一种建筑物监测设备论文和设计-王锋

全文摘要

本实用新型公开了一种建筑物监测设备，包括无线通信的现场监控单元和远程监控单元，现场监控单元包括安装在建筑物底部的沉降传感器；安装在建筑物中部的摄像头和红外入侵探测器；安装在建筑物顶的监控主机；监控主机包括：设置在外壳内的主板，以及安装在主板上的处理器，还有与处理器通信的倾角监测模组、读卡器模组、风速风向模组、无线通讯模块和GPS定位模块；其中所述远程监控单元、沉降传感器、摄像头和红外入侵探测器均通过无线通讯模块与处理器通信连接。本实用新型实现了建筑物的远程检测、监控、查询及管理，通过各参数的综合分析可消除建筑物安全隐患，且安装方便、成本低、性能可靠。

主设计要求

1.一种建筑物监测设备，包括无线通信的现场监控单元和远程监控单元，其特征在于，所述现场监控单元包括安装在建筑物底部的沉降传感器，安装在建筑物中部的摄像头和红外入侵探测器，以及安装在建筑物顶的监控主机；所述监控主机包括：带有安装脚的外壳，设置在外壳内的主板，安装在主板上的处理器，连接在主板上且与处理器通信连接的倾角检测模组、测距模组、读卡器模组及风速风向模组；设置在外壳内与所述处理器通信连接的无线通讯模块和GPS定位模块，其中所述远程监控单元、沉降传感器、摄像头和红外入侵探测器均与处理器通信连接。

设计方案

1.一种建筑物监测设备，包括无线通信的现场监控单元和远程监控单元，其特征在于，所述现场监控单元包括安装在建筑物底部的沉降传感器，安装在建筑物中部的摄像头和红外入侵探测器，以及安装在建筑物顶的监控主机；

所述监控主机包括：带有安装脚的外壳，设置在外壳内的主板，安装在主板上的处理器，连接在主板上且与处理器通信连接的倾角检测模组、测距模组、读卡器模组及风速风向模组；

设置在外壳内与所述处理器通信连接的无线通讯模块和GPS定位模块，其中所述远程监控单元、沉降传感器、摄像头和红外入侵探测器均与处理器通信连接。

2.如权利要求1所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述外壳的底部设有四个安装脚，安装脚通过水平调整螺母和锁紧螺母固定。

3.如权利要求1所述的建筑物监测设备，其特征在于，包括位于外壳的顶面的风速风向传感器和水准仪，位于外壳面上的倾角传感器和测距传感器，风速风向传感器、倾角传感器、测距传感器与水准仪的水准气泡水平平行。

4.如权利要求1所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述沉降传感器为液压式沉降传感器。

5.如权利要求4所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述沉降传感器为多个，分别布置在基准位置和测量位置，各个沉降传感器通过充满液体的管路串联，所述管路的高位端连接有储液罐。

6.如权利要求5所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述处于基准位置和测量位置的沉降传感器之间具有压力差，所述处理器接收所述沉降传感器的数据并计算得出沉降量。

7.如权利要求1所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述红外入侵探测器和所述摄像头与监测主机通讯；所述监测主机接收到红外入侵探测器探测到入侵后信号后，向摄像头发送启动信号，所述摄像头启动录像并将录制的影像传送给处理器。

8.如权利要求1所述的建筑物监测设备，其特征在于，所述读卡器模组为射频读卡器，用于读取运维人员的身份卡信息并发送至处理器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及建筑物测量及监测技术领域，尤其涉及一种远程建筑物监测设备。

背景技术

近年来，随着无线技术的飞速发展，远程测量与监测越来越多的应用传统建筑物的状态中。地壳运动、恶劣气候等因素，都会给建筑物带来一定的安全隐患，甚至导致高层建筑物倾斜、倒塌。目前，虽有建筑物远程监测系统，但大多采用传感器集成方式，线缆众多，整机系统安装困难，尤其风速传感器及倾角传感器需要单独水平安装，且由于采用不同厂家的产品导致成本较高，整机性能较差。

现有技术为集成商根据监控的不同需求，应用数据采集主机自动周期性地采集被监测建筑物的各传感器数据，进行处理、存储和上报。并且可随时接收并响应监测中心的查询命令，通过监测模块对相应监测指标进行查询和向监测中心传送，并通过服务器接口传送至运维PC 终端。

现有技术的缺点是：受线缆布线的控制，灵活性不高，施工周期长，一旦通信线缆被破环整个监控系统将处于瘫痪状态。目前虽有些远程无线监控的解决方案但仍摆脱不了传感器与无线监控盒之间的布线束缚，且受无线传输的流量限制，无法进行防盗监控等其他建筑物性能监控。由于采用集成不同厂商的传感器导致传感器安装困难尤其对有水平安装要求的倾角传感器及风速、风向等传感器要单独找平。整机监控系统价格较高、性能不稳定、维护困难。且该系统没有自带GIS定位功能无法第一时间内将告警信息定位，导致危害处理响应时间较长。且监控系统不具备测量功能。

