基于大数据的钢结构建筑安全监测系统及方法与流程

1.本发明涉及安全监测技术领域，具体是基于大数据的钢结构建筑安全监测系统及方法。


背景技术：

2.钢结构建筑相比传统的混凝土建筑而言，用钢板或型钢替代了钢筋混凝土，强度更高，抗震性更好。并且由于构件可以工厂化制作，现场安装，因而大大减少工期；由于钢材的可重复利用，可以大大减少建筑垃圾，更加绿色环保，因而被世界各国广泛采用，应用在工业建筑和民用建筑中；
3.目前钢结构建筑在高层、超高层建筑上的运用日益成熟，逐渐成为主流的建筑工艺，是未来建筑的发展方向；然而现有技术中，大部分都是对建筑的施工过程和采购过程进行优化；当钢结构建筑施工完成后，正式投入使用后，无法实时监测钢结构建筑的损耗状态，而人工检测方法无法准确判断其损伤或损耗程度，这会造成极大的安全隐患；基于以上存在的不足，本方案提出了基于大数据的钢结构建筑安全监测系统及方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了基于大数据的钢结构建筑安全监测系统及方法。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.基于大数据的钢结构建筑安全监测系统，应用于钢结构部件，包括数据采集模块、数据整理模块、控制器以及损耗分析模块；
7.所述数据采集模块用于实时采集钢结构部件的接触参数信息，并将采集的接触参数信息传输至数据整理模块；
8.所述数据整理模块用于对接收到的接触参数信息进行预处理，得到接触损耗信息，并将接触损耗信息打上时间戳存储至数据库；
9.所述损耗分析模块与数据库相连接，用于对数据库中存储的带有时间戳的接触损耗信息进行分析处理，得到对应钢结构部件的损耗系数sh；若损耗系数sh＞预设系数阈值，则生成损耗信号；
10.所述控制器接收到损耗信号后驱动报警模块发出警报，并将损耗信号发送至安全管理模块；所述安全管理模块接收到损耗信号后获取对应钢结构部件的位置信息并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固。
11.进一步地，所述数据整理模块的具体处理步骤如下：
12.步骤一：以24小时为一个周期，周期性的将接收到的接触参数信息进行统合，建立对应接触参数随时间变化的曲线图；
13.步骤二：将接触参数信息中的各个接触参数与对应的参数阈值相比较；
14.若接触参数≥对应的参数阈值，则在对应的曲线图中截取对应的曲线段并标注为
红色，记为损耗曲线段；
15.步骤三：对损耗曲线段进行分析，得到对应接触参数的损耗指数；
16.步骤四：将所有接触参数的损耗指数进行合并，得到接触损耗信息。
17.进一步地，对损耗曲线段进行分析，具体分析步骤为：
18.针对同一曲线图，统计损耗曲线段的数量为c1；将损耗曲线段对时间进行积分得到损耗参考能量c2；利用公式cs＝c1
×
a1+c2
×
a2计算得到对应接触参数的损耗指数cs，其中a1、a2均为系数因子。
19.进一步地，所述接触参数信息包括压力数据、振动数据以及光照数据；所述接触损耗信息包括压力损耗指数、振动损耗指数和光照损耗指数。
20.进一步地，所述损耗分析模块的具体步骤分析为：
21.s1：根据时间戳，获取到系统当期时间前三十天内的接触损耗信息；
22.s2：将接触损耗信息中压力损耗指数、振动损耗指数和光照损耗指数依次标记为fi、zi、gi；其中i＝1，
…
，n；i表示第i条接触损耗信息；
23.利用公式hi＝fi
×
b1+zi
×
b2+gi
×
b3计算得到对应周期内钢结构部件的损耗值hi；其中b1、b2、b3均为系数因子；
24.s3：将损耗值hi与预设损耗阈值相比较，统计hi＞预设损耗阈值的次数为l1；并将对应的hi与预设损耗阈值进行差值计算并求和得到超耗总值l2；
25.s4：统合所有周期的损耗值hi，得到损耗值信息组；
26.根据预设规则对损耗值信息组进行处理，得到离散程度ls；
27.s5：利用公式sh＝l1
×
d1+l2
×
d2+ls
×
d3计算得到对应钢结构部件的损耗系数sh，其中d1、d2、d3均为系数因子。
