TWM467684U - 結構安全監控與光雕照明裝置及系統 - Google Patents

Description

結構安全監控與光雕照明裝置及系統

本新型有關於一種結合結構安全監控功能與光雕照明裝置及系統。

橋樑跨越河谷或是作為高架橋，經常受到地基是否穩固影響，經長時間之飽受風吹、日曬、雨淋等天候變化，甚至地震、颱風、雷擊等惡劣氣候環境摧殘，再加上經常出現於其上行駛車輛的過載負荷及長時間振動的疲勞應力負載，即使不是年久失修自然老化狀況，也時有所聞發生突然之間傾斜、斷裂的意外事件。特別是經濟活動頻繁地區橋樑、建築等結構物都有受到長期監控的必要性。而偏遠地區道路、橋樑何時中斷、坍塌，更是難以用人力方式監控管理。因此，尋找一個經濟有效的方案，就成了必要的研究創作課題。

橋樑結構安全監控(Structural health monitoring,SHM)，習知的方法是利用水壓計、測傾儀與拉伸計開發出橋梁安全監控系統，利用光纖配線聯接各個感應器至資料伺服器進行判讀與透過電訊網路傳送至雲端。可以全自動監控橋墩掏空、傾斜與橋樑間隙狀況，確保橋梁安全。其主要 缺點是設置費用昂貴，各個感測節點之間的串聯需要光纖或電線，若是某一節點損壞，直接更替不易。另外，還需要市電或是大型電池供應電源。因此，由於設置不易，並無法對多點進行設置，監控網上多有盲點與疏漏之處。雖然在國外，也有使用無線感應器網路(wireless sensor network,WSN)特別是Zigbee，對橋樑進行監控，然則因為其功能僅限於各節點感應器的感測資料傳送，並未提供整體運作機制或提供附加功能。又，感測資料僅能透過WSN來傳送，如果有任一節點或該WSN主節點損壞，或造成機能不健全，或整體系統無法運作，在無自動修補或緊急替代機制狀況下，因而又另外衍生出人為維護、重新設定等困難的問題；再者該裝置系統也無法對通過的過載車輛進行即時監控警示。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控裝置及系統，其理論基礎於能量法(卡氏定理：Energy method-The theorem of Castiano)，當結構體承受各種負載(車輛、行人、機具、本身重量、強風、豪雨、河水水流衝擊、地形潛變，或瞬間之地震等)力量，但仍在安全彈性範圍內，即結構材料承受之應力並未超過其降服點(Yield-point)，整體之位移量為整體之荷重的線性函數，且可適用重疊原則。故，不論以單一裝置測試點或複數個裝置分別量測不同位置，且不論是否是最大振幅位置或諧振節點，均可以利用上述理論基礎，視當下數據為安全之振幅、振動頻率等數據。當結構上有任何一點受損情況發生，特別是橋樑之橋墩基石沖刷裸露長度變更，水流孔蝕，結構體內部局部斷裂等，其均分別有不同程度的應力承受點之斷面積、彈性係數、剪彈性係數、軸慣性距、極慣性 距、容積彈性係數、甚至長度等的影響，相對會改變結構體之振幅、振動頻率，或即時呈現高頻之振動、突波等。在長期追蹤記錄下，即可得到不同結構體、不同量測點的安全峰值數據，並據以訂定監測安全的時間一尺度臨界值及瞬間強度臨界值。當超過臨界值時，裝置或系統發出警示後，可禁止使用防止事故；可以實施補強，延長結構體使用壽命；也可以局部補強，降低結構體之維護成本。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控裝置，其每一監控裝置點裝設三軸加速度感應器，不但可監控其安裝處基礎的傾斜度是否有長時間變動，同時也可做暫態監控，定時進行讀取三軸加速度感應器的感測值，並且進行判斷。判斷的方式乃依據內建的公式，以及歷史資料，比較有無異常現象，該內建的公式或查詢表格(look-up table)內容，可藉由整座橋進行模擬，評估受到風力或地震或大型車輛等影響時，每個節點應有的安全數據範圍。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控裝置，其每一監控裝置點以太陽能電池為電源，以接續式無線通訊機制傳遞監控訊息，以利長時間安裝於戶外使用。因不用配電、配線，搭配裝置中數據判斷能力，儘管天然災害重創之下，即使斷電、斷訊，仍能發揮即時、持續的安全監控機制。也因不需要更換電池，自然也減少了維護成本及相關費用。因為不需要配線、配電，當監測點座落位置不妥，可以容易變更位置，進行改善，只要拆裝機械固定部份，更換完畢後，重新設定即可繼續運行，同理，故障更新換裝也一樣容易。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控裝 置，其其每一監控裝置點包含一LED照明機制，並兼具光雕藝術裝飾效果。可由裝置本身光照強度、充電電能自行判斷、設定點亮LED燈粒之控制指令；或由無線電通訊模組的連線，可取得外來LED燈粒之控制指令，再依此控制指令展現不同頻率、色彩及明亮的光雕藝術。在整體系統的編碼運作下，更可展現隨時間變化之複雜光雕圖案，巨型數量之組合更可當廣告看板。使除了增加附加價值之外，在當其發生損壞情形下，因附加價值跟隨消失，而被迫的使維修維護機制必須迅速完成，進而也彌補、輔助了安全監控機能的健全。而不會令其自然荒廢。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控裝置及系統，其每一監控裝置點均具備有無線通訊功能，裝置可以自行切換主從身份，以接續方式傳遞超越單一無線電能傳送、接收範圍，也可以在無線電通訊中繼站(Gateway/Router)受損狀況下，改與行動通訊裝置(手機或是平板電腦等)直接聯結溝通，由周遭任一可供利用之行動通訊裝置連線當中繼站，透過自動修補功能，達到仍能傳遞資料經網際網路而連接到主控中心。當斷訊時，也有自行處理偵測感應器數據的能力。因此，儘管不論是否網路斷線，又無可供利用的臨時中繼站，監控裝置點之間也可以互相溝通聯結，當有任何單一監控裝置點發生安全異常狀況，均可現場發出警示訊息；或通知左右鄰近監控裝置點，共同發出警示訊息，發揮最大警示效果；或能轉傳通知主控中心，降低結構體安全意外狀況發生；或單一裝置自行發出警示訊息，達到最基本的警示訊息能力。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控 裝置及系統，其每一監控裝置點均具備安全監控感應器並有無線通訊功能，裝置可以自行切換主從身份，以接續方式傳遞超越單一無線電能傳送、接收範圍，每一監控裝置點透過定期校正其計時器，使監控裝置點達到同步，之後每一監控裝置點都於固定取樣時間連續紀錄其安全監控感應器的感測值，並於之後批次將感測資料傳送至主控中心進行長期紀錄，或研判。研判的方法是根據受監控結構體的動態行為利用電腦模擬的正常值，來比對各個監控裝置點的量測值是否有異常。

