一种高空建筑安全智能监测的方法及系统与流程

本发明涉及的是高空建筑安全，具体涉及一种高空建筑安全智能监测的方法及系统。

背景技术：

1、由于高空建筑结构自身、维修保养、环境影响等多种因素交织作用，缺乏自我保障能力，抗灾应变能力脆弱。高空建筑易出现局部板材脱落、钢结构锈蚀、老化等现象，存在较大的安全事故隐患，且日趋严峻，给业主单位安全生产带来严重影响。从全国各地排查情况来看，高空建筑主要存在以下的问题：

2、(1)老旧高空建筑建设标准较低：

3、上世纪八九十年代的高空建筑设计建设，执行的是当时的高空建筑建设标准和高空建筑建筑设计规范，当时的国家标准对抗震设防还没有强制性要求，采用执行的设计规范、施工工艺、建筑材料标准较低。

4、(2)施工工艺相对落后：

5、部分高空建筑在建造施工时，基础防潮处理工艺简单，造成基础受潮后强度受到影响；部分高空建筑承重墙采用的材料强度偏低，影响承重墙体强度；楼面普遍采用预制多孔板工艺，整体性较弱。

6、(3)后期使用管理不当：

7、随着城市化进程的加快和城市人口的急剧扩展，处于中心城区的老旧高空建筑频繁交易，加上对建筑安全缺乏常识性认识，违规装修、野蛮装修时有发生，如敲拆承重墙体或承重构件、底层破墙开店等，这些行为严重损坏建筑主体结构的整体性与安全性。

8、(4)受到周边环境的综合影响：

9、建筑周边道路及配套经多次改造完善，路面标高大幅提高，交通流量快速增加，再加上低洼处积水，均在不同程度上加剧了建筑不均匀沉降和侵蚀。

10、基于此，开发一种高空建筑安全智能监测的方法及系统尤为必要。

技术实现思路

1、针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种高空建筑安全智能监测的方法及系统，实现对高空建筑的倾斜变形、裂缝变形和沉降变形等情况进行数据采集和动态监测预警，及早发现隐患，降低建筑安全事故的风险，全面提升结构安全水平和安全管理水平，易于推广使用。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种高空建筑安全智能监测的系统，包括传感器层、数据采集层、网络传输层和应用处理层，所述的传感器层包括有倾斜传感芯片、温度传感器、静力水准仪、加速度传感器、振弦传感器、位移传感器、gnss传感器、风速风向仪，传感器层中的传感器将各自采集的数据经数据采集层中的各类数据采集模块由网络传输层传输至应用处理层；采集的数据经gprs数传终端由4g和internet网络传输至远端服务器及数据库，采集的数据还经以太网接入模块由路由器传输至本地服务器及数据库。

3、一种高空建筑安全智能监测的方法，其步骤为：

4、(1)通过摄像器监控高空建筑，采集温度、风速等环境数据，采集沉降、位移、应变、部件脱落等静态数据和倾斜、振动等动态数据；

5、(2)对采集的数据进行实时分类处理；

6、(3)对异常数据发出警报通知；

7、(4)对实时数据进行存储，通过网络传输至云端；

8、(5)通过数据治理与分析，对高空建筑安全风险等级进行全方位管控。

9、作为优选，所述的步骤(1)采用风速风向仪进行风速风向监测，风速风向仪的数量和布置应能够获得高空建筑顶部以及腰部不同方向的来流风速和风向数据，其采样频率为10次/秒；风速风向仪安装在建筑绕流影响区域之外，避免建筑物端部绕流对风速测量的影响；风速风向仪采用一台机械式风速测量装置和一台超声式风速测量装置成对设置，保持较高的风速风向测量精度，同时避免雷击和落雨影响。

10、作为优选，所述的步骤(1)采用加速度传感器监测日常运维过程中高空建筑在动载(地震、风以及环境振动等)作用下的加速度响应，加速度传感器布置在高空建筑1/4总高处、腰部、3/4总高处、顶部，采样频率为50hz，通过对加速度响应数据的后处理，得到高空建筑结构的动力特性，即频率、阻尼和位移模态。

11、作为优选，所述的步骤(1)采用gnss传感器进行gnss位移监测，gnss传感器布置在高空建筑顶部以及腰部，采样频率为12次/小时，用于监测高空建筑水平、竖向位移以及整体轮廓变化。

12、作为优选，所述的步骤(1)采用静力水准仪进行基础不均匀沉降监测，静力水准仪布置在高空建筑底部地下一层楼面上，采样频率为1次/小时，用于监测高空建筑基础的不均匀沉降情况。

13、作为优选，所述的步骤(1)采用位移传感器监测高空建筑内部钢桁架在动载(地震、风以及环境振动等)、静载作用下的动、静态应变，位移传感器布置在高空建筑内部钢桁架上，采样频率为50hz，通过动、静态应变的监测获得应变模态，通过荷载、位移、应变响应分析，感知结构损伤。

14、作为优选，所述的步骤(1)采用温度传感器监测日常运维过程中内部温度的变化，温度传感器安装在高空建筑内部腰部以及顶部，采样频率为1次/小时，通过温度监测建立结构响应和温度的关系，用于结构计算模型的修正。

