一种基于物联网的在线自动化监测系统及方法与流程

本发明涉及地质、岩土和结构工程的测量和监测领域，具体涉及一种基于物联网的在线自动化监测系统及方法。

背景技术：

变形安全监测技术是典型的跨学科、跨领域技术，融合土木工程、测绘工程、工程地质与水文地质、岩土工程及计算机科学等多学科的知识，在岩土工程（基坑工程、边坡工程、软土地基处理工程）、地质工程（地质灾害，如：滑坡、崩塌、地沉陷）、结构工程（建筑物、构筑物、隧道等）等多个工程领域中应用广泛。其目的是通过多期测量岩土体、结构物等工程对象及其周边环境的位移、倾斜、受力、渗流等工程物理量，了解监测对象的变化发展过程并分析其安全状态（稳定性），提供安全预警及为工程设计、施工提供数据支持。

在上述多个工程领域中虽然各自对于变形安全监测的技术要求存在差异，但变形安全监测的基本方法是通用的。当前常用的变形安全监测手段有采用全站仪、水准仪、三维激光扫描等仪器设备的监控测量方法，采用摄像头、无人机三维摄像方法及基于gps卫星定位测量方法等。但是这些手段的数据采集及后处理均依赖人工操作，外业工作时间长、内业数据处理工作量庞大、效率低，更无法满足部分工程领域（如地质灾害）长时期、高监测频、数据分析及预警时效性等要求。当前基于gnss定位的自动化监测方法存在前端设备体积大、成本高、部署不灵活（有顶部净空、供电、通信、防雷等要求）、精度不足、测量因素单一等不足。

当前还有部分基于传感器的自动化监测系统，前端数据采集部分与后端数据处理服务器之间需要通过专网连接，这种架构硬件成本高、建设工程量大，部署不灵活。此外，当前的自动化监测系统普遍还存在不同类型的前端数据采集设备与后端数据处理软件自成体系（各体系不能相互兼容，集成难度高，可靠性差）、后端数据处理软件无法按照行业规范要求实现数据可视化、联动预警、自动报表等业务功能。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题为实现现场数据的远端获取，提供一种基于物联网的在线自动化监测系统及方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

一种基于物联网的在线自动化监测系统，包括云端、数据采集端、监测端，所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同云端连接；所述云端包括可视化模块和数据处理模块，所述数据采集端同数据处理模块连接，所述数据采集端将监测端获取到的数据传递给云端，所述云端的数据处理模块将数据处理后由可视化模块输出；所述监测端包括多个监测模块，所述监测模块布设在相应的监测对象上，用于测量监测对象的物理状态。

通过云端控制现场的监测端进行监测，并获取数据，数据采集端起到了连接云端和监测端的作用。

实现了监测现场的远程控制，可以对多种工程类别、多个工程项目的岩土体或工程结构物的变形或变化的有效监测、预警与管控。

优选地，所述监测模块包括倾角传感器、裂缝监测装置、位移传感器、力传感器、水位传感器、降雨量传感器、激光位移传感器、声光报警器、卫星定位装置中的一种或几种；所述监测端不少于一个，不同的所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同不少于一个监测端连接；所述监测端同数据采集端之间通过基于16进制的通讯指令的协议进行通讯，所述协议包括但不限于modbus、canbus。监测模块用于监测不良地质体的姿态，并将监测到的数据及时向外传递。

优选地，所述数据采集端通过无线或有线网络同云端连接，所述数据采集端和云端之间通过tcp、http、mqtt协议通讯。

优选地，所述云端还包括数据收集模块，所述数据收集模块同数据采集端连接，所述数据收集模块向数据采集端发送请求并接收返回的数据；所述数据处理模块通过数据收集模块同数据采集端连接，所述数据处理模块对数据进行处理后储存入数据库。现场采集的数据经过数据收集模块收集后由数据处理模块进行处理。

优选地，所述数据处理模块包括鉴别模块、拆分模块、数据录入模块，所述鉴别模块确定数据的类型，所述拆分模块根据数据的类型将数据按采集的时间进行拆分，所述数据录入模块将拆分后的数据存储入数据库。数据处理模块对不同类型的数据进行拆分，例如将角度、压力、宽度数据鉴别后进行按采集时间进行分类后由数据录入模块录入数据库。

优选地，所述可视化模块包括交互模块和再处理模块，所述交互模块、再处理模块同数据库连接，所述交互模块获取对数据调用的请求，所述交互模块根据调用请求发送对数据再处理的指令，再处理模块接收指令后对数据进行再处理后返回给交互模块。交互模块面向用户，用户可以调用数据，或者对数据再处理后得到直观的图形。

优选地，所述云端还包括报警模块，所述报警模块同数据处理模块连接，所述报警模块对数据处理模块处理完成后的数据进行筛选，筛选过程中发现数据超过预设阈值，生成报警信息警信息并存储；确定数据来源，向数据来源地的声光报警装置发出报警指令。报警模块可以在监测到数据出现异常后及时通知用户采取措施。

