一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***
技术领域
本发明涉及工业环境监测技术领域,涉及到一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***。
背景技术
随着近年来城市现代化建设不断加快,建筑工程项目越来越多,进而出现了大量的建筑工地,随之而来也带来了环境污染的问题,这其中最大的污染源就是粉尘和噪音。建筑工地产生的大量扬尘不仅恶化施工现场的空气质量,而且危害周边环境,而且,在这些扬尘当中又有大量的属于对人体有害的物质,会给城市居民的健康造成影响,因此,对建筑工地的扬尘进行监控和改善显得非常有必要;同样建筑施工作业现场的噪音也严重影响人们的身体健康和居住环境,所以,对建筑施工作业现场环境的质量监测显得尤为重要。
传统的对建筑施工作业现场粉尘的监测只是在施工作业现场安装粉尘传感器,降尘方法是监测与水力降尘相结合,当粉尘浓度超过一定限度时,***自动喷水,快速控制施工区域扬尘,这种方法没有考虑到施工作业高度、空气湿度和风速对粉尘浓度的影响,容易造成水资源的浪费。传统的对建筑工地噪音的监测只是在施工作业现场安装噪音传感器,没有考虑到距离施工作业现场的不同远近距离对噪音的影响,当噪音超过标准值时进行预警,这种预警只是单纯的预警,也无法根据施工现场的噪音大小采取针对性的预警措施,鉴于此,现设计一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大数据的工业环境实时监测***,解决了背景技术中存在的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***,包括数据采集模块、数据预处理模块、降尘系数分析模块、数据输入模块、噪音分析模块、管理数据库、中央服务器、调控模块、预警模块与显示终端;
数据预处理模块与数据采集模块连接,降尘系数分析模块分别与数据预处理模块、管理数据库和中央服务器连接,噪音分析模块分别与数据预处理模块、管理数据库、数据输入模块和中央服务器连接,中央服务器分别与管理数据库、降尘系数分析模块、噪音分析模块、调控模块、预警模块和显示终端连接;
数据采集模块包括粉尘浓度传感器、湿度传感器、风速传感器和噪音传感器,用于实时对建筑施工作业环境中的粉尘浓度、空气湿度、风速和噪音量进行采集,并将采集到的数据发送数据预处理模块;所述粉尘浓度传感器、湿度传感器、风速传感器采用空间垂直分布的布置方式,所述噪音传感器采用空间环向水平分布的布置方式;所述粉尘传感器用于实时检测建筑施工作业现场各高度的粉尘浓度,所述湿度传感器安装在建筑施工作业现场各高度上,用于实时检测建筑施工作业现场各高度的空气湿度,所述风速传感器,用于实时检测建筑施工作业现场各高度的风速;所述噪音传感器用于实时检测距离建筑施工现场不同远近距离的噪音量;
数据预处理模块包括粉尘数据预处理子模块和噪音数据预处理子模块;所述粉尘数据预处理子模块用于接收数据采集模块采集的粉尘浓度、空气湿度和风速,并对接收的粉尘浓度、空气湿度和风速按照建筑施工作业现场高度进行划分,获取每个高度下粉尘数据集合函数A
g={(a
g,1),(a
g,2)...,(a
g,h),(a
g,5)},a
g代表粉尘数据,其中
(a
g,h)表示为在第h个高度下粉尘数据对应的数值,h=1,2,3,4,5,h表示为建筑施工作业高度,粉尘数据预处理子模块将每天的粉尘数据集合发送至降尘系数分析模块;噪音数据预处理子模块用于接收数据采集模块采集的噪音量并对接收的噪音量按照距离建筑施工现场的远近距离进行划分,并统计各远近距离下的噪音量的平均值,获取每个远近距离下噪音量集合S(s
1,s
2,...,s
r,s
5),s
r表示为在第r个远近距离下噪音量对应的平均数值,r=1,2,3,4,5,r表示为距离建筑施工现场的远近距离,噪音数据预处理子模块将每天的噪音量集合发送至噪音分析模块;