15、作为优选，所述的步骤(5)包括高空建筑监测特征分析、振动模态分析和温度效应分析：

16、①高空建筑监测特征分析根据实时监测数据，参考高空建筑以往的数据运行趋势和数据波动范围，具体分析测点的变化趋势与范围，分析测点的特征值，并进行数据的同比分析或环比分析，挖掘高空建筑结构的变化规律与机理，实现对高空建筑健康运行状态的全方位把控；

17、②振动模态分析结合实测数据和高空建筑有限元模型，分析计算得出高空建筑结构模态参数，得到高空建筑实际的工作模态频谱；通过对长期模态参数的对比和分析，可以实时了解高空建筑结构自身振动属性，掌握高空建筑刚度变化规律；

18、③温度效应分析用于分析温度与结构动态响应、结构静态响应各监测指标的统计特征数随时间变化的相关关系，总结不同温度情况下结构部件受环境温度影响明显的指标，如应变、位移等特征指标的变化趋势，建立温度对结构特征指标的影响规律，通过分析结果展示不同测点受温度相应相关性强弱、以及温度对结构响应产生影响的量化参数。

19、本发明的有益效果：本发明通过对高空建筑结构运行状态的实时在线监测，实现对高空建筑的倾斜变形、裂缝变形和沉降变形等情况进行数据采集和动态监测预警，实现高空建筑及其覆盖的风险区、安全敏感区的全面感知、全面监控、全面预警，同时通过海量数据积累和机器学习，优化系统风险识别、预测预警、安全评估等模型，提高系统预测研判的准确性，及早发现隐患，降低建筑安全事故的风险，进一步提升项目安全风险防控能力，提高项目安全主动保障能力，构建结构监测预警、风险管控体系，全面提升结构安全水平和安全管理水平，应用前景广阔。

技术特征：

1.一种高空建筑安全智能监测的系统，其特征在于，包括传感器层、数据采集层、网络传输层和应用处理层，所述的传感器层包括有倾斜传感芯片、温度传感器、静力水准仪、加速度传感器、振弦传感器、位移传感器、gnss传感器、风速风向仪，传感器层中的传感器将各自采集的数据经数据采集层中的各类数据采集模块由网络传输层传输至应用处理层；采集的数据经gprs数传终端由4g和internet网络传输至远端服务器及数据库，采集的数据还经以太网接入模块由路由器传输至本地服务器及数据库。

2.一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，其步骤为：

3.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用风速风向仪进行风速风向监测，获得高空建筑顶部以及腰部不同方向的来流风速和风向数据，其采样频率为10次/秒；风速风向仪安装在建筑绕流影响区域之外，避免建筑物端部绕流对风速测量的影响；风速风向仪采用一台机械式风速测量装置和一台超声式风速测量装置成对设置，保持风速风向测量精度，同时避免雷击和落雨影响。

4.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用加速度传感器监测日常运维过程中高空建筑在动载作用下的加速度响应，加速度传感器布置在高空建筑1/4总高处、腰部、3/4总高处、顶部，采样频率为50hz，通过对加速度响应数据的后处理，得到高空建筑结构的动力特性，即频率、阻尼和位移模态。

5.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用gnss传感器进行gnss位移监测，gnss传感器布置在高空建筑顶部以及腰部，采样频率为12次/小时，用于监测高空建筑水平、竖向位移以及整体轮廓变化。

6.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用静力水准仪进行基础不均匀沉降监测，静力水准仪布置在高空建筑底部地下一层楼面上，采样频率为1次/小时，用于监测高空建筑基础的不均匀沉降情况。

7.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用位移传感器监测高空建筑内部钢桁架在动载、静载作用下的动、静态应变，位移传感器布置在高空建筑内部钢桁架上，采样频率为50hz，通过动、静态应变的监测获得应变模态，通过荷载、位移、应变响应分析，感知结构损伤。

8.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(1)采用温度传感器监测日常运维过程中内部温度的变化，温度传感器安装在高空建筑内部腰部以及顶部，采样频率为1次/小时，通过温度监测建立结构响应和温度的关系，用于结构计算模型的修正。

9.根据权利要求2所述的一种高空建筑安全智能监测的方法，其特征在于，所述的步骤(5)包括高空建筑监测特征分析、振动模态分析和温度效应分析：

技术总结
本发明公开了一种高空建筑安全智能监测的方法及系统，它涉及高空建筑安全技术领域。通过摄像器监控高空建筑，采集温度、风速等环境数据，采集沉降、位移、应变、部件脱落等静态数据和倾斜、振动等动态数据，对采集的数据进行实时分类处理，对异常数据发出警报通知，对实时数据进行存储，通过网络传输至云端，通过数据治理与分析，对高空建筑安全风险等级进行全方位管控。本发明通过对高空建筑结构运行状态的实时在线监测，构建结构监测预警、风险管控体系，实现对高空建筑的倾斜变形、裂缝变形和沉降变形等情况进行数据采集和动态监测预警，及早发现隐患，降低建筑安全事故的风险，全面提升结构安全水平和安全管理水平。

技术研发人员：赵国洪,王尚,余寅初,钱加林,朱贾航
受保护的技术使用者：上海时觉物联网科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13