实用新型内容

本实用新型提供了远程建筑物测量及监测设备，不受线缆布线的控制，灵活性高，安装和调试都更加简便。

本实用新型解决问题的技术方案为：

一种建筑物监测设备，包括无线通信的现场监控单元和远程监控单元，其特征在于，所述现场监控单元包括安装在建筑物底部的沉降传感器，安装在建筑物中部的摄像头和红外入侵探测器，以及安装在建筑物顶的监控主机；

作为优选，所述外壳的底部设有四个安装脚，安装脚通过水平调整螺母和锁紧螺母固定。

作为优选，包括位于外壳的顶面的风速风向传感器和水准仪，位于外壳面上的倾角传感器和测距传感器，风速风向传感器、倾角传感器、测距传感器与水准仪的水准气泡水平平行。

作为优选，所述沉降传感器为液压式沉降传感器。

作为优选，所述沉降传感器为多个，分别布置在基准位置和测量位置，各个沉降传感器通过充满液体的管路串联，所述管路的高位端连接有储液罐。

作为优选，所述处于基准位置和测量位置的沉降传感器之间具有压力差，所述处理器接收所述沉降传感器的数据并计算得出沉降量。

作为优选，所述红外入侵探测器和所述摄像头与监测主机通讯；所述监测主机接收到红外入侵探测器探测到入侵后信号后，向摄像头发送启动信号，所述摄像头启动录像并将录制的影像传送给处理器。

作为优选，所述读卡器模组为射频读卡器，用于读取运维人员的身份卡信息并发送至处理器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型作为监控主机通过与相应的测量底座固定，可是实现对建筑物及等待测设备的距离、角度、高度、风速、温度等的实时测量。并根据需要可一直安装于建筑物顶部，通过自带传感器及可扩充传感器对建筑物相关数据进行实时监测、查询及管理，对建筑物的地基沉降、倾斜、气象信息、入侵、巡检等状况进行监测及监控，并根据获得的各参数的综合分析可消除建筑物安全隐患，避免出现倾斜、倒塌等危及安全的事件发生，为建筑物的集中整治、中修、大修提供了客观基础参考数据。且安装方便、成本低、性能可靠。

附图说明

图1为本实用新型的监控主机示意图。

图2为监控主机内的主板模块结构图。

图3为地基沉降监测示意图。

图4为防止入侵监测流程图。

图5为建筑物信息数据采集和处理流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

一种远程建筑物测量及监测系统包括：无线通信的远程监控单元和现场监控单元，现场监控单元包括安装在建筑物底部的沉降传感器；安装在建筑物中部的摄像头和红外入侵探测器；安装在建筑物顶的监控主机。

如图1所示，监控主机包括外壳1。外壳1的底部设有四个安装脚2，安装脚2通过水平调整螺母3和锁紧螺母4固定。外壳1的顶面安装有风速风向传感器5和水准仪6。外壳1的内部安装有主板(图中未示出)，外壳1上还设有兼容有线监控单元的通讯接口7，便于对已有设备的改造和天线8，外壳1上还设有温湿度传感器9，外壳 1内还设有倾角传感器(图中未示出)。

4个水平调整螺母3调整监控主机的水平，在调整水平调整螺母 3时观测7水准仪来确认水平是否满足要求，当满足水平要求时，将锁紧螺母4锁紧，从而实现监控主机的一次水平校准，避免施工人员重复校准带来的施工困难，以及受设备所限无法校准水平等问题。

如图2所示，主板上集成了处理器，以及与处理器通信的无线通讯模块和GPS定位模块，电源转换模块、加热模块、温湿度监测模块、数据处理模块、数据存储模块和可扩展传感器接口模块。

可扩展传感器接口模块支持有线传输，可扩展传感器接口模块与通讯接口连接，地基沉降传感器、红外入侵探测器及红外摄像头通过通讯接口与处理器进行监控数据传输。

主板上还插拔安装有与处理器通信的倾角监测模组、读卡器模组、测距模组和风速风向模组。倾角监测模组、测距模组、射频读卡器模组和风速风向模组为独立的模组，这四个独立的模组通过接插件与主板上的处理器通讯，所以可以根据不同的监控需求可随意增减这四个模组。此外这四个独立的模组模块配备相应的独立外壳即可实现单独传感器功能，从而达到节省成本、方便安装的功能。