管理数据库存储建筑施工作业现场各高度对应的标准粉尘浓度值和不同降尘系数对应的喷水量,并存储不同时间段在距离建筑施工现场不同远近距离对应的标准噪音量和预设的噪音预警判定规则,时间段为白天和夜晚两种情况;
降尘系数分析模块用于接收粉尘数据预处理子模块发送的每天施工作业现场各高度下粉尘数据集合,提取管理数据库中建筑施工作业现场各高度对应的标准粉尘浓度集合D(d1,d2,...,dh,d5),dh表示为第h个高度的标准粉尘浓度值,并将每天的施工作业现场各高度粉尘数据集合与当前高度对应的标准粉尘浓度值进行对比,统计各高度的降尘系数,得到高度段降尘系数集合Β(b1,b2,...,bh,b5),bh表示为第h个高度的降尘系数,降尘系数分析模块将各高度降尘系数发送至中央服务器;
数据输入模块包括光敏传感器、存储器和云处理器,光敏传感器用于采集每天的光照强度,存储器用于存储不同时间段对应的光照强度阈值,云处理器根据光敏传感器采集每天的光照强度提取云存储器中不同时间段对应的光照强度阈值,判断是白天还是晚上,并将判断的结果发送至噪音分析模块;
噪音分析模块用于接收噪音数据预处理子模块发送的每天噪音量集合和数据输入模块发送的当前的时间段,并提取管理数据库中当前时间段距离建筑施工现场各远近距离对应的标准噪音量,将每天的噪音量集合与当前时间段距离建筑施工现场各远近距离对应的标准噪音量进行对比,得到噪音对比集合ΔS(Δs1,Δs2,...,Δsr,Δs5),Δsr表示为当前时间段第r个长度段对应的噪音量与当前长度段对应的标准噪音量的差值,统计噪音比例系数,噪音分析模块将噪音比例系数发送至中央服务器;
中央服务器用于接收降尘系数分析模块发送的各高度降尘系数,根据接收的各高度降尘系数筛选出管理数据库中各降尘系数对应的喷水量,并将喷水量信息发送调控模块和显示终端,且接收调控模块反馈的喷水量,一旦采集的喷水量大于统计的喷水量数据信息,则中央服务器停止喷水控制;同时中央服务器接收噪音分析模块发送的噪音比例系数,提取管理数据库预设的噪音预警判定规则,判定建筑施工现场的噪音预警级别,若判定的噪音预警级别为零级预警,则中央服务器不发送控制指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅰ级预警,则中央服务器发送Ⅰ级预警指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅱ级预警,则中央服务器发送Ⅱ级预警指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅲ级预警,则中央服务器发送Ⅲ级预警控制指令至预警模块,同时,中央服务器将建筑施工作业现场的噪音预警级别控制指令发送至预警模块及显示终端;
调控模块用于接收中央服务器发送的喷水量数据信息,控制喷水阀由关闭切换成打开状态根据各个高度的喷水量进行梯度喷水,并实时采集喷水量,将采集的喷水量发送至中央服务器,同时,接收中央服务器发送的停止喷水控制指令,控制喷水阀由打开状态切换成关闭状态;
所述调控模块还包括喷水执行终端,喷水执行终端数量为若干个,且若干个喷水执行终端布置安装在建筑施工现场工地上,喷水执行终端包括进水管、管喷头、安装座、紧固钉和太阳能板;进水管进水口处通过水泵与水源相连,进水管底端与安装座之间通过螺纹配合的方式相连接,进水管顶端安装有太阳能板,进水管沿其轴向方向的不同高度处周向均匀设置有出水口,管喷头通过喷水阀与进水管的出水口相连接;安装座沿其径向方向均匀设置有安装孔,紧固钉穿过安装孔***到工地土地内部,太阳能板下端设置有基座,基座与进水管顶端之间通过螺纹连接的方式相连接,太阳能板的放置倾斜角度可通过其背面的支撑杆进行调节。
