CN112017419A - 一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***及其方法，包括监测***，检测建筑物基本状态、并将检测到数据发送至数据采集***；数据采集***，获取建筑物状况数据并存储；5G传输***，利用5G技术与5G基站之间进行数据的无线传输；大数据分析***，对接收的数据进行实时的多源数据融合分析；展示与管理***，对分析后的数据进行图形化展示，并对各个***的功能进行管理；控制***，接收并发送控制信号；以及告警***。本发明解决了建筑物安全监测精确度不足和告警滞后的问题，不仅可以实现建筑物安全的实时监测和告警，还能够根据建筑物的风险状态，手动或自动调整监测***采集数据的频率，节省耗电，提高预警精度。

Description

一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***及其方法
技术领域
本发明涉及一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***及其方法，属于建筑物安全监测与预警技术领域。
背景技术
建筑物的安全直接影响着人民群众的生命财产安全，更有可能引起社会问题。近几年随着全球气候的变化，洪涝灾害频繁出现，许多房屋被水浸泡之后，外观无损，但内在出现隐患，给群众带来威胁。许多文物古迹由于年代久远，也存在着倒塌损毁的风险。
现有的建筑物安全监测方法，有的通过给监测***的传感器预设告警阈值，监测数据超过阈值即发送告警信息；有的通过给中心服务器设置阈值，中心服务器接收到监测***发送的传感器数据超过阈值即发出告警；这些方法普遍存在着告警滞后或精确度不足的问题，即危险即将发作时才能察觉，或是在非危险情况下错误告警，给建筑物的安全管理带来困扰。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***及其方法，能够解决建筑物安全监测精确度不足和告警滞后的问题，不仅可以实现建筑物安全的实时监测和告警，还能够根据建筑物的风险状态，手动或自动调整监测***采集数据的频率，节省耗电，提高预警精度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，包括：
监测***，检测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***；
数据采集***，获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储；
5G传输***，利用5G技术与5G基站之间进行数据的无线传输；
大数据分析***，对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
展示与管理***，对大数据分析***分析后的数据进行图形化展示，并对各个***的功能进行管理；
控制***，接收并发送控制信号；
告警***，接收控制***发出的控制信号并进行告警；
所述监测***与数据采集***相连接，所述数据采集***与5G传输***相连接，所述5G传输***通过空中无线接口与5G基站相连接；所述5G基站与大数据分析***相连接，所述大数据分析***与展示与管理***相连接，所述控制***与监测***、数据采集***、告警***、5G传输***相连接。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述监测***包括安装于被监测建筑物屋顶或外墙的卫星定位仪、静力水准仪、倾斜仪、震动监测仪、三轴陀螺仪、裂缝计、温湿度计、雨量计中的一种或多种，监测***的各个传感器实时检测被监测建筑物的相关状态数据。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述数据采集***通过线缆与监测***的各个传感器进行连接，获取传感器生成的数据并进行存储。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述数据采集***根据控制***发送的控制指令对监测***的数据进行实时或定时采集。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述告警***通过接收控制***发出的控制信号进行声、光、电三种形式的告警，即发出警报声音与提醒语音，红色警报灯闪烁提醒，LED电子屏显示风险信息及风险应对措施。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述大数据分析***能对不同来源、不同格式的多源数据进行清洗与分类；所述大数据分析***内置有用于对清洗后数据进行融合化分析的数学分析模型；所述数学分析模型的分析结果包括指定时间点或时间段的建筑物安全等级、影响安全的要素、风险发展趋势预测；当分析结果中的安全等级达到设定阈值时，大数据分析***按内置处置规则向其余***发送控制指令。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述展示与管理***具备图形化管理界面和对数据的图形化展示能力，工作人员可以手动配置各个***运行参数与运行状态；整个***包括PC端、大屏幕端和手机端界面，用户在三个界面上均可进行展示数据查看与配置操作。
一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法，包括：
步骤S1、采集被监测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***；
步骤S2、数据采集***获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储，同时通过5G传输技术将获取的状态数据传输给大数据分析***；
