CN109798935A - 一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法及系统。其中，该方法包括如下步骤：获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。该方法不仅能及时预警，而且预警准确率高，并对不同的预警等级设定了对应的方案，能切实提升突发事件监测、预警和应急处置能力。

Description

一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，同时涉及相应的多源传感器协同监测预警系统，属于智能建筑技术领域。

背景技术

现有技术中，用于高层建筑的幕墙实时智能预警系统大多停留在具有预警功能或设置预警级别，然而，对预报警之后的警情处理和应急处置办法不够细化，多为现场查看，各管理部门应急启动。

到目前为止，兼顾幕墙的安全可靠性、使用寿命和耐用性等要求，还没有一个有效的预警评估方法。实用化的幕墙预警机制与应急方法几乎是空白，这是目前幕墙使用中比较严重的问题。因此，业界急需一种用于幕墙的智能预警方法。

为了解决上述问题，在申请号为201710271186.8的中国专利申请中，公开了一种高层建筑健康监测系统和监测方法。该系统对预先存储的数据进行实时分析及加工处理，判断损伤的发生位置和程度，进行表格和图形化显示，向工作人员显示建筑结构的整体和局部状态性能，并分析未来的走势同时进行图形趋势显示，评估结构的可靠性，对安全隐患进行预警。但是，该系统的监测功能不够细化，预警指标没有量化，实用性不足。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法。

本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提供一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，包括如下步骤：

获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；

将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；

根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。

其中较优地，获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；包括如下步骤：

对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理；

判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，如果有，则调整存在监测数据异常的模态传感器的采集频率，优先传输这类监测数据，并对该监测数据采用预处理技术进行处理，若监测数据正常，则解除警报；否则，则输出该异常模态传感器的监测结果；

否则，继续对模态传感器采集的数据采用预处理技术进行处理。

其中较优地，对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，是随机提取模态传感器采集的监测数据，如果随机提取的模态传感器的监测数据大于监测阈值，或者所述随机提取的监测数据与其相邻点的监测数据之间的差值大于相邻节点差值最高值，则判定所述监测数据对应的模态传感器的监测数据存在异常。

其中较优地，对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，包括如下步骤：

随机抽取一种模态传感器的监测数据作为第一样本；

从与第一样本的模态相同的模态传感器的监测数据中选取一个距离与第一样本最近的第二样本；

计算所述第一样本和所述第二样本在所述模态传感器中的差值；如果所述差值大于相邻节点差值最高值或者所述第一样本大于监测阈值，则判定所述模态传感器的监测数据存在异常。

其中较优地，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；包括如下步骤：

构建多模协同探测模型；

将各种模态传感器的监测结果输入到多模协同探测模型，得到协同融合处理结果。

其中较优地，构建的多模协同探测模型如下：

其中，H为协同融合处理结果；H₀为H的初始值，H₀取100；w_i表示不同模态传感器权重；fl_i(S_i)表示模态为i的传感器节点间的协同监测结果；S＝{S₁,.....,S_i,......,S_M}为分布在监测区域中的M种模态传感器节点。

其中较优地，根据协同融合处理结果确定预警等级分为无警、轻警、中警、重警和巨警五个等级，根据各个等级设定的预警方案如下：

1)若无警，则幕墙安全性能符合要求，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养；

2)若轻警，则排查异常情况，针对问题部位进行修补；

3)若中警，则安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；

4)若重警，则严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；

5)若巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统，包括处理器和存储器；所述存储器上存储有可用在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；

将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；

根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。

本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；然后，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。该方法不仅能及时预警，而且预警准确率高，并对不同的预警等级设定了对应的方案，能切实提升突发事件监测、预警和应急处置能力。