28.进一步地，根据预设规则对损耗值信息组进行处理，具体为：
29.按照标准差计算公式得到损耗值信息组的标准差μ；遍历损耗值信息组，将hi的最大值标记为hmax，将hi的最小值标记为hmin；
30.利用公式cb＝(hmax
‑
hmin)/hmin计算得到差异比cb；根据标准差μ和差异比cb对损耗值信息组的离散程度ls进行评估。
31.进一步地，所述数据采集模块包括设置于钢结构部件上的压力传感器、振动传感器和光照传感器；其中钢结构部件包括钢结构墙、钢结构楼板。
32.进一步地，基于大数据的钢结构建筑安全监测方法，包括：
33.v1：通过传感器组实时采集钢结构部件的接触参数信息；
34.v2：周期性的对接触参数信息进行预处理，得到接触损耗信息，并将接触损耗信息打上时间戳存储至数据库；
35.v3：对数据库中存储的带有时间戳的接触损耗信息进行分析处理，得到对应钢结构部件的损耗系数sh；若损耗系数sh＞预设系数阈值，则生成损耗信号；
36.v4：当接收到损耗信号时，获取对应钢结构部件的位置信息并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过数据采集模块实时采集钢结构部件的接触参数信息，对采集的接触参数信息进行预处理，以24小时为一个周期，周期性的将接收到的接触参数信息进行统合，计算得到对应接触参数的损耗指数，将所有接触参
数的损耗指数进行合并，得到接触损耗信息；然后对接触损耗信息进行分析处理，根据时间戳，获取到系统当期时间前三十天内的接触损耗信息，计算得到对应钢结构部件的损耗系数sh，本发明能够根据损耗系数及时发出警报，并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固，提高建筑安全。
附图说明
38.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。
39.图1为本发明基于大数据的钢结构建筑安全监测系统的原理框图。
40.图2为本发明基于大数据的钢结构建筑安全监测方法的流程示意图。
具体实施方式
41.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
42.如图1所示，基于大数据的钢结构建筑安全监测系统，应用于钢结构部件，包括数据采集模块、数据整理模块、数据库、损耗分析模块、控制器、报警模块以及安全管理模块；
43.数据采集模块用于实时采集钢结构部件的接触参数信息，并将采集的接触参数信息传输至数据整理模块，接触参数信息包括压力数据、振动数据以及光照数据；数据采集模块包括设置于钢结构部件上的压力传感器、振动传感器和光照传感器；其中钢结构部件包括钢结构墙、钢结构楼板；
44.数据整理模块用于对接收到的接触参数信息进行预处理，得到接触损耗信息，并将接触损耗信息打上时间戳存储至数据库；具体处理步骤如下：
45.步骤一：以24小时为一个周期，周期性的将接收到的接触参数信息进行统合，建立对应接触参数随时间变化的曲线图；
46.步骤二：将接触参数信息中的各个接触参数与对应的参数阈值相比较；
47.若接触参数≥对应的参数阈值，则在对应的曲线图中截取对应的曲线段并标注为红色，记为损耗曲线段；
48.步骤三：针对同一曲线图，统计损耗曲线段的数量为c1；将损耗曲线段对时间进行积分得到损耗参考能量c2；
49.将损耗曲线段的数量、损耗参考能量进行归一化处理并取其数值；
50.利用公式cs＝c1
×
a1+c2
×
a2计算得到对应接触参数的损耗指数cs，其中a1、a2均为系数因子；
51.步骤四：将所有接触参数的损耗指数进行合并，得到接触损耗信息，其中接触损耗信息包括压力损耗指数、振动损耗指数和光照损耗指数；
52.损耗分析模块与数据库相连接，用于对数据库中存储的带有时间戳的接触损耗信
息进行分析处理，具体步骤为：
53.s1：根据时间戳，获取到系统当期时间前三十天内的接触损耗信息；
54.s2：将接触损耗信息中压力损耗指数、振动损耗指数和光照损耗指数依次标记为fi、zi、gi；其中i＝1，
…
，n；i表示第i条接触损耗信息；
