CN110319810A - 基于物联网技术的智能安全监测预警系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于物联网技术的智能安全监测预警系统，包括壳体、浮力柱、初始齿轮、中间齿轮、末尾齿轮、顶部电容板、底部电容板、短轴、长轴、轴承、电路箱、单向阀壳、弹簧、活塞。浮力柱竖直插在壳体内腔中，壳体内腔底部向外伸出连接管，多个监测机构的连接管相连通；初始齿轮铰接在壳体顶面右侧，浮力柱右侧竖面的直齿与初始齿轮相啮合；中间齿轮和末尾齿轮铰接在壳体右侧的安装板上，中间齿轮与初始齿轮相啮合，末尾齿轮与顶部电容板的齿条柱相啮合；单向阀壳、弹簧、活塞组成浮力柱的抽气单向阀结构；电路箱位于壳体右侧，内设电容监测电路、通讯电路和通讯天线。主处理器通过各监测点的电容值变化，计算出各监测点建筑物相对沉降值。

Description

基于物联网技术的智能安全监测预警系统和方法

技术领域

本发明涉及一种安全监测系统，特别是涉及一种基于物联网技术的智能安全监测预警系统和方法。

背景技术

随着信息技术的不断发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。智慧城市是通过物联网基础设施、地理空间基础设施等信息技术，对城市运行核心系统的各项关键信息进行整合和分析。建设智慧城市在实现城市可持续发展、引领信息技术应用、提升城市综合竞争力等方面具有重要意义。

城市中高楼林立，在建筑物荷载作用下，地基土壤受到压缩引起竖向变形或下沉。均匀沉降一般对建筑物的危害较小，但过大时也会使建筑物的高程降低而影响使用；不均匀沉降对建筑物危害较大，会使建筑物产生附加应力而引起裂缝，甚至局部构件断裂，危及建筑物的安全。同时建筑物沉降会破坏城市给水、供气等市政设施，造成路面高低不平，影响交通运输，还会加剧洪涝灾害，造成海潮泛滥及海水入侵地下水。

目前建筑物沉降监测的方法主要有采用静力水准仪监测和GPS监测两种，静力水准仪利用连通器原理，通过观测浮子的升降计算出相对沉降；GPS是布置多个三维坐标点，通过计算监测点与基准点的相对坐标计算出沉降。这两种方法都存在一定缺陷，静力水准仪的浮子在升降幅度较大时，对应的电信号的数值变化较大，相应的电阻或电容等元件在形变较大时容易失准，并且电流或电压变化较大的监测电路难以设计；在建筑物沉降幅度较小时，GPS监测点的坐标变化甚至都未超出定位误差范围，并且基准点的布置位置的选择要求非常高。

所以，为克服上述两种监测方法的缺陷，基于智慧城市建设中的物联网基础设施和地理空间基础设施等信息技术，在连通器结构的基础之上，将浮子的较大形变转换为电阻或电容元件的微小形变。多个监测点构成完整的监测网络系统，并且每个监测点具备唯一编码和地理位置信息，系统根据监测数据的相对变化做出预测及预警，及时做出相应措施。这对于建筑物安全管理水平，全面把握建筑物沉降的实时动态信息，促进建筑物安全问题的及时预警和解决，推动智慧城市的科学建设和有序发展等具有重要意义。

发明内容

因此，本发明为实现建筑物的沉降监测和安全预警，利用物联网技术和地理空间信息技术，能够将连通器结构中的浮子的较大形变转化为电容元件的微小形变，在建筑物沉降幅度较大的情况下依然保持监测数据的准确性。

本发明所采用的技术方案是：基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：包括壳体、浮力柱、初始齿轮、中间齿轮、末尾齿轮、顶部电容板、底部电容板、短轴、长轴、轴承、电路箱、单向阀壳、弹簧、活塞。