附图说明

图1为本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法的流程图；

图2为本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容进行详细具体的说明。

为填补幕墙实时智能预警技术的空白，本发明公开了一种用于幕墙的多源传感器协同探测方法，首先对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术，若某模态传感器的监测数据异常，则调整该模态传感器的采集频率，优先传输这类监测数据并对监测数据采用预处理技术，若监测数据正常，则解除警报，若异常，则输出该模态传感器监测结果，其次采用一种新型的多模协同探测模型，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理。最后根据协同融合处理结果不同，确定预警等级和应对方案。若无警，则幕墙安全性能符合要求，不影响幕墙继续使用，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养；若轻警，则排查异常情况，针对问题部位进行修补；若中警，则安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；若重警，则严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；若巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

如图1所示，本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，包括如下步骤：首先，获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；然后，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；最后，根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。下面对这一过程进行详细具体的说明。

S1，获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；具体包括如下步骤：

S11，对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，如果有则转向步骤S12；否则，继续对模态传感器采集的数据采用预处理技术进行处理。

其中，对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，是随机提取模态传感器采集的监测数据，如果随机提取的模态传感器的监测数据大于监测阈值，或者该随机提取的监测数据与其相邻点的监测数据之间的差值大于相邻节点差值最高值，则判定该模态传感器的监测数据存在异常；具体包括如下步骤：

S111，随机抽取一种模态传感器的监测数据作为第一样本x。

S112，从与第一样本x的模态相同的模态传感器的监测数据中选取一个距离与第一样本x最近的第二样本h，h称为x的相邻点t。其中，在模态相同的模态传感器中，第二样本h是与第一样本x距离值最小的监测数据。

S113，计算第一样本和第二样本在该模态传感器中的差值；如果该差值大于相邻节点差值最高值或者第一样本大于监测阈值，则判定该模态传感器的监测数据存在异常。

具体的，随机抽取一种模态传感器数据作为第一样本x，从与x模态相同的模态传感器数据中选取一个距离与x最近的第二样本h，h称为x的相邻点t；d(x.S_i,h.S_i)代表第一样本x和第二样本h在模态S_i传感器的差值，d(x.S_i,h.S_i)＝|x.S_i-h.S_i|；若x.S_i≥α_i or d(x.S_i,h.S_i)≥Δ_i，则fl_i(S_i)＝1，表示模态S_i传感器的监测数据异常，否则为0。其中α_i为模态S_i传感器的监测阈值，Δ_i相邻节点差值最高值。其中，监测阈值和相邻节点差值最高值可以通过对历史监测数据进行分析设定。

S12，调整存在监测数据异常的模态传感器的采集频率，优先传输这类监测数据，并对该监测数据采用预处理技术进行处理，若监测数据正常，则解除警报；否则，则输出该异常模态传感器的监测结果。

多种传感器共同监测幕墙的实际运行状态，如果某一传感器数据发生异常，说明存在一定可能的运行安全问题，但并不排除传感器设备本身的问题，因此需要对该传感器的监测数据及时进行处理：调整采样频率，优先传输该类传感器的监测数据，尽快找出异常原因，即对该类传感器的监测数据优先采用预处理技术进行处理，若监测数据正常，则解除警报；否则，则输出该异常模态传感器的监测结果。

S2，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理。

当判定的确存在异常的模态传感器时，考虑到一种模态传感器数据判断是否异常并不全面，需由多种模态传感器协同监测共同判断，按照这一思路，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；具体包括如下步骤：

S21，构建多模协同探测模型。

其中，构建的多模协同探测模型如下：

其中，H为协同融合处理结果，即为多模协同探测模型的输出值，100表示系统判决无预警出现，否则，表示系统有预警，根据H值的大小可以判定预警等级。H₀为H的初始值，H₀可以等于1,2,3……100，在本发明所提供的实施例中，H₀取100。对不同模态的传感器节点，其监测方法是有差异的；w_i表示不同模态传感器权重；fl_i(S_i)＝{0,1}表示模态为i的传感器节点间的协同监测结果，fl_i(S_i)＝1，表示i模态传感器监测数据异常，否则fl_i(S_i)＝0。S＝{S₁,.....,S_i,......,S_M}为分布在监测区域中的M种模态传感器节点，其中S_i＝{S_i1,.....S_ij,........S_iN}，S_i1、S_i2……S_iN为第i中模态传感器中的N个传感器。