预警模块用于接收中央服务器发送的预警级别信息,进行语音提示预警。其中噪音预警级别判定规则定义如下:当噪音比例系数处于0<γ<ξ1时,噪音预警级别为0级,当噪音比例系数处于ξ1<λ<ξ2时,噪音预警级别为Ⅰ级,当噪音比例系数处于ξ2<γ<ξ3时,噪音预警级别为Ⅱ级,当噪音比例系数处于ξ3<γ<ξ4时,噪音预警级别为Ⅲ级,其中ξ1、ξ2、ξ3、ξ4为管理数据库预设的数值;
显示终端用于接收数据采集模块发送的中央服务器发送的建筑施工现场的喷水量信息及噪音预警级别信息,并进行显示。
进一步地,所述建筑施工作业现场降尘系数的计算公式为
b
h表示为第h个高度的降尘系数,(a
gd,h)表示为第h个高度的粉尘浓度,(a
gk,h)表示为第h个高度的空气湿度,(a
gs,h)表示为第h个高度的风速,d
h表示为第h个高度的标准粉尘浓度值,α表示为湿度影响权值,取值为0.3,β表示为风速影响权值,取值为0.7。
更进一步地,所述建筑施工作业现场噪音比例系数的计算公式为
χ表示为噪音比例系数,K
D表示为白天时间段系数,取值为0.6,K
n表示为晚上时间段系数,取值为0.4,Δs
r表示为距离建筑施工作业现场第r个距离段对应的噪音量与当前距离段对应的标准噪音量的差值,s
r表示为距离建筑施工作业现场第r个距离下对应的噪音量,s
r标准表示为距离建筑施工作业现场第r个距离下的标准噪音量。
有益效果:
(1)本发明提供的一种基于大数据的工业环境实时监测***,通过在建筑施工作业现场分别采用空间垂直分布的粉尘数据采集、处理和空间环向水平分布的噪音数据采集、处理,分析建筑施工现场作业的降尘系数和噪音比例系数进行降尘和噪音预警,能够根据检测结果反馈优化建筑施工作业现场环境,保护了建筑施工人员的身体健康。
(2)本发明提供的一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***,结合粉尘浓度在施工作业不同高度具有不同的分布特点,实现不同高度数据采集监测的同时,进一步结合空气湿度和风速情况对建筑施工作业场所粉尘浓度的影响,再通过设定降尘系数与调控模块,能够很好地根据各高度的降尘系数实现梯度智能喷水,缓解了建筑施工现场空气质量问题对施工人员的身体健康影响,同时也避免了传统降尘过程中的水资源浪费。
(3)本发明提供的一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***,结合噪音量在施工作业场所环向分布的特点,实现环向不同距离采集监测的同时,进一步结合白天和晚上两个时间段对噪音阈值的规定,设定噪音比例系数和预警模块,通过对噪音比例系数的分级处理,设定预警级别,通过定量化的预警级别控制,可采取不同级别的处理措施,避免人员的慌乱。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述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。
图1为本发明的示意图;
图2为本发明调控模块的喷水执行终端示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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作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。
请参阅图1所示,一种基于大数据的建筑工程施工作业环境智能监测***,包括数据采集模块、数据预处理模块、降尘系数分析模块、数据输入模块、噪音分析模块、管理数据库、中央服务器、调控模块、预警模块与显示终端。
数据预处理模块与数据采集模块连接,降尘系数分析模块分别与数据预处理模块、管理数据库和中央服务器连接,噪音分析模块分别与数据预处理模块、管理数据库、数据输入模块和中央服务器连接,中央服务器分别与管理数据库、降尘系数分析模块、噪音分析模块、调控模块、预警模块和显示终端连接。