所述壳体为水平截面为正方形的矩形柱体，所述壳体的顶面向下开设有长方体形的壳体内腔；所述壳体的左侧竖面上靠近底端，设有圆管形的连接管；所述壳体内腔的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均设有竖直的导向筋；所述壳体的顶部端面的右侧中央设有前后两个安装块，所述安装块的前后竖面上，均开设有轴承腔，所述轴承腔内装有轴承；所述短轴装在安装块的轴承的内圈中，所述短轴的前后中央处销接有初始齿轮。

进一步讲，所述连接管与壳体内腔的底端相连通。

进一步讲，所述导向筋的内端为中心轴线竖直的细圆柱体，后侧、左侧、前侧的细圆柱体分别与壳体内腔的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面连接有竖板，并且竖板的宽度小于细圆柱体的外径。

所述壳体的右侧竖面上紧靠顶端，设有前后两件矩形板形的安装板；所述安装板的前后竖面中央处开设有轴承腔，轴承腔内装有轴承；所述长轴为中心轴线前后水平的细圆柱形，所述长轴装在安装板内的轴承的内圈中；安装板之间的长轴上销接有中间齿轮，所述长轴的前端向前伸出在安装板外，伸出安装板前侧的长轴上销接有末尾齿轮。

进一步讲，两件所述安装板与两件安装块在左右方向上分别对齐。

进一步讲，所述短轴、长轴与轴承内圈的配合均为过盈配合。

进一步讲，所述安装板之间的壳体右侧壁开设缺口，安装板之间的空间与壳体内腔连通。

所述中间齿轮与初始齿轮相啮合；所述中间齿轮的外径是初始齿轮的外径的五倍以上；所述初始齿轮的外径大于末尾齿轮。

所述浮力柱为长方体柱形，所述浮力柱的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均开设有竖直的导向槽，所述壳体的导向筋竖直插在导向槽中；所述浮力柱的右侧竖面上竖直分布有直齿，所述直齿与初始齿轮相啮合。

进一步讲，所述浮力柱与壳体内腔的竖壁之间留有间隙。

所述安装板的前侧竖面，在轴承腔的右下方，设有水平的扁长方体形的支撑板；所述支撑板的顶面中央处，设有中心轴线竖直的细圆柱体形的导向柱；所述底部电容板为扁长方体，中心竖直贯穿通孔，所述通孔自上而下套装在导向柱上，所述底部电容板的底面粘贴在支撑板的顶面；所述顶部电容板为扁长方体，顶面中心处设有水平截面为正方形的竖直柱体形的齿条柱，所述齿条柱的左侧竖面加工为齿条状，与末尾齿轮相啮合；竖直贯穿顶部电容板和齿条柱，开设有水平截面为方形的导向孔，所述导向孔套装在导向柱上。

所述电路箱的外壳粘贴在壳体的右侧竖面，位于安装板的正下方；所述电路箱内设有通讯电路、监测电路、通讯天线；所述顶部电容板和底部电容板与监测电路连接。

所述浮力柱的内部为空心的浮力柱内腔，所述浮力柱的顶面中央处开设中心轴线竖直的圆柱形的抽气孔，将浮力柱内腔与外界连通，所述抽气孔的内圆柱面上加工有内螺纹；所述单向阀壳为圆柱形，所述单向阀壳的外圆柱面上加工有外螺纹，螺装在抽气孔中；所述单向阀壳的内部沿着中心轴线开设有圆柱形的单向阀内腔；所述单向阀壳的上下端面中央处均开设有气孔，与单向阀内腔连通；所述弹簧和活塞安装在单向阀内腔中，所述弹簧的顶端抵在单向阀内腔顶面，所述弹簧的底端连接在活塞的顶面，所述活塞的底面抵在单向阀内腔的底面。