S22，将各种模态传感器的监测结果输入到多模协同探测模型，得到协同融合处理结果。

将各种模态传感器的检测结果输入到多模协同探测模型，根据模型计算协同容和处理结果H。根据H的取值范围可以确定预警等级。

S3，根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。

采用构建的多模协同探测模型，将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理之后，根据协同融合处理结果不同，确定预警等级和应对方案。其中，协同融合处理结果不同，将安全等级分为无警、轻警、中警、重警和巨警五个等级，根据各个等级设定的预警方案如下：

1)若无警，则幕墙安全性能符合要求，不影响幕墙继续使用，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养；

2)若轻警，则排查异常情况，针对问题部位进行修补；

3)若中警，则安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；

4)若重警，则严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；

5)若巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

具体的，将各种模态传感器的监测结果输入到多模协同探测模型进行协同融合处理。

当协同融合处理结果为100分，则预警级别为无警则幕墙安全性能符合要求，不影响幕墙继续使用，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养4；

当协同融合处理结果为90～100时，预警级别为轻警，排查异常情况，针对问题部位进行修补；

当协同融合处理结果为80～90时，预警级别为中警，安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；

当协同融合处理结果为70～80时，预警级别为重警，严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；

当协同融合处理结果低于70时，预警级别为巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

综上所述，本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，多种传感器共同监测幕墙的实际运行状态，获取多种模态传感器采集的监测数据，并对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术，若某模态传感器的监测数据异常时，调整该模态传感器的采集频率，优先传输这类数据并对监测数据采用预处理技术，若监测数据正常，则解除警报，若异常，则输出该模态传感器检测结果，然后采用创建的多模协同探测模型，将各种模态传感器监测结果进行协同融合处理。最后根据协同融合处理结果不同，确定预警等级和应对方案。该方法不仅能及时预警，而且预警准确率高，并对不同的预警等级设定了对应的方案，能切实提升突发事件监测、预警和应急处置能力。

本发明还提供了一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统。如图2所示，该系统包括处理器22以及存储有处理器22可执行指令的存储器21；

其中，处理器22可以是通用处理器，例如中央处理器(CPU)，还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)，或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器21，用于存储程序代码，并将该程序代码传输给CPU。存储器21可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器(RAM)；存储器21也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器、快闪存储器、硬盘或固态硬盘；存储器21还可以包括上述种类的存储器的组合。

具体地，本发明实施例所提供的一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统，包括处理器22和存储器21；存储器21上存储有可用在处理器22上运行的计算机程序，当计算机程序被处理器22执行时实现如下步骤：

获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；

将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；

根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。

其中，获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；计算机程序被处理器22执行时实现如下步骤；

对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理；

判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，如果有，则调整存在监测数据异常的模态传感器的采集频率，优先传输这类监测数据，并对该监测数据采用预处理技术进行处理，若监测数据正常，则解除警报；否则，则输出该异常模态传感器的监测结果；

否则，继续对模态传感器采集的数据采用预处理技术进行处理。

其中，当计算机程序被处理器22执行时实现如下步骤；

对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，是随机提取模态传感器采集的监测数据，如果随机提取的模态传感器的监测数据大于监测阈值，或者所述随机提取的监测数据与其相邻点的监测数据之间的差值大于相邻节点差值最高值，则判定所述监测数据对应的模态传感器的监测数据存在异常。

其中，当对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常时；计算机程序被处理器22执行实现如下步骤；

随机抽取一种模态传感器的监测数据作为第一样本；

从与第一样本的模态相同的模态传感器的监测数据中选取一个距离与第一样本最近的第二样本；

计算所述第一样本和所述第二样本在所述模态传感器中的差值；如果所述差值大于相邻节点差值最高值或者所述第一样本大于监测阈值，则判定所述模态传感器的监测数据存在异常。

其中，当将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理时；计算机程序被处理器22执行实现如下步骤；