步骤S3、大数据分析***对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
步骤S4、将分析后的数据进行图形化展示，同时对各个***的功能进行定制化的管理设置，并将设置的控制信息发送给大数据分析***；
步骤S5、大数据分析***将控制信息通过5G传输技术传送至控制***，控制***接收并向相应的***发送控制信号。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法中，所述步骤S2具体包括：
步骤S2-1、数据采集***将获取的状态数据发送给5G传输***；
步骤S2-2、5G传输***将状态数据通过无线方式发送至5G基站；
步骤S2-3、5G基站将接收到的状态数据通过网络传输至大数据分析***。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法中，所述步骤S5具体包括：
步骤S5-1、大数据分析***将接收的控制信息态发送给5G基站；
步骤S5-2、5G基站将控制信息通过无线方式发送至5G传输***；
步骤S5-3、5G传输***将接收到的控制信息传送至控制***；
步骤S5-4、控制***根据控制信息向告警***发送告警指令，向监测***中的各个传感器发送检测信号指令，向数据采集***发送实时或定时采集数据指令。
与现有的技术相比，本发明采用监测***实时监测建筑物的状况，利用数据采集***对监测***生成的数据进行采集与存储；设置告警***接收控制***的控制信号并进行告警；5G传输***利用5G技术与5G基站之间进行数据的无线传输；采用大数据分析***对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；采用展示与管理***对大数据分析后的数据进行图形化展示，对各个***的功能进行定制化的管理。借助于监测***中类型丰富的传感器，本发明能够更全面地监测危房本身及周边环境的各项数据；借助于5G技术，能够将大数据量的监测数据实时传输至大数据分析***，使大数据分析***获取的数据、生成的告警信息更加及时、全面、准确，最大程度保障居民生命财产安全。最终，解决了建筑物安全监测精确度不足和告警滞后的问题，不仅可以实现建筑物安全的实时监测和告警，还能够根据建筑物的风险状态，手动或自动调整监测***采集数据的频率，节省耗电，提高预警精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例的裂缝宽度变化曲线示意图；
图3为本发明实施例的X倾斜累计变化曲线示意图；
图4为本发明实施例的Y倾斜累计变化曲线示意图；
图5为本发明实施例的沉降累计变化曲线示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，包括：
监测***1，检测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***2；
数据采集***2，获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储；
5G传输***5，利用5G技术与5G基站6之间进行数据的无线传输；
大数据分析***7，对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
展示与管理***8，对大数据分析***分析后的数据进行图形化展示，并对各个***的功能进行管理；
控制***4，接收并发送控制信号；
告警***3，接收控制***发出的控制信号并进行告警；
所述监测***1与数据采集***2相连接，所述数据采集***与5G传输***相连接，所述5G传输***通过空中无线接口与5G基站相连接，以利用5G基站6接入网络，实现与大数据分析***7之间的数据收发；所述5G基站与大数据分析***相连接，所述大数据分析***与展示与管理***相连接，所述控制***与监测***、数据采集***、告警***、5G传输***相连接。
其中，所述监测***1一方面将监测的数据发送至数据采集***2，一方面接收控制***4发送的控制信号。所述数据采集***2一方面将采集的监测数据发送给5G传输***5，一方面接收控制***4发送的控制信号。所述5G传输***一方面将数据采集***2的数据利用5G网络传输至大数据分析***7，另一方面将从大数据分析***7接收相应的控制指令并发送给控制***4。所述5G基站6是由网络运营商建设的5G网络的组成部分，为5G设备提供接入和访问5G网络的能力，并能够接入和访问互联网，5G基站6将来自5G传输***5的数据通过网络传输至大数据分析***7，同时将大数据分析***7的数据通过空中无线接口发送给5G传输***5。所述控制***4不仅能够通过5G传输***5接收由展示与管理***8经大数据分析***7、5G基站6传送的控制信号与告警信息，还能根据接收的控制指令向监测***1、数据采集***2、告警***3、5G传输***4发送控制指令，使各个***按照设定指令手动运转或自动运转。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述监测***1包括安装于被监测建筑物屋顶或外墙的卫星定位仪、静力水准仪、倾斜仪、震动监测仪、三轴陀螺仪、裂缝计、温湿度计、雨量计中的一种或多种，监测***的各个传感器均与数据采集***2相连接，并将实时检测到的被监测建筑物相关状态数据发送至数据采集***2。其中，卫星定位仪用于接收卫星定位信息，判断建筑物的水平位移；静力水准仪用于监测建筑物的沉降情况；倾斜仪用于监测建筑物的倾斜情况；震动监测仪用于监测建筑物本身存在的震动情况，判断震动来源；三轴陀螺仪用于监测建筑物在各个方向上的实时运动情况，用于辅助判断风险级别；裂缝计用于针对性监测建筑物上已经存在的裂缝，判断裂缝是否存在扩大情况；温湿度计用于监测建筑物所在位置的温度与湿度情况；雨量计用于监测建筑物所在位置的降雨情况，结合建筑物的材质和结构，判断天气带来的风险。