本創作實施例提供一種橋樑、建築物或結構體之安全監控現場即時警示裝置及系統，當通過之車輛有超載的現象，例如砂石車、重型機具等，藉由每個位置之監測，因為載具通過時所產生超過安全臨界值之強烈的振動，沿路逐一由每一個監控裝置，透過裝置中內置之LED燈顯示超載訊息，而可以進行即時攔阻，防止破壞持續擴大，或達到嚇阻效果。暴風雨中，也可以隨著當時風雨、暴漲水流等情形，即時反應是否進入危險狀況，而當場反應在裝置中之LED燈號訊息上。

綜上所述，本創作提出一多功能的無線橋樑或建物的安全監控基本機能裝置及系統，外加具有照明、光雕、顯示、警示功能，以改善習知監控系統的缺點，建立一套全球皆適用的橋樑、建物或結構安全監控的機制，不但具有簡單安裝，設定容易，且能即時監控、警示功能特性，儘管天然災害發生當下，通訊、電力中斷仍能安全運作之系統。並且利用基礎元件，發揮創意，提升附加效能，使安全監控變得更有價值，而不是僅僅在意外發生後，才檢討出舊有技術所建立之監控裝置早已因損壞失效，又因維護不易，或周邊斷電、斷訊，而喪失即時或提前發出警訊 之機能。

為使能更進一步瞭解本創作之特徵及技術內容，請參閱以下有關本創作之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本創作，而非對本創作的權利範圍作任何的限制。