进一步讲，所述弹簧的外径小于单向阀内腔的内径，所述弹簧的内径大于气孔的孔径。

进一步讲，所述活塞为圆柱体，所述活塞的外径小于单向阀内腔的内径，所述活塞的外径大于气孔的孔径。

所述壳体、浮力柱、初始齿轮、中间齿轮、末尾齿轮、顶部电容板、底部电容板、短轴、长轴、轴承、电路箱、单向阀壳、弹簧、活塞组成的监测机构有多套，分别布置在建筑物及周边区域的不同位置，并且对应每套监测机构均相应建设有独立空间，并且独立空间与外界大气依靠细孔连通，细孔的孔径小于3mm。

每套监测机构的壳体上的连接管均相互连通，壳体内腔和连接管中装有水，并且水面上方倒入一定量难挥发性植物油，防止水分的挥发；周期性检查所有监测机构时，再添加相同量的难挥发性植物油。

本发明的原理为：所述单向阀壳体、弹簧、活塞组成单向阀结构，气体只能从浮力柱内腔排到浮力柱外部，使用抽气机将浮力柱内腔中的气体抽走，增加浮力柱的浮力。

假设系统中共有n套监测机构，壳体的安装高程分别为Y01…Y0i…Y0j…Y0n，各壳体内腔中的液面高度分别为h01…h0i…h0j…h0n，根据连通器原理，有：

Y01+h01=…Y0i+h0i=…Y0j+h0j=…Y0n+h0n (1)。

当第k次发生不均匀沉降后，各监测机构的液面变化量为：

∆hk1…∆hki…∆hkj…∆hk1。

由于液面的高度依然是相同的，则有：

(Y01+∆hk1)+hk1=…(Y0i+∆hki)+hki=…(Y0j+∆hkj)+hkj=…(Y0n+∆hkn)+hkn。

第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降为：

Hji=∆hkj-∆hki=(Y0i+hki)-(Y0j+hkj)=(Y0i-Y0j)+(hki-hkj)；

由式子(1)可获知Y0i-Y0j=h0j-h0i；

那么Hji=(h0j-h0i)+(hki-hkj)=(hki-h0i)-(hkj-h0j)。

所以，通过测量第i套壳体内腔中的液面变化量和第j套壳体内腔中的液面变化，就可以计算出第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降。

每套监测机构中，浮力柱的直齿、初始齿轮、中间齿轮的线速度相等，所以第i套壳体内腔中的液面变化hki-h0i与中间齿轮的线位移量Xi相等，即Xi=hki-h0i。

中间齿轮和末尾齿轮的角速度相等，假设中间齿轮的半径为R，末尾齿轮的半径为r，那么末尾齿轮的线位移量xi=r/R*Xi。

末尾齿轮和齿条柱的线位移量相等，齿条柱的线位移量等于电容板之间距离的变化量∆di，所以∆di=r/R*(hki-h0i)。

第i套监测机构的顶部电容板和底部电容板组成的电容量Ci=εS/di，其中ε为电容板间的介电常数，S为电容板面积，d为两板的间距。那么电容量的变化：

∆Ci=εS/∆di=εS/[r/R*(hki-h0i)]，推得hki-h0i=εSR/(r∆Ci)

那么第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降为：

Hji=(hki-h0i)-(hkj-h0j)= εSR/(r∆Ci)- εSR/(r∆Cj)= εSR/r(1/∆Ci-1/∆Cj)，通过监测电容量的变化，即可计算出两个监测机构所处位置的建筑物的相对沉降。

本发明一种基于物联网技术的智能安全监测预警系统具有如下优点：

(1)通过末尾齿轮外径远小于中间齿轮外径，但角速度相同的结构，实现电容的微小变化量即可反映出浮子的较大变化，克服传统静力水准仪在浮子变化幅度较大时，传感电阻或电容变化量太大而失准的缺陷，构思巧妙；

