CN109931986A - 一种建筑物健康状态监测方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑物健康状况监测方法和系统，包含一种方法和系统装置。所述系统装置包括：电力线、状态监测节点设备、数据分析平台和电力线网络控制器，其中所述状态监测节点设备包括传感器、数据采集模块、电力线通信模块和电源适配器。所述方法包括：沿着建筑物墙体内的电力线管道，将状态监测节点设备设置在管道附近合适的位置，并由电力线直接为每个状态监测节点设备供电，同时，状态监测节点设备采集各类健康状况数据，通过电力线进行数据传输，由电力线网络控制器控制数据正确传输到数据分析平台，供其对建筑物进行健康状况分析。本发明利用电力线既为状态监测节点设备供电又为其传输数据，使得建筑物健康状况得到更有效的监测。

Description

一种建筑物健康状态监测方法与系统

技术领域

本发明涉及智能建筑技术领域，尤其涉及一种建筑物健康状态监测方法与系统。

背景技术

将物联网技术应用在建筑物健康监测中，对于掌握建筑工作状态、及时发现结构损伤、评估建筑安全情况有着重要意义，这就是建筑物的健康监测，其手段是根据建筑物的特点和需要观测的技术指标，在建筑物上安装数据采集的传感器系统，传感器系统测量各种不同类型的数据，并传输到数据分析平台进行数据分析，从而获取建筑物的健康状态信息，例如加速度传感器采集建筑振动数据，静力水准传感器采集建筑物沉降数据，风速、温湿度传感器采集建筑物环境数据等。目前的建筑物健康状态监测手段通常是将测量设备直接安装在建筑物外体上进行测量，这样既不美观，安装也不方便，传感器虽然体积较小，但是与其有线相连的数据采集设备体积却非常大，而且放在室外进行测量也不安全。同时，由于传感器信号传输的衰减特征，要想对整个建筑物布置多个传感器同时进行数据测量也不现实，一般只能对建筑物某个局部区域进行测量，假如采用无线传感器设备进行测量，那么无线传感器及数据采集设备的供电也是一个问题，其电池不能支撑长时间进行监测，而短时间段的监测又不能对建筑物的健康状况有一个完整的了解。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种新的利用有线传感器对建筑物进行健康状态监测的方法与系统。本发明考虑所有建筑物的各层楼以及各个房间都有电力线管道存在于墙体内，那么可以在建筑物内部的电力线管道沿路中选择合适的建筑物监测点，将各种传感器设备安装于监测点处，利用输电线为传感器及信号采集设备供电，并利用输电线进行信息传输，将传感器采集的信息传输至数据分析平台。

为了达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种建筑物健康状况监测方法与系统，包括电力线、状态监测节点设备、数据分析平台、电力线网络控制器，其中状态监测节点设备由传感器、数据采集模块、电力线通信模块和电源适配器构成。

所述电力线为安装于建筑物墙体内为各种用电设备供电的导线。一个电力线回路总可接入一个状态监测节点设备，也可接入多个状态监测节点设备。

所述传感器可以是加速度传感器、静力水准传感器、温湿度传感器等，用于采集不同的状态数据，建筑物内不同监测点根据需要安装不同传感器，所述传感器与数据采集模块相连，同时，数据采集模块为其供电。

所述数据采集模块用于对各类传感器采集的数据进行预处理、存储和发送。

所述电源适配器连接电力线，并将市电电压转换为数据采集模块适配的电压，为其供电。

所述电力线通信模块利用电力线传输来自数据采集模块的传感器数据，将数据传送至数据分析平台，电力线通信模块能完成通过电力线进行基本的通信功能，例如调制解调功能。

所述电力线网络控制器一般置于每层楼的配电箱中，该设备可以完成普通网络设备的功能，如数据交换、路由、信号增强、调制解调等，电力线网络控制器用于将每层楼的各个状态监测节点设备的数据进行采集与发送，最终使得数据分析平台能接收到来自所有状态监测节点设备的数据。

所述数据分析平台是一台计算机或服务器，用于从电力线获取来自建筑物内各个位置检测到的传感器数据，供建筑物健康分析用途。

所述建筑物健康状态监测系统由建筑物内多个监测点上的传感器同时对大楼健康状况进行监测，并将监测数据通过电力线实时发送至数据分析平台，建筑物健康状况监测系统是一个有线网状结构的信号采集系统，同时，该系统也是基于电力线形成了建筑物健康状况监测的局域网。