10、20、30‧‧‧基板

11、21‧‧‧控制單元

11’‧‧‧無線通訊模組

22‧‧‧藍牙無線通訊模組

23‧‧‧Wi-fi無線通訊模組

14、34‧‧‧LED燈粒

15‧‧‧驅動電路

16‧‧‧可充電池

17‧‧‧充放電電路

18、38‧‧‧太陽能電池

19‧‧‧感應器

31、31’‧‧‧機械固定孔

32‧‧‧透明外殼部件

33‧‧‧外殼機構部件

A01~A09、B01~B09、C01~C09、D0~D6、E0~E6、F0~F6、G0~G6、H0~H6、J0~J6、K0~K6、L0~L6‧‧‧太陽能LED燈無線感應器

A20~A23、B20~B23、C20~C23‧‧‧橋梁及橋柱

A11、A12、B21、C11、D7、E7、F7、G7、H7、J7、K7、L7‧‧‧無線電通訊中繼站

B24、B25‧‧‧橋梁內部及表面之斷裂、破損

圖1、2是太陽能LED燈無線感應器裝置電路結構圖。

圖3是太陽能LED燈無線感應器裝置外型圖。

圖4是結構體監控及光雕照明系統通訊續接示意圖。

圖5~圖9分別是太陽能LED燈無線感應器裝置及系統不同運作模式之狀態關係圖。

圖10是結構體監控及光雕照明系統通訊續接示意圖之另一實施例。

本創作「結構安全監控及光雕照明裝置及系統」，硬體構件包含「太陽能LED燈無線感應器裝置」、內建路由器之「太陽能LED燈無線感應器裝置及路由器」，或可搭配一般市售路由器，使能連線網際網路及控制中心之伺服主機，所形成之完整監控及照明運作系統。

〔太陽能LED燈無線感應器裝置基本結構〕

太陽能LED燈無線感應器裝置基本結構請參照圖1、2與圖3。圖1與圖2是太陽能LED燈無線感應器裝置電路結構圖；圖3是其外型圖。

請參閱圖1。圖1之實施例提供了本創作裝置最基本電路結構，其組成主要是在電路基板10中，除了設置LED燈粒14及其驅動電路15外；其上並搭配至少一種安全監控機制之感應器19；也配置有無線通訊模組11’，進行對外傳遞訊息、交換運作指令；整體運作電能，由太陽能電池18電連於該基板上，經充放電電路17電性連接可充電池16。當裝置受到光線照射時，由太陽能電池18產生電能，提供裝置運作能量，並對該可充電池16進行充電；當光線不足時，則由可充電池16放電供應系統運作。整體運作控管，由控制單元11，與上述LED燈粒14、驅動電路15、感應器19、無線通訊模組11’，及可充電池16電性相連，以進行整體裝置運作機制控管。無線通訊模組11’可以是藍牙4.0版本(Bluetooth Low Energy)規範之標準，且控制單元11及無線通訊模組11’可以整合、合併於單一運作元件中，形成最簡單之基本裝置型式。

請參閱圖2之電路結構。當「結構安全監控之光雕照明裝置及系統」為節省其他網路元件的配置或採用，以減少裝置現場之配電、配線的不便時，採用。如圖2所示之電路結構，其改採可直接遠端連線網際網路機制之Wi-fi無線通訊模組23及藍牙無線通訊模組22，來替代圖1之無線通訊模組11’。中央控制單元21，可以與藍牙無線通訊模組22或Wi-fi無線通訊模組23分別合併於單一元件中，或分開設置，僅由控制電路電訊相連。整體電路包含其他之LED燈粒14、驅動電路15、感應器19、太陽能電池18、充放電電路17，及可充電池16電性相連設置於電路基板20上。

請參閱圖1、圖2當中之安全感應器19為多軸運動感應器可選自三軸之加速度感應器、陀螺儀、電子羅盤等及高度計，其較佳實施例 是僅選用三軸之加速度感應器，將感測裝置隨整體之振動而感測出不同軸向之加速度變化值。當感應器之配置是裝置內，於對角位置上，配置兩個三軸之加速度感應器或直接配置六軸向之加速度感應器時，感應器可直接量測各軸向之振動移位加速度及各軸向之旋轉角加速度等之變化量及變化週期。