(2)浮力柱和顶部电容板设置齿条结构，结合齿轮传动实现线位移和角位移的转换；

(3)浮力柱内设空心的浮力柱内腔，顶部抽气孔设置单向阀结构，保证浮力柱具备较大浮力。

所以，这种基于物联网技术的智能安全监测预警系统，能够将连通器结构中的浮子的较大形变转化为电容元件的微小形变，在建筑物沉降幅度较大的情况下依然保持监测数据的准确性，多个监测点构成完整的监测网络系统，并且每个监测点具备唯一编码和地理位置信息，系统根据监测数据的相对变化做出预测及预警，及时做出相应措施。这对于建筑物安全管理水平，全面把握建筑物沉降的实时动态信息，促进建筑物安全问题的及时预警和解决，推动智慧城市的科学建设和有序发展等具有重要意义。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是连接管侧的监测机构的整体装配结构示意图。

图2是安装板侧的监测机构的整体装配结构示意图。

图3是浮力柱和壳体的装配结构示意图。

图4是浮力柱、初始齿轮、中间齿轮的装配结构示意图。

图5是末尾齿轮、顶部电容板的装配结构示意图。

图6是壳体竖直剖开时的整体装配示意图。

图7是壳体的接水管侧的结构示意图。

图8是壳体的安装板侧的结构示意图。

图9是安装块和安装板的结构示意图。

图10是支撑板和导向柱的结构示意图。

图11是底部电容板的结构示意图。

图12是顶部电容板的结构示意图。

图13是浮力柱的外部结构示意图。

图14是浮力柱在沿前后对称面剖开时的结构示意图。

图15是浮力柱在沿前后对称面剖开时的单向阀壳体和浮力柱的装配结构示意图。

图16是单向阀壳体剖开时的内部装配结构示意图。

图17是电容监测电路图。

图18是通讯电路、监测电路和主处理器的连接示意图。

图19是建筑物安全预警步骤原理图。

图中标号：1-壳体、101-连接管、102-壳体内腔、103-导向筋、104-安装块、105-安装板、106-轴承腔、107-支撑板、108-导向柱、2-浮力柱、201-导向槽、202-直齿、203-抽气孔、204-浮力柱内腔、3-初始齿轮、4-中间齿轮、5-末尾齿轮、6-顶部电容板、601-齿条柱、602-导向孔、7-底部电容板、701-通孔、8-短轴、9-长轴、10-轴承、11-电路箱、12-单向阀壳、1201-气孔、1202-单向阀内腔、13-弹簧、14-活塞。

具体实施方式

以下将结合附图和实施例对本发明一种基于物联网技术的智能安全监测预警系统作进一步的详细描述，在方向描述上以连接管一侧为左侧，安装板一侧为右侧，安装板上的支撑板一侧为前侧。

基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：包括壳体1、浮力柱2、初始齿轮3、中间齿轮4、末尾齿轮5、顶部电容板6、底部电容板7、短轴8、长轴9、轴承10、电路箱11、单向阀壳12、弹簧13、活塞14。

如图1、图2、图3、图4、图7、图8、图9所示，所述壳体1为水平截面为正方形的矩形柱体，所述壳体1的顶面向下开设有长方体形的壳体内腔102；所述壳体1的左侧竖面上靠近底端，设有圆管形的连接管101；所述壳体内腔102的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均设有竖直的导向筋103；所述壳体1的顶部端面的右侧中央设有前后两个安装块104，所述安装块104的前后竖面上，均开设有轴承腔106，所述轴承腔106内装有轴承10；所述短轴8装在安装块105的轴承10的内圈中，所述短轴8的前后中央处销接有初始齿轮3。

进一步讲，所述连接管101与壳体内腔102的底端相连通。

进一步讲，所述导向筋103的内端为中心轴线竖直的细圆柱体，后侧、左侧、前侧的细圆柱体分别与壳体内腔的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面连接有竖板，并且竖板的宽度小于细圆柱体的外径。