建筑物底部地基沉降的检测主要以液体连通器原理为基础，通过测量不同位置的液压式沉降传感器的液压值，经过换算得出测量位置相对于基准位置的沉降高度，从而达到对塔底部地基沉降的检测。如图3所示，首选在塔底部周围选取测量位置，并在测量布置液压式沉降传感器10，然后选取比测量位置高且稳定的位置作为基准位置，并布置液压式沉降传感器11，再布置一个比基准位置还高的储液罐 12，最后用导管13将液压式沉降传感器10、液压式沉降传感器11 和储液罐12串联起来。Hi为测量位置与储液罐液面相对高度，Ho为基准位置与储液罐液面相对高度。Hi和Ho均可以根据相应的液压式沉降传感器的检测到的液压值换算得出。测量位置与基准位置的相对高度ΔH＝Hi-Ho，如果测量位置没有沉降，则ΔH始终初始值，如果测量位置发生沉降，则ΔH增大，具体的沉降量为测量时的ΔH减去初始的ΔH，也可以比较每次测量ΔH来计算沉降速率等。此外还可以横向比较不同测量位置的ΔH，用于评估是否由于地基沉降不均匀导致的铁塔整体倾斜情况。其中液压式沉降传感器监测的数据传送到处理器中对数据进行分析，然后通过无线通信网络有序地上传至下级监测中心。

现有建筑物监测对建筑物的倾斜监测过于单一，对潜在的风险无法预判，本实用新型可通过相应的算法预判由地基沉降及建筑物强度不足导致的建筑物倾斜，及时预警避免事故发生。本实用新型设备通过与相应测量底座固定可实现远程测量功能。综合实现测量及监控一体的功能。

为利用红外入侵探测器和摄像头来防止人为入侵，红外入侵探测器和摄像头都安装在建筑物上，且红外入侵探测器和摄像头均为多个，朝向待监测的建筑物四周，摄像头的视野不小于红外入侵探测器的探测范围，当红外入侵探测器探测到入侵后，外入侵探测器向摄像头发射启动信号启动摄像头录像，录制的照片缓存在数据采集主机中，并通过无线通信网络有序地上传至下级监测中心。

检测和记录入侵的流程如图4所示，主要实现的功能是红外入侵传感器检测报警，摄像头拍照和录像。当子线程thrdInfr获得CPU 控制权时，先获取系统时间，再检测红外入侵探测器是否有报警，如果不存在报警则进行下一次检测；如果存在报警，则通过curl及外部脚本来获取摄像头的照片及录像数据并存入数据库，然后进行一下检测。

建筑物顶信息监控包括基本气象信息监控、运维人员巡检状态监测、塔顶倾角监测。气象基本信息监控，用于监控铁塔的风速、风向、温度、湿度等气象信息的采集。倾角传感器用于采集建筑物倾斜状况。系统会根据建筑物地基不均匀及风速、风向的影响识别出是超出建筑物顶倾斜阈值，及时报警。运维人员巡检状态监测主要是采用射频读卡器对运营人员维护进行上报。

如图5所示，为建筑物信息数据采集流程，主要实现的功能是对风速风向、温度和倾角数据等数据的采集，其中倾角数据采集完成后需要进行数据处理产生摆幅、摆频和静态倾角。

子线程thrdMoni获取CPU控制权后，一开始获取系统时间查看是否到监测周期，如果没有到监测周期，则释放CPU控制权；如果到了监测周期，则开始采集传感器数据。先采集温度，如果采集失败，则说明温度传感器异常，填写异常数据并保存到数据库中，如果采集成功，则将温度数据保存到数据库中；然后采集风速风向，如果采集失败，则说明风速风向传感器异常，填写异常数据并保存到数据库中，如果采集成功，则将风速风向数据保存到数据库中。

最后采集倾角，由于倾角需要大量采集，用于计算摆频、摆幅及静态倾角，故在一次采集成功后需要检查是否采集次数达标，如果不达标，则继续采集，如果已到设定的次数，则进行数据处理产生摆频、摆幅及静态倾角，检查这些状态值是否超设定的门限值，如果超过门限值，则产生报警数据并存入数据库，如果没有超门限值，则将正常数据存入数据库。这样就完成了一次线程工作，等待下一个监测周期。

本实用新型除了可以实现数据监控功能以外，倾角模块与激光测距模组共同使用，也可实现建筑物的标高数据测量的功能。将该模块固定在可实时测量实施方式，监控主机，自带倾角与风速模块，直接固定与待测设备相应位置，可实现实时测量。通过外部接口7可外界其他测量传感器，将传感器安放于待测设备指定位置，测量好的数据通过主机统一上报。

当监控主机与相应的测量底座固定，通过测量底座旋转轴并锁定相应角度，根据激光点的数据信息可直接测出距离及倾角信息，并根据该信息自动换算出高度等信息。

未作特殊说明，本实用新型中所述的通信连接可以为有线通信连接，也可以无线通信连接。优选为无线通信连接，在无线通信模块故障时，可以切换至有线通信模块，保证监控系统的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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