採用三軸向之目的，是因為不論裝置之角度如何變換，均可同時量測到例如橋樑受水平流動之水流衝擊橋柱力量影響及承載車輛行駛變化所產生之上下、前後振動及諧振影響數值。也因此三軸向之配置，可使不受使用場景，安裝方位、角度情形影響，而不會造成安裝應用之不變；當安全感應器19為三軸之加速度感應器，並包含溫度感應器時，除量測各軸向加速度數據外，更可以同時量測日夜溫差、四季寒暑溫差等對結構體之振動影響；當安全感應器19為三軸之加速度感應器，並包含外露之濕度感應器時，除量測各軸向加速度數據外，更可以量測結構體各個不同部位濕度或受雨淋之分布情形，進而對結構材料定義不同之時間一尺度臨界值，或局部維護年限限制之監測管制值；當安全感應器19為三軸之加速度感應器，並包含外露之風速感應器時，除量測各軸向加速度數據外，更可以量測結構體受狂風吹襲下及響應振動之關係；當安全感應器19為三軸之加速度感應器，並包含外露之液面高度超音波感應器時，除量測各軸向加速度數據外，更可以直接反應如橋樑下之水流高度是否超過安全警戒； 當安全感應器19為三軸之加速度感應器，並包含傾斜度感應器時，除量測各軸向加速度數據外，更特別可以應用在山野間之鐵道、電塔等之監測，防制地基、軌道下陷、傾斜、滑動等。

請參閱圖3。圖3是將整體電路容置於一防水機械結構之外殼機構部件33內，並於相對區域，設置防水之透明外殼部件32，使光線能照射到裝置於基板30上之太陽能電池38，也令LED燈粒34之光亮能照射出來。外殼機構部件33與結構體之結合則以一般機械固定方式進行，如圖中之機械固定孔31、31’，可以直接用螺絲固定裝置於結構體上。

〔組成裝置通訊關連之實施例〕

請參照圖4(A)、(B)與(C)，是本創作之「結構安全監控及光雕照明裝置及系統」之通訊續接運作示意圖。以橋樑之應用為說明範例，其他結構體之應用時，無線電之續接亦為相雷同之方式。

如圖4(A)所示，橋樑A20及橋柱A21、A22、A23上裝置了複數個太陽能LED燈無線感應器裝置A01~A09。橋樑A20的兩端設置了無線通訊中繼站A11、A12，中繼站可以是市售之Bluetooth Access Point，或Bluetooth Access Point搭配Wi-Fi之Gateway；也可以是太陽能LED燈無線感應器裝置內含路由器之型式裝置。在中繼站A11、A12可以經連接網際網路而連接遠端之控制中心伺服器情形下，連成一個運作系統。當太陽能LED燈無線感應器裝置A01~A09逐一被安裝於結構體上，開始運作後，首先由中繼站A11、A12擔任主節點，在中繼站A11、A12之無線電可以直接通訊範圍之太陽能LED燈無線感應器裝置A01、A02、A08、A06，及A07首先被發現，並被設定為從節點，也被傳遞寫入伺服器認 證碼，完成確認主控中心伺服主機的認證程序。各裝置紀錄著僅要一次(h1)無線電跨躍距離即能與中繼站連線。此程序也可以手機或平板電腦以直接寫入方式完成。接著由僅要一次(h1)無線電跨躍距離即能與中繼站連線之太陽能LED燈無線感應器裝置A01、A02、A08、A06，及A07擔任主節點，扮演找尋其他未完成架設程序之太陽能LED燈無線感應器裝置。因此，太陽能LED燈無線感應器裝置A03、A04及A05被發現，也被完成安裝設置過程之架設模式應有之動作。但差別在第二次被發現之裝置被紀錄著要兩次(h2)無線電跨躍距離即能與中繼站連線。循環上述程序，當有新裝置被安裝時，只要有未完成架設程序之太陽能LED燈無線感應器裝置，均被發現，並完成該有的設定、連線程序。當有任一太陽能LED燈無線感應器裝置要與控制中心之伺服器傳遞訊息時，即由周邊較少跨躍距離之裝置，代轉傳遞資料。即(h3)可經由任一(h2)代轉傳遞資料；(h2)可經由任一(h1)代轉傳遞資料。回報傳遞結果及其他指令依反向路徑傳遞。