如图3、图4、图5、图8、图9、图10所示，所述壳体1的右侧竖面上紧靠顶端，设有前后两件矩形板形的安装板105；所述安装板105的前后竖面中央处开设有轴承腔106，轴承腔106内装有轴承10；所述长轴9为中心轴线前后水平的细圆柱形，所述长轴9装在安装板105内的轴承10的内圈中；安装板105之间的长轴9上销接有中间齿轮4，所述长轴9的前端向前伸出在安装板105外，伸出安装板105前侧的长轴9上销接有末尾齿轮5。

进一步讲，两件所述安装板105与两件安装块104在左右方向上分别对齐。

进一步讲，所述短轴8、长轴9与轴承10内圈的配合均为过盈配合。

进一步讲，所述安装板105之间的壳体1的右侧壁开设缺口，安装板105之间的空间与壳体内腔102连通。

所述中间齿轮4与初始齿轮3相啮合；所述中间齿轮4的外径是初始齿轮3的外径的五倍以上；所述初始齿轮3的外径大于末尾齿轮5。

如图1、图2、图3、图6、图13、图14所示，所述浮力柱2为长方体柱形，所述浮力柱2的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均开设有竖直的导向槽201，所述壳体1的导向筋103竖直插在导向槽201中；所述浮力柱2的右侧竖面上竖直分布有直齿202，所述直齿202与初始齿轮3相啮合。

进一步讲，所述浮力柱2与壳体内腔102的竖壁之间留有间隙。

如图5、图10、图11、图12所示，所述安装板105的前侧竖面，在轴承腔106的右下方，设有水平的扁长方体形的支撑板107；所述支撑板107的顶面中央处，设有水平截面为方形的竖直的导向柱108；所述底部电容板7为扁长方体，中心竖直贯穿通孔701，所述通孔701自上而下套装在导向柱108上，所述底部电容板7的底面粘贴在支撑板107的顶面；所述顶部电容板6为扁长方体，顶面中心处设有水平截面为正方形的竖直柱体形的齿条柱601，所述齿条柱601的左侧竖面加工为齿条状，与末尾齿轮5相啮合；竖直贯穿顶部电容板6和齿条柱601，开设有水平截面为方形的导向孔602，所述导向孔602套装在导向柱108上。

进一步讲，所述通孔701的水平截面轮廓为方形。

所述电路箱11的外壳粘贴在壳体1的右侧竖面，位于安装板105的正下方；所述电路箱11内设有通讯电路、监测电路、通讯天线；所述顶部电容板6和底部电容板7与监测电路连接。

如图14、图15、图16所示，所述浮力柱2的内部为空心的浮力柱内腔204，所述浮力柱2的顶面中央处开设中心轴线竖直的圆柱形的抽气孔203，将浮力柱内腔204与外界连通，所述抽气孔203的内圆柱面上加工有内螺纹；所述单向阀壳12为圆柱形，所述单向阀壳12的外圆柱面上加工有外螺纹，螺装在抽气孔203中；所述单向阀壳12的内部沿着中心轴线开设有圆柱形的单向阀内腔1202；所述单向阀壳12的上下端面中央处均开设有气孔1201，与单向阀内腔1202连通；所述弹簧13和活塞14安装在单向阀内腔1202中，所述弹簧13的顶端抵在单向阀内腔1202顶面，所述弹簧13的底端连接在活塞14的顶面，所述活塞14的底面抵在单向阀内腔1202的底面。

进一步讲，所述弹簧13的外径小于单向阀内腔1202的内径，所述弹簧13的内径大于气孔1201的孔径。

进一步讲，所述活塞14为圆柱体，所述活塞14的外径小于单向阀内腔1202的内径，所述活塞14的外径大于气孔1201的孔径。

进一步讲，所述单向阀壳12与抽气孔203之间涂有螺纹密封胶，保证两者之间的密封性。

所述壳体1、浮力柱2、初始齿轮3、中间齿轮4、末尾齿轮5、顶部电容板6、底部电容板7、短轴8、长轴9、轴承10、电路箱11、单向阀壳12、弹簧13、活塞14组成的监测机构有多套，分别布置在建筑物及周边区域的不同位置，并且对应每套监测机构均相应建设有独立空间，并且独立空间与外界大气依靠细孔连通，细孔的孔径小于3mm。