数据采集模块包括粉尘浓度传感器、湿度传感器、风速传感器和噪音传感器,用于实时对建筑施工作业环境中的粉尘浓度、空气湿度、风速和噪音量进行采集,并将采集到的数据发送数据预处理模块;所述粉尘浓度传感器、湿度传感器、风速传感器采用空间垂直分布的布置方式,所述噪音传感器采用空间环向水平分布的布置方式;所述粉尘传感器用于实时检测建筑施工作业现场各高度的粉尘浓度,所述湿度传感器安装在建筑施工作业现场各高度上,用于实时检测建筑施工作业现场各高度的空气湿度,所述风速传感器,用于实时检测建筑施工作业现场各高度的风速;所述噪音传感器用于实时检测距离建筑施工现场不同远近距离的噪音量。
数据预处理模块包括粉尘数据预处理子模块和噪音数据预处理子模块;所述粉尘数据预处理子模块用于接收数据采集模块采集的粉尘浓度、空气湿度和风速,并对接收的粉尘浓度、空气湿度和风速按照建筑施工作业现场高度进行划分,获取每个高度下粉尘数据集合函数A
g={(a
g,1),(a
g,2)...,(a
g,h),(a
g,5)},a
g代表粉尘数据,其中
(a
g,h)表示为在第h个高度下粉尘数据对应的数值,h=1,2,3,4,5,h表示为建筑施工作业高度,粉尘数据预处理子模块将每天的粉尘数据集合发送至降尘系数分析模块;噪音数据预处理子模块用于接收数据采集模块采集的噪音量并对接收的噪音量按照距离建筑施工现场的远近距离进行划分,并统计各远近距离下的噪音量的平均值,获取每个远近距离下噪音量集合S(s
1,s
2,...,s
r,s
5),s
r表示为在第r个远近距离下噪音量对应的平均数值,r=1,2,3,4,5,r表示为距离建筑施工现场的远近距离,噪音数据预处理子模块将每天的噪音量集合发送至噪音分析模块。
管理数据库存储建筑施工作业现场各高度对应的标准粉尘浓度值和不同降尘系数对应的喷水量,并存储不同时间段在距离建筑施工现场不同远近距离对应的标准噪音量和预设的噪音预警判定规则,时间段为白天和夜晚两种情况。
降尘系数分析模块用于接收粉尘数据预处理子模块发送的每天施工作业现场各高度下粉尘数据集合,提取管理数据库中建筑施工作业现场各高度对应的标准粉尘浓度集合D(d
1,d
2,...,d
h,d
5),d
h表示为第h个高度的标准粉尘浓度值,并将每天的施工作业现场各高度粉尘数据集合与当前高度对应的标准粉尘浓度值进行对比,统计各高度的降尘系数,得到高度段降尘系数集合Β(b
1,b
2,...,b
h,b
5),b
h表示为第h个高度的降尘系数
b
h表示为第h个高度的降尘系数,(a
gd,h)表示为第h个高度的粉尘浓度,(a
gk,h)表示为第h个高度的空气湿度,(a
gs,h)表示为第h个高度的风速,d
h表示为第h个高度的标准粉尘浓度值,α表示为湿度影响权值,取值为0.3,β表示为风速影响权值,取值为0.7,降尘系数分析模块将各高度降尘系数发送至中央服务器。
数据输入模块包括光敏传感器、存储器和云处理器,光敏传感器用于采集每天的光照强度,存储器用于存储不同时间段对应的光照强度阈值,云处理器根据光敏传感器采集每天的光照强度提取云存储器中不同时间段对应的光照强度阈值,判断是白天还是晚上,并将判断的结果发送至噪音分析模块。
噪音分析模块用于接收噪音数据预处理子模块发送的每天噪音量集合和数据输入模块发送的当前的时间段,并提取管理数据库中当前时间段距离建筑施工现场各远近距离对应的标准噪音量,将每天的噪音量集合与当前时间段距离建筑施工现场各远近距离对应的标准噪音量进行对比,得到噪音对比集合ΔS(Δs
1,Δs
2,...,Δs
r,Δs
5),Δs
r表示为当前时间段第r个长度段对应的噪音量与当前长度段对应的标准噪音量的差值,统计噪音比例系数
χ表示为噪音比例系数,K
D表示为白天时间段系数,取值为0.6,K
n表示为晚上时间段系数,取值为0.4,Δs