如圖4(B)所示，橋樑B20及橋柱B21、B22、B23上裝置了複數個太陽能LED燈無線感應器裝置B01~B09。橋樑B20的右端設置了無線通訊中繼站B11。當橋樑發生內部損傷B25或外表破損B24，致使振動頻率、振幅顯著變更時，或太陽能LED燈無線感應器裝置B01、B02及B08需要傳遞訊息給控制中心之伺服器時，相較於圖4(A)，若太陽能LED燈無線感應器裝置B01、B02及B08原先設定為僅要一次(h1)無線電跨躍距離即能與中繼站連線，但因現況不論是左端之中繼站損壞或移除，發生無法連線情形。各無法傳遞訊息之裝置將開始將逐次增加無線電跨躍距 離的次數編碼搜尋其他可連線裝置，即由其他(h1)開始嘗試連線，不通時，在降至(h2)、(h3)、…，自動尋找其他可以連上中繼站的節點。因此，太陽能LED燈無線感應器裝置B01、B02及B08重新被設定為需要三次(h3)無線電跨躍距離才能與中繼站連線的裝置。也因此，回復系統可以連線正常運作情形，並完成安全監控機制通報。

如圖4(C)所示，橋樑C20及橋柱C21、C22、C23上裝置了複數個太陽能LED燈無線感應器裝置C01~C09。橋樑C20的兩端所設置的無線通訊中繼站又因損壞，而無法進行遠端連線。此時周遭具有連線國際無線網路裝置之行動裝置如手機或平板電腦C11，則可以替代中繼站之工作，以其內執行路由器之功能應用程式，緊急替代原有中繼站之功能。使，通訊連線可以接續，監控功能得以確保完整。

〔結構安全監控及光雕照明系統運作狀態實施例〕

請參照圖5，是本創作之太陽能LED燈無線感應器裝置架設模式之運作狀態圖。首先，於狀態S01安裝設置過程，可以視當時情況，選擇由狀態S02執行或替代方案狀態S06執行。如由狀態S02進行者，當太陽能LED燈無線感應器裝置內之無線通訊介面為Bluetooth時，其可與近端之Bluetooth Access Point(AP)相連接上網際網路；當太陽能LED燈無線感應器裝置內之無線通訊介面為Wi-Fi時，其可與近端之Gateway相連接上網際網路。如狀態S03，此時若無法經由網路連線元件，進行下載控制中心之認證編碼，則重複狀態S02；直至如狀態04，當太陽能LED燈無線感應器裝置取得由控管中心之認證編碼，完成確認對應遠方雲端上之控管中心伺服器，再進入如狀態S05所示，完成安裝設置程序。當 狀態S01改由狀態S06進行，將以裝置周遭行動裝置中之Bluetooth無線介面連線，直接傳遞認證編碼給裝置；如狀態S07，以行動裝置，替代主機執行確認動作，直接完成確認程序。再進入如狀態S05所示，完成安裝設置程序。

請參照圖6，是本創作之太陽能LED燈無線感應器裝置測試模式之運作狀態圖。參閱狀態S11所示，太陽能LED燈無線感應器裝置持續進行偵測活動，並紀錄感應器之感測數據。如狀態S12所示，太陽能LED燈無線感應器裝置藉由無線網路連線定時將紀錄上傳主控中心。持續進行，直到收到由主控中心回傳之臨界值資訊。如狀態S13所示，代表完成測試模式階段活動。