优选地，所述数据采集端还包括供电装置和采集模块，所述采集模块同供电装置连接，所述供电装置包括自发电模组和储能模组，所述自发电模组同储能模组连接。

优选地，所述数据采集端包括第一通讯模块，所述监测端包括第二通讯模块，所述第二通讯模块同监测模块连接，将监测模块监测到的数据向外传递，所述第一通讯模块同第二通讯模块通过无线或有线的方式连接，所述第一通讯模块用于接收第二通讯模块传递来的数据；所述第一通讯模块同缓存模块连接，所述缓存模块同云端连接，所述缓存模块用于缓存监测端传递来的数据。

一种基于物联网的在线自动化监测方法，包括：

s11.云端定期通过数据采集端向监测端发送数据采集指令，监测端采集数据后发送给数据采集端，数据采集端定期返回数据到云端；监测端通过监测模块获取不良地质体的实时状态数据，所述实时状态数据包括倾角、裂缝宽度、形变量、应力、应变、内力、水位、位移、渗压、雨量中的一种或几种；

s12.云端接收数据后对数据进行处理后保存到数据库；

s13.云端接收对数据库中数据再处理的请求，对数据进行再处理后输出再处理结果。

优选地，还包括：

s14.云端对数据处理后，将部分数据同预设阈值比较，超过预设阈值则发出报警信息。

优选地，所述s11步骤中，云端定期通过数据采集端向监测端发送数据采集指令，监测端采集数据后发送给数据采集端，数据采集端返回数据到云端；或者云端向数据采集端发送数据采集指令，数据采集端自主控制监测端采集数据并将采集到的数据存放在数据采集端的缓存模块中，数据采集端定期返回数据到云端。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：实现了监测现场的远程控制，实现了一个区域内多个不良地质体的同时监控，实现了对一定区域内的不良地质体的有效监测与管控。

本申请的优势在于前端简单可靠、借助公网通讯、后端功能集成。

1、前端监测模块可支持工程上各类常用的传感器，包括数字量、模拟量输出的各类传感器。

2、数据采集端通过将前端监测模块的输出信号转换为rs485数字式信号，与服务器的通讯协议统一为modbus、canbus或自定义16进制指令，通讯方式借助4g等公共网络与云端通讯。目的是简化现场设备硬件，提高可靠性及部署灵活性。

3、系统的管理、控制、业务等所有的功能集中部署于云端的服务器上，方便对现场的设备进行统一管理，并且集中化有利于软件的维护、升级。

4、在云端通过软件实现自动化数据处理、按行业要求的数据可视化、分级预警、自动报表、现场设备远程管理等业务功能，系统具有较高的灵活性及可维护性。

附图说明

图1为一种基于物联网的在线自动化监测系统的示意图。

图2为一种基于物联网的在线自动化监测系统的示意图。

图3为基于物联网的在线自动化监测方法的示意图。

图4为基于物联网的在线自动化监测方法的另一种示意图。

具体实施方式

以下实施例是对本发明的进一步说明，不是对本发明的限制。

实施例1

一种基于物联网的在线自动化监测系统，如图1所示，包括云端、数据采集端、监测端，所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同云端连接；所述云端包括可视化模块和数据处理模块，所述数据采集端同数据处理模块连接，所述数据采集端将监测端获取到的数据传递给云端，所述云端的数据处理模块将数据处理后由可视化模块输出；所述监测端包括多个监测模块，所述监测模块布设在相应的监测对象上，用于测量监测对象的物理状态。所述监测模块包括倾角传感器、裂缝监测装置、位移传感器、卫星定位装置、力传感器、水位传感器、降雨量传感器、激光位移传感器、声光报警器等；所述监测端不少于一个，不同的所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同不少于一个监测端连接；所述监测端同数据采集端之间通过modbus、canbus协议通讯。所述数据采集端通过无线或有线网络同云端连接，所述数据采集端和云端之间通过tcp、http、mqtt协议通讯。所述云端还包括数据收集模块，所述数据收集模块同数据采集端连接，所述数据收集模块向数据采集端发送请求并接收返回的数据；所述数据处理模块通过数据收集模块同数据采集端连接，所述数据处理模块对数据进行处理后储存入数据库。所述数据处理模块包括鉴别模块、拆分模块、数据录入模块，所述鉴别模块确定数据的类型，所述拆分模块根据数据的类型将数据按采集的时间进行拆分，所述数据录入模块将拆分后的数据存储入数据库。所述可视化模块包括交互模块和再处理模块，所述交互模块、再处理模块同数据库连接，所述交互模块获取对数据调用的请求，所述交互模块根据调用请求发送对数据再处理的指令，再处理模块接收指令后对数据进行再处理后返回给交互模块。所述云端还包括报警模块，所述报警模块同数据处理模块连接，所述报警模块对数据处理模块处理完成后的数据进行筛选，筛选过程中发现数据超过预设阈值，生成报警信息并存储；确定数据来源，向数据来源地的声光报警装置发出报警指令。所述数据采集端还包括供电装置和采集模块，所述采集模块同供电装置连接，所述供电装置包括自发电模组和储能模组，所述自发电模组同储能模组连接。