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述数据采集***2通过线缆与监测***1的各个传感器进行连接，获取各个传感器生成的数据并进行存储。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述数据采集***2根据控制***4发送的控制指令对监测***1的数据进行实时或定时采集，并将采集的数据发送给5G传输***5。具体的，可根据展示与管理***8中对数据采集***2的管理设置，按照设置的控制指令对监测***1的数据进行实时采集，也可按照控制指令设定的固定时长，对监测***1的数据进行固定频率的数据采集。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述告警***3通过接收控制***4发出的控制信号进行声、光、电三种形式的告警，即发出警报声音与提醒语音，红色警报灯闪烁提醒，LED电子屏显示风险信息及风险应对措施。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述大数据分析***7能对不同来源、不同格式的多源数据进行清洗与分类；所述大数据分析***7内置有用于对清洗后数据进行融合化分析的数学分析模型；所述数学分析模型的分析结果包括指定时间点或时间段的建筑物安全等级、影响安全的要素、风险发展趋势预测；当分析结果中的安全等级达到设定阈值时，大数据分析***7按内置处置规则向其余***发送控制指令。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警***中，所述展示与管理***8具备图形化管理界面和对数据的图形化展示能力，工作人员可以手动配置各个***运行参数与运行状态；整个***包括PC端、大屏幕端和手机端界面，用户在三个界面上均可进行展示数据查看与配置操作。
一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法，包括：
步骤S1、采集被监测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***；其中，采集基本状态信息采用的传感器有安装于被监测建筑物屋顶或外墙的卫星定位仪、静力水准仪、倾斜仪、震动监测仪、三轴陀螺仪、裂缝计、温湿度计、雨量计中的一种或多种；
步骤S2、数据采集***获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储，同时通过5G传输技术将获取的状态数据传输给大数据分析***；
步骤S3、大数据分析***对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
步骤S4、将分析后的数据进行图形化展示，同时对各个***的功能进行定制化的管理设置，并将设置的控制信息发送给大数据分析***；
步骤S5、大数据分析***将控制信息通过5G传输技术传送至控制***，控制***接收并向相应的***发送控制信号。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法中，所述步骤S2具体包括：
步骤S2-1、数据采集***将获取的状态数据发送给5G传输***；
步骤S2-2、5G传输***将状态数据通过无线方式发送至5G基站；
步骤S2-3、5G基站将接收到的状态数据通过网络传输至大数据分析***。
基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法中，所述步骤S5具体包括：
步骤S5-1、大数据分析***将接收的控制信息态发送给5G基站；
步骤S5-2、5G基站将控制信息通过无线方式发送至5G传输***；
步骤S5-3、5G传输***将接收到的控制信息传送至控制***；
步骤S5-4、控制***根据控制信息向告警***发送告警指令，向监测***中的各个传感器发送检测信号指令，向数据采集***发送实时或定时采集数据指令。
工作过程：
各种传感器实时监测建筑物的水平位移、沉降、倾斜、本身存在的震动、在各个方向上的实时运动、裂缝、温湿度以及降雨等情况的信息，并将检测到的各类数据发送至数据采集***2；数据采集***2对监测***生成的数据进行采集与存储，并通过5G传输***5和5G基站6将这些数据发送至大数据分析***7；大数据分析***7对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析，并将分析后的数据发送给展示与管理***8；展示与管理***8对接收自大数据分析***7的数据进行图形化处理，并在PC端、大屏幕端、手机端进行展示，同时在PC端、大屏幕端、手机端提供操作界面，接收工作人员的控制信息，将控制信息发送给大数据分析***7。控制信息再经5G基站、5G传输***传送至控制***4，最后由控制***4向各个***发送相应的控制指令和告警信息。借助于监测***中类型丰富的传感器，能够更全面地监测危房本身及周边环境的各项数据；借助于5G技术，能够将大数据量的监测数据实时传输至大数据分析***，使大数据分析***获取的数据、生成的告警信息更加及时、全面、准确，最大程度保障居民生命财产安全。
实施例：
在福建省闽清县一处农居民房的监测中，房屋分别安装1台裂缝计、2台倾斜仪、1台静力水准仪，用于监测房屋的裂缝、倾斜度和沉降程度。其中，裂缝计、倾斜仪每隔半小时进行一次裂缝和倾斜数据采集，静力水准仪每隔2小时进行一次沉降数据采集。本案例取2020年8月25日00:00至8月27日17:00之间的数据，作为分析示例，详细数据变化曲线如图2至图5所示。