本发明的有益效果是，本发明采用基于电力线供电和信息传输的建筑物健康状态监测方法和系统，能够解决传统建筑物健康监测技术中监测局部性、短时性等缺陷，由于电力线在建筑物中的布置是非常密集的，那么通过在建筑施工时将各种传感器及数据采集设备安装至电力线管道附近，可以大规模地对大楼进行节点设备的布置，使得这些设备可以完整地采集各种有关建筑物健康状况的数据，获取整个建筑物全生命周期数据，同时，本发明提出的系统利用电力线为其供电，避免了设备供电的担忧，而利用建筑物内部的电力线承担数据传输功能，保证了数据传输的稳定性，避免了使用无线传感器网络的供电担忧和网络传输不稳定的担忧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是建筑物健康状态监测系统图；

图2是建筑物健康状态监测节点设备结构图；

图3是建筑物健康状态监测系统实现流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例以三层楼建筑物为例，对建筑物的健康状态监测方法和系统进行说明，建筑物健康监测系统图如图1所示。同时，对该监测系统中每个监测节点设备的结构进行说明，即如图2所示的建筑物健康状况监测节点设备结构图。图3展示了建筑物健康状况检测系统中各个状态监测节点设备数据采集和在电力线上传输的实现流程图。

所述图1中，所述三层楼建筑物的健康状态监测系统包括9个状态监测节点设备：状态监测节点设备1~状态监测节点设备9，每层楼包括三个状态监测节点设备；同时，每层楼有一个电力线网络控制器，置于每层楼的配电箱中，即电力线网络控制器1~电力线网络控制器3；第一层楼设置一台数据分析平台与一台电力线通信模块。所述三层楼的电力线通信系统形成了一个用于建筑物健康状态监测的局域网络。

所述状态监测节点设备是整个建筑物健康状态监测系统的终端设备，能够监测建筑物中各种健康状况数据，并能够利用电力线进行信息传输，对应不同建筑物，可根据不同需求设置各种状态监测节点设备，每层楼的节点设备数量可以根据需要进行设置。另外，每一个状态监测节点设备沿着电力线管道安装在建筑物墙壁内，使得电力线作为载体能方便地为其提供电能和信息传输通道，不再需要常规的网线来传输数据。同一层楼中的多个状态监测节点设备可能设置在同一条电回路中，也可能设置在不同电回路中。

所述电力线网络控制器的作用是解决利用电力线进行网络传输时的网络控制问题，例如数据交换、信号增强、路由、调制解调等等。使用网络控制器具有普通网络设备的功能，可以将每个状态监测节点设备采集的数据顺利传输到数据分析平台。电力线网络控制器一般置于每层楼的配电箱中，因为每层楼的每一个电回路都由配电箱引出，所以电力线网络控制器需要在配电箱处对来自同层楼各个状态监测节点设备的数据进行传输控制。

所述数据分析平台是一台服务器，用于收集来自各层楼各个状态监测节点设备采集的传感器数据，并利用信号处理技术或者机器学习技术对数据进行分析，评估建筑物的健康状态。数据分析平台可以设置在任何一层楼的机房中。

所述电力线通信模块通过调制解调技术从电力线接收的信号中解调出来自各个状态监测节点设备的数据，同时也能对每个状态监测节点设备进行软件控制。

所述图2展示了每层楼每个状态监测节点设备的结构图，该设备包括电源适配器、数据采集模块、传感器和电力线通信模块。

所述电源适配器从电力线获取电源，并适配成数据采集模块所接受的稳压电源，持续不断地为数据采集模块供电。

所述数据采集模块用于对传感器感知的信号进行放大、A/D转换、信号滤波、数据存储、数据处理等目的，同时数据采集模块也持续不断地为传感器供电。

所述传感器可以是各类数字传感器或模拟传感器，一般是根据建筑物健康监测系统的需要选择各类传感器，如加速度传感器、静力水准传感器、温湿度传感器等等。传感器的采样频率和位数等参数可根据需要进行设置。传感器需要根据需要安装在大楼中合适的位置，使得能更好地监测大楼的健康状况信息。

所述电力线通信模块用于将数据采集模块获取的传感器数据进行调制，然后通过电力线发送数据，使得数据能通过电力线顺利地传输到数据分析平台，同时也可以对接收到的信号进行解调。