55.利用公式hi＝fi
×
b1+zi
×
b2+gi
×
b3计算得到对应周期内钢结构部件的损耗值hi；其中b1、b2、b3均为系数因子；
56.s3：将损耗值hi与预设损耗阈值相比较，若hi＞预设损耗阈值，则将对应的hi标记为影响损耗值，统计影响损耗值出现的次数并标记为l1；
57.将影响损耗值与预设损耗阈值进行差值计算得到超耗值，将所有的超耗值进行求和得到超耗总值l2；
58.s4：统合所有周期的损耗值hi，得到损耗值信息组；
59.按照标准差计算公式得到损耗值信息组的标准差μ；遍历损耗值信息组，将hi的最大值标记为hmax，将hi的最小值标记为hmin；
60.将最大值hmax与最小值jmin的差值除以最小值jmin得到损耗值信息组的差异比cb，即cb＝(hmax
‑
hmin)/hmin；
61.利用公式计算得到离散程度ls，其中r1、r2均为系数因子；
62.s5：将影响损耗值出现的次数、超耗总值、离散程度进行归一化处理并取其数值；利用公式sh＝l1
×
d1+l2
×
d2+ls
×
d3计算得到对应钢结构部件的损耗系数sh，其中d1、d2、d3均为系数因子；
63.s6：将损耗系数sh与预设系数阈值相比较；
64.若损耗系数sh＞预设系数阈值，则生成损耗信号；
65.损耗分析模块用于将损耗信号发送至控制器，控制器接收到损耗信号后驱动报警模块发出警报，并将损耗信号发送至安全管理模块；
66.安全管理模块接收到损耗信号后获取对应钢结构部件的位置信息并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固，提高建筑安全；
67.如图2所示，基于大数据的钢结构建筑安全监测方法，包括如下步骤：
68.v1：通过传感器组实时采集钢结构部件的接触参数信息；
69.v2：周期性的对接触参数信息进行预处理，得到接触损耗信息，并将接触损耗信息打上时间戳存储至数据库；
70.v3：对数据库中存储的带有时间戳的接触损耗信息进行分析处理，得到对应钢结构部件的损耗系数sh；若损耗系数sh＞预设系数阈值，则生成损耗信号；
71.v4：当接收到损耗信号时，获取对应钢结构部件的位置信息并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固。
72.上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
73.本发明的工作原理：
74.基于大数据的钢结构建筑安全监测系统及方法，在工作时，数据采集模块用于实时采集钢结构部件的接触参数信息，数据整理模块用于对接收到的接触参数信息进行预处理，以24小时为一个周期，周期性的将接收到的接触参数信息进行统合，建立对应接触参数随时间变化的曲线图；若接触参数≥对应的参数阈值，则在对应的曲线图中截取对应的曲线段并标注为红色，记为损耗曲线段；结合损耗曲线段的数量和损耗参考能量，计算得到对应接触参数的损耗指数，将所有接触参数的损耗指数进行合并，得到接触损耗信息；将接触损耗信息打上时间戳存储至数据库；
75.损耗分析模块用于对数据库中存储的带有时间戳的接触损耗信息进行分析处理，根据时间戳，获取到系统当期时间前三十天内的接触损耗信息；根据接触损耗信息中的压力损耗指数、振动损耗指数和光照损耗指数，计算得到对应周期内钢结构部件的损耗值hi；统计hi＞预设损耗阈值的次数l1以及对应的超耗总值l2；然后统合所有周期的损耗值hi，得到损耗值信息组，计算得到离散程度ls，利用公式sh＝l1
×
d1+l2
×
d2+ls
×
d3计算得到对应钢结构部件的损耗系数sh，若损耗系数sh＞预设系数阈值，则生成损耗信号，控制器接收到损耗信号后驱动报警模块发出警报，安全管理模块接收到损耗信号后获取对应钢结构部件的位置信息并安排维修人员对对应钢结构部件进行检修加固，提高建筑安全。
76.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
77.以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。