按照传统监测方法，裂缝计的裂缝累计变化达4mm、变化速率达2mm即发生告警，倾斜仪的累计变化达0.2度、变化速率达0.08度即进行告警，静力水准仪的累计变化达4mm、或变化速率达2mm即进行告警。根据图2至图5，裂缝计、倾斜仪的数据均未达到告警阈值，但静力水准仪记录的位移变化速率在8月25日16点左右和8月26日16点左右，有两次超出告警阈值，则此时应当触发***告警。
但在本***当中，由于采用了基于多源数据的大数据分析模型，模型不基于单一特定异常数据进行告警，而是采用多源数据与模型特征联合比对方式，判断风险等级，并根据风险等级进行告警。本示例中，经过模型联合比对后，风险等级始终处于低风险以下的正常水平，故***不进行告警。
综上所述，本发明通过各个***的配合，解决了建筑物安全监测精确度不足和告警滞后的问题，不仅可以实现建筑物安全的实时监测和告警，还能够根据建筑物的风险状态，手动或自动调整监测***采集数据的频率，节省耗电，提高预警精度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，包括：
监测***，检测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***；
数据采集***，获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储；
5G传输***，利用5G技术与5G基站之间进行数据的无线传输；
大数据分析***，对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
展示与管理***，对大数据分析***分析后的数据进行图形化展示，并对各个***的功能进行管理；
控制***，接收并发送控制信号；
告警***，接收控制***发出的控制信号并进行告警；
所述监测***与数据采集***相连接，所述数据采集***与5G传输***相连接，所述5G传输***通过空中无线接口与5G基站相连接；所述5G基站与大数据分析***相连接，所述大数据分析***与展示与管理***相连接，所述控制***与监测***、数据采集***、告警***、5G传输***相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述监测***包括安装于被监测建筑物屋顶或外墙的卫星定位仪、静力水准仪、倾斜仪、震动监测仪、三轴陀螺仪、裂缝计、温湿度计、雨量计中的一种或多种，监测***的各个传感器实时检测被监测建筑物的相关状态数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述数据采集***通过线缆与监测***的各个传感器进行连接，获取传感器生成的数据并进行存储。
4.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述数据采集***根据控制***发送的控制指令对监测***的数据进行实时或定时采集。
5.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述告警***通过接收控制***发出的控制信号进行声、光、电三种形式的告警，即发出警报声音与提醒语音，红色警报灯闪烁提醒，LED电子屏显示风险信息及风险应对措施。
6.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述大数据分析***能对不同来源、不同格式的多源数据进行清洗与分类；所述大数据分析***内置有用于对清洗后数据进行融合化分析的数学分析模型；所述数学分析模型的分析结果包括指定时间点或时间段的建筑物安全等级、影响安全的要素、风险发展趋势预测；当分析结果中的安全等级达到设定阈值时，大数据分析***按内置处置规则向其余***发送控制指令。
7.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警***，其特征在于，所述展示与管理***具备图形化管理界面和对数据的图形化展示能力，工作人员可以手动配置各个***运行参数与运行状态；整个***包括PC端、大屏幕端和手机端界面，用户在三个界面上均可进行展示数据查看与配置操作。
8.一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法，其特征在于，包括：
步骤S1、采集被监测建筑物的基本状态信息，并将检测到的数据发送至数据采集***；
步骤S2、数据采集***获取监测***检测的建筑物状况数据并进行存储，同时通过5G传输技术将获取的状态数据传输给大数据分析***；
步骤S3、大数据分析***对接收到的数据进行实时的多源数据融合分析；
步骤S4、将分析后的数据进行图形化展示，同时对各个***的功能进行定制化的管理设置，并将设置的控制信息发送给大数据分析***；
步骤S5、大数据分析***将控制信息通过5G传输技术传送至控制***，控制***接收并向相应的***发送控制信号。
9.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
步骤S2-1、数据采集***将获取的状态数据发送给5G传输***；
步骤S2-2、5G传输***将状态数据通过无线方式发送至5G基站；
步骤S2-3、5G基站将接收到的状态数据通过网络传输至大数据分析***。
10.根据权利要求1所述的一种基于多源数据的建筑物安全监测与预警方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
步骤S5-1、大数据分析***将接收的控制信息态发送给5G基站；
步骤S5-2、5G基站将控制信息通过无线方式发送至5G传输***；
步骤S5-3、5G传输***将接收到的控制信息传送至控制***；
步骤S5-4、控制***根据控制信息向告警***发送告警指令，向监测***中的各个传感器发送检测信号指令，向数据采集***发送实时或定时采集数据指令。
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