每套监测机构的壳体1上的连接管101均相互连通，壳体内腔102和连接管101中装有水，并且水面上方倒入一定量难挥发性植物油，防止水分的挥发；周期性检查所有监测机构时，再添加相同量的难挥发性植物油。

所述单向阀壳体12、弹簧13、活塞14组成单向阀结构，气体只能从浮力柱内腔204排到浮力柱2外部，使用抽气机将浮力柱内腔204中的气体抽走，增加浮力柱2的浮力。

假设系统中共有n套监测机构，壳体1的安装高程分别为Y01…Y0i…Y0j…Y0n，各壳体内腔102中的液面高度分别为h01…h0i…h0j…h0n，根据连通器原理，有：

Y01+h01=…Y0i+h0i=…Y0j+h0j=…Y0n+h0n (1)。

当第k次发生不均匀沉降后，各监测机构的液面变化量为：

∆hk1…∆hki…∆hkj…∆hk1。

由于液面的高度依然是相同的，则有：

(Y01+∆hk1)+hk1=…(Y0i+∆hki)+hki=…(Y0j+∆hkj)+hkj=…(Y0n+∆hkn)+hkn。

第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降为：

Hji=∆hkj-∆hki=(Y0i+hki)-(Y0j+hkj)=(Y0i-Y0j)+(hki-hkj)；

由式子(1)可获知Y0i-Y0j=h0j-h0i；

那么Hji=(h0j-h0i)+(hki-hkj)=(hki-h0i)-(hkj-h0j)。

所以，通过测量第i套壳体内腔102中的液面变化量和第j套壳体内腔102中的液面变化，就可以计算出第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降。

每套监测机构中，浮力柱2的直齿202、初始齿轮3、中间齿轮4的线速度相等，所以第i套壳体内腔102中的液面变化hki-h0i与中间齿轮4的线位移量Xi相等，即Xi=hki-h0i。

中间齿轮4和末尾齿轮5的角速度相等，假设中间齿轮4的半径为R，末尾齿轮5的半径为r，那么末尾齿轮5的线位移量xi=r/R*Xi。

末尾齿轮5和齿条柱601的线位移量相等，齿条柱601的线位移量等于电容板之间距离的变化量∆di，所以∆di=r/R*(hki-h0i)。

第i套监测机构的顶部电容板6和底部电容板7组成的电容量Ci=εS/di，其中ε为电容板间的介电常数，S为电容板面积，d为两板的间距。那么电容量的变化：

∆Ci=εS/∆di=εS/[r/R*(hki-h0i)]，推得hki-h0i=εSR/(r∆Ci)

那么第j个监测机构相对于第i个监测机构的相对沉降为：

Hji=(hki-h0i)-(hkj-h0j)= εSR/(r∆Ci)- εSR/(r∆Cj)= εSR/r(1/∆Ci-1/∆Cj)，通过监测电容量的变化，即可计算出两个监测机构所处位置的建筑物的相对沉降。

在具体实施时，如图17所示，采用德国ACAM公司生产的电容测量芯片PCap01，芯片PC端直接连接电容的两极板，设第i个监测机构的电容为Ci；25-32端口中PC1和PC1连接电容Ci；1-8端口中BUFFCAP连接4uF电容后接地，VDD端连接3.3V电压，并且连接10uF后接地；9-16端口中连接33nF电容后接地；17-24端口中VPP_OTP连接10M欧姆电容后接地，IIC_EN连接3.3V电压，IIC_EN和MOSI_SDA间串接4K欧姆电阻，IIC_EN和SCK_SCL间串接4K欧姆。