所述图3是建筑物健康状态监测系统中一个状态监测节点设备的数据采集及在电力线上完成数据传输的实现流程图。首先，状态监测节点设备中的传感器采集建筑物健康状况相关的信息数据，然后传送到数据采集模块，数据采集模块对数据进行A/D转换、信号放大、滤波和信号存储等基本的信号处理工作，然后状态监测节点设备中的电力线通信模块对传感器数据进行调制处理，将信号调制到电力线数据通信标准中规定的载波频段，并将调制信号通过电力线发送出去。调制信号在电力线中被传输到电力线网络控制器，电力线网络控制器再对信号进行信号增强等基本处理，并按照事先设置的路由规则将信号发送出去，通过电力线传送至数据分析平台前端的电力线通信模块，电力线通信模块用于对信号进行解调处理，获取原始的传感器采集数据，并发送至数据分析平台，供数据分析平台对数据进行存储和健康状态分析。

所述图1建筑物健康状态监测系统中所有状态监测节点设备的信号采集和传输流程图与所述图3相同，每层楼的电力线网络控制器根据其路由规则将来自各个状态监测节点设备的信号发送至数据分析平台。

本发明的原理己经通过实施例或操作模式的实例在上面进行了描述。然而本发明不应该被解释为限于上面讨论的特定实施例，例如, 本发明对具有不同楼层不同数量的多个状态监测节点设备的建筑物健康状态监测系统同样有效、对具备各层具备多个配电箱的建筑物健康状态监测系统同样有效。

上述或多或少特定的实施例因此应该被认为是说明性的,而不是限制性的,并且应该理解的是,本领域技术人员可以在所述实施例中作出变化,而不背离由所附的权利要求所限定的本发明的范围。

Claims (9)

1.一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于建筑物健康状况监测系统包括：电力线、状态监测节点设备、数据分析平台和电力线网络控制器，其中所述状态监测节点设备由传感器、数据采集模块、电力线通信模块和电源适配器构成，所述方法包括：沿着建筑物墙体内敷设的电力线管道，选择多个适合进行建筑物健康监测的位置，设置各类状态监测节点设备，并由附近的电力线直接为每个状态监测节点设备供电，同时，状态监测节点设备采集各类健康状况数据，并将采集的信号调制到电力线能进行数据传输的频带上，然后通过电力线进行数据传输，同时，由电力线网络控制器控制数据最终正确传输到数据分析平台，数据分析平台对建筑物进行健康状况分析。

2.根据权利要求1所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于所述状态监测节点设备被安装到墙体内电力线附近，并且选择适合进行建筑物健康状况监测的位置。

3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于所述状态监测节点设备由传感器、数据采集模块、电力线通信模块和电源适配器构成，该设备由电力线为其供电，同时由电力线为其传输数据，所述状态监测节点设备中可以设置各种传感器，用于采集多种建筑物健康状态相关数据。

4.根据权利要求1、权利要求2、权利要求3所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于所述状态监测节点设备中的电力线通信模块能对信号进行调制解调，使得信号能在电力线数据通信标准中规定的频段上进行数据信号传输，所述电力线既为状态监测节点设备供电又为其传输数据，同时，通过电力线的连接，状态监测节点设备可以覆盖至建筑物的各个角落。

5.根据权利要求1和权利要求4所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于建筑物健康状况监测系统中用于传输数据的电力线构成一个建筑物健康状况监测局域网，所述电力线网络控制器用于控制数据在电力线上的传输，使其在建筑物健康状况监测局域网中能正确传输到数据分析平台。

6.根据权利要求1和权利要求5所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于所述电力线网络控制器设置在建筑物每层的配电箱中，可以对配电箱中每一个电回路上状态监测节点设备产生的健康状态数据进行正确的网络传输。

7.根据权利要求1和权利要求6所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于每一个电回路上可以设置一个或多个状态监测节点设备。

8.根据权利要求1和权利要求7所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于数据分析平台也存在于电力线组成的建筑物健康监测局域网内，由电力线通信模块将电力线上的信号进行解调后传给数据分析平台。

9.根据权利要求1和权利要求4所述的一种建筑物健康状况监测方法和系统，其特征在于数据分析平台接受来自建筑物中多个状态监测节点设备的数据，可以同时对这些数据进行分析，更全面地了解建筑物的健康状况。