工作流程图。控制平台通过NB-IoT无线远距离传输模块向服务端模块发送的裂缝实际宽度和温湿度数据，服务端模块接收数据后，由数据接收模块将裂缝实际宽度和温湿度数据发送至数据存储模块和预警信息判断模块，数据存储模块将裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储，并发送至数据分析模块，数据分析模块将当前裂缝实际宽度和温湿度数据与之前储存数据进行比对，得到当前裂缝的发育速度和裂缝宽度随温度变化数据，并将裂缝发育速度和裂缝宽度随温度变化数据传输至预警信息判断模块，预警信息判断模块获得当前裂缝实际宽度、温湿度数据、裂缝发育速度和裂缝宽度随温度变化数据，根据文物保护相关规定的判断条件，判断当前裂缝是否处于不稳定状态，并根据裂缝状态决定是否发出预警信号。
经过使用本发明提供的不可移动文物监测装置和方法对不可移动文物裂缝病害进行实际监测，裂缝宽度的精确度在0.05mm，裂缝监测预警信号准确率达99％以上，仅用电池供电的情况，本装置可连续工作至少3个月时间，以上数据均在真实环境下测得，温度范围为-15℃～40℃，湿度范围为0-80％RH。
本发明装置功能实现过程为控制平台通过无线指令控制数据采集模块定时采集数据，并通过预置计算出裂缝宽度数据，随后将裂缝宽度数据和温湿度数据上报到服务端预警模块进行分析处理并提供实时预警信息。本发明装置安装灵活、操作简单、反应迅速、监测精度高，特别是能够满足文物保护领域中的最小干预原则，在不直接接触不可移动文物本体的情况下，对裂缝病害进行监测预警，在文物裂缝病害发育到不稳定状态前发出预警信息，最大限度避免不可移动文物因裂缝治理不及时造成不可挽回的后果。

Claims (10)

1.一种不可移动文物裂缝监测装置，其特征在于：包括控制平台、数据采集模块和服务端模块；
所述控制平台包括控制器模块、分别与控制器模块连接的时钟模块、温湿度采集模块、无线传输模块和电源模块；所述时钟模块用于计时，提供数据采集触发条件；所述温湿度采集模块用于采集裂缝监测点温湿度；所述电源模块供电；所述无线传输模块用于数据采集模块和控制器模块之间、控制器模块与服务端模块之间的通信；
所述数据采集模块包括裂缝宽度采集模块和裂缝距离采集模块，用于采集裂缝宽度像素值和裂缝距离；
所述服务端模块包括数据接收模块、数据存储模块、数据分析模块和预警信息判断模块，所述数据接收模块用于接收控制器模块发送的裂缝数据，所述数据存储模块用于将接收到的裂缝数据进行存储，所述数据分析模块将存储的裂缝数据进行比对计算，并将计算结果传输给预警信息判断模块，预警信息判断模块对计算结果进行判断。
2.根据权利要求1所述的不可移动文物裂缝监测装置，其特征在于：所述裂缝宽度采集模块包括OpenMV模块，OpenMV模块接收控制器模块的指令后，抓拍裂缝照片，计算出裂缝宽度像素值，并将裂缝宽度像素值回传至控制器模块。
3.根据权利要求1所述的不可移动文物裂缝监测装置，其特征在于：所述裂缝距离采集模块包括激光测距模块和MCU控制模块；所述MCU控制模块接收控制器模块的测量指令后激活激光测距模块，激光测距模块将测量到的裂缝距离通过MCU控制模块传输至控制器模块。
4.根据权利要求1或2或3所述的不可移动文物裂缝监测装置，其特征在于：所述无线传输模块包含ZigBee无线近距离传输模块和NB-IoT无线远距离传输模块，所述ZigBee无线近距离传输模块用于控制器模块与数据采集模块之间的通信，所述NB-IoT无线远距离传输模块用于控制器模块与服务端模块之间的通信。
5.一种不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、时钟模块达到计时条件，控制器模块向数据采集模块发送数据采集指令；
B、裂缝距离采集模块接收指令后，采集裂缝距离，并回传至控制器模块；
C、裂缝宽度采集模块接收指令后，抓拍裂缝照片，计算出裂缝宽度像素值，回传至控制器模块；
D、控制器模块根据裂缝距离和裂缝宽度像素值，通过预置算法计算出裂缝实际宽度，同时采集温湿度数据，并将裂缝实际宽度和温湿度数据传输至服务端模块；
E、服务端模块接收到裂缝实际宽度和温湿度数据后，对裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储并分析，得到裂缝发育速度值和裂缝随温度变化情况，并根据文物保护相关规定进行判断是否满足触发预警信号条件。
6.根据权利要求5所述的不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于，步骤B具体包括以下步骤：
B1、MCU控制模块通过UART1端口读取控制器模块的测量指令；
B2、MCU控制模块通过UART2端口激活激光测距模块工作，激光测距模块向裂缝所在处墙面发射激光，并记录返回时间，通过返回时间计算激光测距模块与裂缝所在墙面的距离，即裂缝距离H；
B3、将测量到的裂缝距离通过UART2端口传输至MCU控制模块，MCU控制模块再通过UART1端口将测量到的裂缝距离传输至控制器模块。
7.根据权利要求5所述的不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于：步骤C具体包括以下步骤：
C1、OpenMV模块接收到控制器模块指令后开始工作；
C2、OpenMV模块抓拍裂缝照片，并对裂缝照片进行处理得到裂缝宽度像素值dp；
C3、将裂缝宽度像素值传输至控制器模块。
8.根据权利要求7所述的不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于，步骤C2中，对裂缝照片进行处理具体包括以下步骤：
C21、对抓拍的裂缝图像进行核滤波处理，得到滤波后图像；
C22、对滤波后图像进行灰度化处理，得到灰度图像；
C23、对灰度图像进行边缘检测，得到边缘检测图；
C24、将边缘检测图进行二值化处理，并固定截取第i行，将x个连续0值作为裂缝宽度测量，x小于某阈值认为是干扰，其中第i行有现场调试情况确定，确定后不再改变。
9.根据权利要求8所述的不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于，步骤D中，通过预置算法计算出裂缝实际宽度具体包括以下步骤：
D1、根据OpenMV硬件属性获得焦距f、CCD尺寸ww×hh、图像分辨率w×h的数值；
D2、根据步骤B获得的裂缝距离H、步骤C获得的裂缝宽度像素值dp，计算裂缝实际宽度dm，公式如下
其中，p为CCD像素对应的实际距离，d为拍摄精度，dm为裂缝实际宽度(mm)。
10.根据权利要求9所述的不可移动文物裂缝监测方法，其特征在于，步骤E具体包括以下步骤：
E1、服务端模块接收控制器模块发送的裂缝实际宽度和温湿度数据；
E2、服务端模块将裂缝实际宽度和温湿度数据分别发送至数据存储模块和预警信息判断模块；
E3、数据存储模块将裂缝实际宽度和温湿度数据进行存储，并发送至数据分析模块；
E4、数据分析模块将当前裂缝实际宽度与之前储存数据进行比对，得到当前裂缝的发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，并将裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据传输至预警信息判断模块；
E5、预警信息判断模块获得当前裂缝实际宽度、温湿度数据、裂缝发育速度数据和裂缝宽度随温度变化数据，根据文物保护相关规定的数值，判断当前裂缝是否处于不稳定状态，并根据裂缝状态决定是否发出预警信号。
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