电容测量芯片PCap01输出数字信号至主控芯片，记录每套监测机构的位置数据，如图18所示，每套监测机构的电路箱中安装唯一的SIM卡，通过GSM通讯电路和GSM天线，将电容值实时传递到系统主处理器，同时主处理器与地震、地下改造工程等管理部门提供的数据端口连接。

如图19所示，主控芯片中的建筑物安全预警步骤方法如下：

(1)主处理器接收每套监测机构中电容值并计算∆C；

(2)根据∆C1…∆Ci、∆Cj…∆Cn，计算相对沉降值Hji=εSR/r(1/∆Ci-1/∆Cj)；

(3)当沉降值Hji≥阈值后，判定一级预警；

(4)已经判定一级预警后，发生地震≥5级，增加预警级别；

(5)已经判定一级预警后，地下改造工程仍在进行，增加预警级别。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：包括壳体(1)、浮力柱(2)、初始齿轮(3)、中间齿轮(4)、末尾齿轮(5)、顶部电容板(6)、底部电容板(7)、短轴(8)、长轴(9)、轴承(10)、电路箱(11)、单向阀壳(12)、弹簧(13)、活塞(14)；

所述壳体(1)为水平截面为正方形的矩形柱体，所述壳体(1)的顶面向下开设有长方体形的壳体内腔(102)；所述壳体(1)的左侧竖面上靠近底端，设有圆管形的连接管(101)；所述壳体内腔(102)的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均设有竖直的导向筋(103)；所述壳体(1)的顶部端面的右侧中央设有前后两个安装块(104)，所述安装块(104)的前后竖面上，均开设有轴承腔(106)，所述轴承腔(106)内装有轴承(10)；所述短轴(8)装在安装块(105)的轴承(10)的内圈中，所述短轴(8)的前后中央处销接有初始齿轮(3)；

所述壳体(1)的右侧竖面上紧靠顶端，设有前后两件矩形板形的安装板(105)；所述安装板(105)的前后竖面中央处开设有轴承腔(106)，轴承腔(106)内装有轴承(10)；所述长轴(9)为中心轴线前后水平的细圆柱形，所述长轴(9)装在安装板(105)内的轴承(10)的内圈中；安装板(105)之间的长轴(9)上销接有中间齿轮(4)，所述长轴(9)的前端向前伸出在安装板(105)外，伸出安装板(105)前侧的长轴(9)上销接有末尾齿轮(5)；

所述中间齿轮(4)与初始齿轮(3)相啮合；所述中间齿轮(4)的外径是初始齿轮(3)的外径的五倍以上；所述初始齿轮(3)的外径大于末尾齿轮(5)；

所述浮力柱(2)为长方体柱形，所述浮力柱(2)的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面上均开设有竖直的导向槽(201)，所述壳体(1)的导向筋(103)竖直插在导向槽(201)中；所述浮力柱(2)的右侧竖面上竖直分布有直齿(202)，所述直齿(202)与初始齿轮(3)相啮合；

所述安装板(105)的前侧竖面，在轴承腔(106)的右下方，设有水平的扁长方体形的支撑板(107)；所述支撑板(107)的顶面中央处，设有水平截面为方形的竖直的导向柱(108)；所述底部电容板(7)为扁长方体，中心竖直贯穿通孔(701)，所述通孔(701)自上而下套装在导向柱(108)上，所述底部电容板(7)的底面粘贴在支撑板(107)的顶面；所述顶部电容板(6)为扁长方体，顶面中心处设有水平截面为正方形的竖直柱体形的齿条柱(601)，所述齿条柱(601)的左侧竖面加工为齿条状，与末尾齿轮(5)相啮合；竖直贯穿顶部电容板(6)和齿条柱(601)，开设有水平截面为方形的导向孔(602)，所述导向孔(602)套装在导向柱(108)上；

所述电路箱(11)的外壳粘贴在壳体(1)的右侧竖面，位于安装板(105)的正下方；所述电路箱(11)内设有通讯电路、监测电路、通讯天线；所述顶部电容板(6)和底部电容板(7)与监测电路连接；