r表示为距离建筑施工作业现场第r个距离段对应的噪音量与当前距离段对应的标准噪音量的差值,s
r表示为距离建筑施工作业现场第r个距离下对应的噪音量,s
r标准表示为距离建筑施工作业现场第r个距离下的标准噪音量,噪音分析模块将噪音比例系数发送至中央服务器。
中央服务器用于接收降尘系数分析模块发送的各高度降尘系数,根据接收的各高度降尘系数筛选出管理数据库中各降尘系数对应的喷水量,并将喷水量信息发送调控模块和显示终端,且接收调控模块反馈的喷水量,一旦采集的喷水量大于统计的喷水量数据信息,则中央服务器停止喷水控制;同时中央服务器接收噪音分析模块发送的噪音比例系数,提取管理数据库预设的噪音预警判定规则,判定建筑施工现场的噪音预警级别,若判定的噪音预警级别为零级预警,则中央服务器不发送控制指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅰ级预警,则中央服务器发送Ⅰ级预警指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅱ级预警,则中央服务器发送Ⅱ级预警指令至预警模块,若判定的噪音预警级别为Ⅲ级预警,则中央服务器发送Ⅲ级预警控制指令至预警模块,同时,中央服务器将建筑施工作业现场的噪音预警级别控制指令发送至预警模块及显示终端。
调控模块用于接收中央服务器发送的喷水量数据信息,控制喷水阀由关闭切换成打开状态根据各个高度的喷水量进行梯度喷水,并实时采集喷水量,将采集的喷水量发送至中央服务器,同时,接收中央服务器发送的停止喷水控制指令,控制喷水阀由打开状态切换成关闭状态。
所述调控模块还包括喷水执行终端,喷水执行终端数量为若干个,且若干个喷水执行终端布置安装在建筑施工现场工地上,喷水执行终端包括进水管a1、管喷头a2、安装座a3、紧固钉a4和太阳能板a5;进水管a1进水口处通过水泵与水源相连,进水管a1底端与安装座a3之间通过螺纹配合的方式相连接,进水管a1顶端安装有太阳能板a5,进水管a1沿其轴向方向的不同高度处周向均匀设置有出水口,管喷头a2通过喷水阀与进水管a1的出水口相连接;安装座a3沿其径向方向均匀设置有安装孔,紧固钉a4穿过安装孔***到工地土地内部,太阳能板a5下端设置有基座,基座与进水管a1顶端之间通过螺纹连接的方式相连接,太阳能板a5的放置倾斜角度可通过其背面的支撑杆进行调节,根据季节的日晒情况可以调节太阳能板a5的角度,太阳能板用于***的供电,通过安装座a3和紧固钉a4可以将喷水执行终端固定在建筑工地上,而且可以根据工地情况和土质情况选用安装座a3不同径向的安装孔进行固定;不同高度处周向设置的管喷头a2可以对灰尘不同高度分布的密度和情况进行相应的喷水除尘,且能实施接收喷水量信息数据实时调控,快捷方便且适用性强。
预警模块用于接收中央服务器发送的预警级别信息,进行语音提示预警。其中噪音预警级别判定规则定义如下:当噪音比例系数处于0<γ<ξ1时,噪音预警级别为0级,当噪音比例系数处于ξ1<λ<ξ2时,噪音预警级别为Ⅰ级,当噪音比例系数处于ξ2<γ<ξ3时,噪音预警级别为Ⅱ级,当噪音比例系数处于ξ3<γ<ξ4时,噪音预警级别为Ⅲ级,其中ξ1、ξ2、ξ3、ξ4为管理数据库预设的数值。
显示终端用于接收数据采集模块发送的中央服务器发送的建筑施工现场的喷水量信息及噪音预警级别信息,并进行显示。
本发明通过在通过在建筑施工作业现场分别采用空间垂直分布的粉尘数据采集、处理和空间环向水平分布的噪音数据采集、处理,分析建筑施工现场作业的降尘系数和噪音比例系数进行降尘和噪音预警,能够根据检测结果反馈优化建筑施工作业现场环境,保护了建筑施工人员的身体健康。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明,所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。