通过云端控制现场的监测端进行监测，并获取数据，数据采集端起到了连接云端和监测端的作用。

实现了监测现场的远程控制，实现了同时对一个区域内多种工程类别、多个工程项目的岩土和结构进行有效监测与管控，并将监测成果及时向外传递。所述数据采集端通过无线或有线网络同云端连接，所述数据采集端和云端之间通过tcp、http、mqtt协议通讯。现场采集的数据经过数据收集模块收集后由数据处理模块进行处理。数据处理模块对不同类型的数据进行拆分，例如将角度、压力、位移等数据鉴别后按采集时间进行分类，由数据录入模块录入数据库。报警模块可以在监测到数据出现异常后及时通知用户采取措施。

实施例2

一种在线监测方法，如图3所示，包括：

s11.云端定期通过数据采集端向监测端发送数据采集指令，监测端采集数据后发送给数据采集端，数据采集端定期返回数据到云端；监测端通过监测模块获取多种工程类别、多个工程项目的岩土和结构的实时状态数据，所述实时状态数据包括倾角、应力、位移、裂缝宽度、降雨量、水位等的一种或几种；

s12.云端接收数据后对数据进行处理后保存到数据库；

s13.云端接收对数据库中数据再处理的请求，对数据进行再处理后输出再处理结果。

s14.云端对数据处理后，将部分数据同预设阈值比较，超过预设阈值则发出报警信息。

实施例3

一种基于物联网的在线自动化监测系统，如图2所示，包括云端、数据采集端、监测端，所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同云端连接；所述云端包括可视化模块和数据处理模块，所述数据采集端同数据处理模块连接，所述数据采集端将监测端获取到的数据传递给云端，所述云端的数据处理模块将数据处理后由可视化模块输出；所述监测端包括多个监测模块，所述监测模块布设在相应的监测对象上，用于测量监测对象的物理状态。所述监测模块包括倾角传感器、裂缝宽度监测装置、位移传感器、卫星定位装置、力传感器、水位传感器等的一种或几种；所述监测端不少于一个，不同的所述监测端同数据采集端连接，所述数据采集端同不少于一个监测端连接；所述监测端同数据采集端之间通过modbus、canbus协议通讯。所述数据采集端通过无线或有线网络同云端连接，所述数据采集端和云端之间通过tcp、http、mqtt协议通讯。所述云端还包括数据收集模块，所述数据收集模块同数据采集端连接，所述数据收集模块向数据采集端发送请求并接收返回的数据；所述数据处理模块通过数据收集模块同数据采集端连接，所述数据处理模块对数据进行处理后储存入数据库。所述数据处理模块包括鉴别模块、拆分模块、数据录入模块，所述鉴别模块确定数据的类型，所述拆分模块根据数据的类型将数据按采集的时间进行拆分，所述数据录入模块将拆分后的数据存储入数据库。所述可视化模块包括交互模块和再处理模块，所述交互模块、再处理模块同数据库连接，所述交互模块获取对数据调用的请求，所述交互模块根据调用请求发送对数据再处理的指令，再处理模块接收指令后对数据进行再处理后返回给交互模块。所述云端还包括报警模块，所述报警模块同数据处理模块连接，所述报警模块对数据处理模块处理完成后的数据进行筛选，筛选过程中发现数据超过预设阈值，筛选过程中发现数据库内的数据超过预设阈值，发出报警信息，生成报警信息并存储；发出报警信息后，确定数据来源，向数据来源发出报警指令。所述数据采集端包括第一通讯模块，所述监测端包括第二通讯模块，所述第二通讯模块同监测模块连接，将监测模块监测到的数据向外传递，所述第一通讯模块同第二通讯模块通过无线或有线的方式连接，所述第一通讯模块用于接收第二通讯模块传递来的数据；所述第一通讯模块同缓存模块连接，所述缓存模块同云端连接，所述缓存模块用于缓存监测端传递来的数据。

实施例4

一种在线监测方法，如图4所示，包括：

s11.云端定期通过数据采集端向监测端发送数据采集指令，监测端采集数据后发送给数据采集端，数据采集端返回数据到云端；监测端通过监测模块获取多种工程类别、多个工程项目的岩土和结构的实时状态数据，所述实时状态数据包括倾角、裂缝宽度、应力、应变、内力、水位、位移、渗压、雨量等；

s12.云端接收数据后对数据进行处理后保存到数据库；

s13.云端接收对数据库中数据再处理的请求，对数据进行再处理后输出再处理结果。

实施例5

一种在线监测方法，包括：

s11.云端向数据采集端发送数据采集指令，数据采集端自主控制监测端采集数据并将采集到的数据存放在数据采集端的缓存模块中，数据采集端定期返回数据到云端；监测端通过监测模块获取多种工程类别、多个工程项目的岩土和结构的实时状态数据，所述实时状态数据包括倾角、裂缝宽度、应力、应变、内力、水位、位移、渗压、雨量；

s12.云端接收数据后对数据进行处理后保存到数据库；

s13.云端接收对数据库中数据再处理的请求，对数据进行再处理后输出再处理结果。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，以上实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。