所述浮力柱(2)的内部为空心的浮力柱内腔(204)，所述浮力柱(2)的顶面中央处开设中心轴线竖直的圆柱形的抽气孔(203)，将浮力柱内腔(204)与外界连通，所述抽气孔(203)的内圆柱面上加工有内螺纹；所述单向阀壳(12)为圆柱形，所述单向阀壳(12)的外圆柱面上加工有外螺纹，螺装在抽气孔(203)中；所述单向阀壳(12)的内部沿着中心轴线开设有圆柱形的单向阀内腔(1202)；所述单向阀壳(12)的上下端面中央处均开设有气孔(1201)，与单向阀内腔(1202)连通；所述弹簧(13)和活塞(14)安装在单向阀内腔(1202)中，所述弹簧(13)的顶端抵在单向阀内腔(1202)顶面，所述弹簧(13)的底端连接在活塞(14)的顶面，所述活塞(14)的底面抵在单向阀内腔(1202)的底面；

所述壳体(1)、浮力柱(2)、初始齿轮(3)、中间齿轮(4)、末尾齿轮(5)、顶部电容板(6)、底部电容板(7)、短轴(8)、长轴(9)、轴承(10)、电路箱(11)、单向阀壳(12)、弹簧(13)、活塞(14)组成的监测机构有多套，分别布置在建筑物及周边区域的不同位置，并且对应每套监测机构均相应建设有独立空间，并且独立空间与外界大气依靠细孔连通，细孔的孔径小于3mm；

每套监测机构的壳体(1)上的连接管(101)均相互连通，壳体内腔(102)和连接管(101)中装有水，并且水面上方倒入一定量难挥发性植物油，防止水分的挥发；周期性检查所有监测机构时，再添加相同量的难挥发性植物油。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述连接管(101)与壳体内腔(102)的底端相连通。

3.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述导向筋(103)的内端为中心轴线竖直的细圆柱体，后侧、左侧、前侧的细圆柱体分别与壳体内腔的后侧竖面、左侧竖面、前侧竖面连接有竖板，并且竖板的宽度小于细圆柱体的外径。

4.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：两件所述安装板(105)与两件安装块(104)在左右方向上分别对齐；所述安装板(105)之间的壳体(1)的右侧壁开设缺口，安装板(105)之间的空间与壳体内腔(102)连通。

5.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述短轴(8)、长轴(9)与轴承(10)内圈的配合均为过盈配合。

6.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述浮力柱(2)与壳体内腔(102)的竖壁之间留有间隙。

7.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述弹簧(13)的外径小于单向阀内腔(1202)的内径，所述弹簧(13)的内径大于气孔(1201)的孔径。

8.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述活塞(14)为圆柱体，所述活塞(14)的外径小于单向阀内腔(1202)的内径，所述活塞(14)的外径大于气孔(1201)的孔径。

9.根据权利要求1所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：所述单向阀壳(12)与抽气孔(203)之间涂有螺纹密封胶，保证两者之间的密封性。

10.根据权利要求1～9所述的基于物联网技术的智能安全监测预警系统，其特征在于：一种基于物联网技术的建筑物安全监测预警方法：记录每套监测机构的位置数据，每套监测机构的电路箱中安装唯一的SIM卡，通过GSM通讯电路和GSM天线，将电容值实时传递到系统主处理器，同时主处理器与地震、地下改造工程等管理部门提供的数据端口连接；建筑物安全预警步骤如下：

(1)主处理器接收每套监测机构中电容值并计算∆C；

(2)根据∆C1…∆Ci、∆Cj…∆Cn，计算相对沉降值Hji=εSR/r(1/∆Ci-1/∆Cj)；

(3)当沉降值Hji≥阈值后，判定一级预警；

(4)已经判定一级预警后，发生地震≥5级，增加预警级别；

(5)已经判定一级预警后，地下改造工程仍在进行，增加预警级别。