构建多模协同探测模型；

将各种模态传感器的监测结果输入到多模协同探测模型，得到协同融合处理结果。

其中，当计算机程序被处理器22执行时实现如下步骤；

构建的多模协同探测模型如下：

其中，H为协同融合处理结果；H₀为H的初始值，H₀取100；w_i表示不同模态传感器权重；fl_i(S_i)表示模态为i的传感器节点间的协同监测结果；S＝{S₁,.....,S_i,......,S_M}为分布在监测区域中的M种模态传感器节点。

其中，当计算机程序被处理器22执行时实现如下步骤；

根据协同融合处理结果确定预警等级分为无警、轻警、中警、重警和巨警五个等级，根据各个等级设定的预警方案如下：

1)若无警，则幕墙安全性能符合要求，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养；

2)若轻警，则排查异常情况，针对问题部位进行修补；

3)若中警，则安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；

4)若重警，则严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；

5)若巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质。这里的计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序。其中，计算机可读存储介质可以包括易失性存储器，例如随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如只读存储器、快闪存储器、硬盘或固态硬盘；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。当计算机可读存储介质中所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现上述的用于实现上述方法实施例中用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法的部分步骤或者全部步骤。

上面对本发明所提供的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法及系统进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。

Claims (8)

1.一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于包括如下步骤：

获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；

将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；

根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。

2.如权利要求1所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；包括如下步骤：

对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理；

判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，如果有，则调整存在监测数据异常的模态传感器的采集频率，优先传输这类监测数据，并对该监测数据采用预处理技术进行处理，若监测数据正常，则解除警报；否则，则输出该异常模态传感器的监测结果；

否则，继续对模态传感器采集的数据采用预处理技术进行处理。

3.如权利要求2所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于：

对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，是随机提取模态传感器采集的监测数据，如果随机提取的模态传感器的监测数据大于监测阈值，或者所述随机提取的监测数据与其相邻点的监测数据之间的差值大于相邻节点差值最高值，则判定所述监测数据对应的模态传感器的监测数据存在异常。

4.如权利要求3所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于对多种模态传感器采集的监测数据分别采用预处理技术进行处理，判断是否有模态传感器的监测数据存在异常，包括如下步骤：

随机抽取一种模态传感器的监测数据作为第一样本；

从与第一样本的模态相同的模态传感器的监测数据中选取一个距离与第一样本最近的第二样本；

计算所述第一样本和所述第二样本在所述模态传感器中的差值；如果所述差值大于相邻节点差值最高值或者所述第一样本大于监测阈值，则判定所述模态传感器的监测数据存在异常。

5.如权利要求1所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；包括如下步骤：

构建多模协同探测模型；

将各种模态传感器的监测结果输入到多模协同探测模型，得到协同融合处理结果。

6.如权利要求5所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于：

构建的多模协同探测模型如下：

其中，H为协同融合处理结果；H₀为H的初始值，H₀取100；w_i表示不同模态传感器权重；fl_i(S_i)表示模态为i的传感器节点间的协同监测结果；S＝{S₁，.....，S_i，......，S_M}为分布在监测区域中的M种模态传感器节点。

7.如权利要求1所述的用于幕墙的多源传感器协同监测预警方法，其特征在于：

根据协同融合处理结果确定预警等级分为无警、轻警、中警、重警和巨警五个等级，根据各个等级设定的预警方案如下：

1)若无警，则幕墙安全性能符合要求，应对方案是不做处理，定期检查，例行维护保养；

2)若轻警，则排查异常情况，针对问题部位进行修补；

3)若中警，则安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，针对问题进行修补，并二次抽查；

4)若重警，则严重影响幕墙继续使用，对整个幕墙进行修补，全面复查；

5)若巨警，安全性能基本丧失，暂停使用，全面改造。

8.一种用于幕墙的多源传感器协同监测预警系统，其特征在于包括处理器和存储器；所述存储器上存储有可用在所述处理器上运行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

获取多种模态传感器采集的监测数据，当判定有模态传感器的监测数据异常时，输出该异常模态传感器的监测结果；

将各种模态传感器的监测结果进行协同融合处理；

根据协同融合处理结果确定预警等级，并根据预警等级设定应对方案。