請參照圖7，是本創作之太陽能LED燈無線感應器裝置警戒模式及警報模式之運作狀態圖。當太陽能LED燈無線感應器裝置收到由主控中心下傳之臨界值資訊後，開始進入警戒模式之運作階段。如狀態S21所示，此時之太陽能LED燈無線感應器裝置持續進行偵測活動，並記錄感應器之感測數據。如狀態S22所示，並依據臨界值與感測數據進行比對；當感測數據超過臨界值時，則進入狀態S23，進入警報模式活動，啟動LED警示訊息，上傳主控中心警示訊息通知；當感測數據未超過臨界值時，則進入狀態S24，僅定時傳遞記錄資料，並通報裝置平安訊息。如狀態S25所示，當控制中心有新的臨界資訊時或控制指令時，將隨時傳到裝置端。如狀態S26所示，太陽能LED燈無線感應器裝置將隨時偵測是否有新的控制指令。如狀態S27所示，當無新的控制指令時，太陽能LED燈無線感應器裝置將依太陽能電池運作情形，得知環境光亮度，依蓄電池儲蓄之電量多寡及黑夜時間長短，設定LED控制指令。最 後，如狀態S28所示，執行LED控制指令。此控制指令可以是控制中心所下達之控制指令，或是裝置自行定義之控制指令。LED控制指令可以是不同的亮度、不同的色彩、不同的閃爍週期、不同佔空比的暗亮切換。當一複數個太陽能LED燈無線感應器裝置組成一個系統時，也可由不同的LED控制指令，點繪出複雜的圖案、影像。

請參照圖8，是本創作之結構安全監控及光雕照明系統之控制中心警戒模式及警報模式之運作狀態圖。當控制中心之伺服主機依據遠端各個不同之太陽能LED燈無線感應器裝置所傳遞之感測數據，分別完成定義、傳遞各個不同之臨界值給對應之太陽能LED燈無線感應器裝置後，則與對應之太陽能LED燈無線感應器裝置分別同時進入警戒模式。於控制中心之伺服器運行於警戒模式時，如狀態S31所示，將持續監控是否定時收到平安訊息及感測數據，當未收到時，則進入警報模式，執行S35狀態。否則，如狀態32，依收到之感測數據，紀錄、分析數據之上/下限，潛變情形，是否有突變或峰值。如狀態S33所示，當有需要時，修正下傳臨界值及控制指令給各個不同之太陽能LED燈無線感應器裝置。如狀態S34所示，當感應器數據超過臨界值時，則進入警報模式，執行S35狀態。反之，則持續循環執行警戒模式之監控工作。如狀態35，當發生安全異常狀況，進入警報模式時，管制中心之伺服器將通知該對應之太陽能LED燈無線感應器裝置，或其周邊之太陽能LED燈無線感應器裝置，一起分別執行不同程度的警示訊息。

請參照圖9，是本創作之太陽能LED燈無線感應器裝置之重設模式之運作狀態圖。當某一個太陽能LED燈無線感應器有安裝異動 情況，如狀態S41，可直接由裝置啟動硬體重置。如狀態S42，裝置將清除記憶體內部之認證編碼，清除該架設模式所設定之完成確認程序及資訊。如狀態43，裝置將返回到未完成初次安裝之模式，如同剛出廠之新品一般。重設模式之程序也可由控制中心下指令完成，如狀態S45所示。如狀態S46，由控制中心下傳伺服器認證編碼及清除指令。裝置依指令清除內部記憶體資料，如狀態S47。最後，如狀態S48，裝置將返回到未完成初次安裝之模式，亦如同剛出廠之新品一般。

〔另一橋梁結構體監控實施例〕

請參閱圖10(D)~(L)所示之8個狀態說明，圖式為橋梁的右半邊部分，利用切換主從模式傳遞資料之狀態示意。其中，圖10之D0~D6、E0~E6、F0~F6、G0~G6、H0~H6、J0~J6、K0~K6、L0~L6是太陽能LED燈無線感應器裝置於橋樑上之配置示意圖，其位置可視需要任意配置，不一定是直線排列。此圖式，僅為能清楚揭露狀態說明，而以直線方式繪製。其中，D7、E7、F7、G7、H7、J7、K7、L7為可與網際網路連線之無線電通訊中繼站，可配置於橋的兩端。先請參閱圖10(D)及圖1所示，圖1之控制單元11內存該太陽能LED燈無線感應器裝置於橋梁安裝處的經緯度與高度座標資料；無線通訊模組11’作為從節點時，其廣播的資料，包括本身監控裝置點之編號(ID)、本身監控裝置點所在處之經緯度與高度座標；在架設完成時，每一裝置也同時儲存設置於橋梁兩端或能達到傳遞通訊目的之多處中繼站的座標，如圖中10(D)中之D7則為其中之一的右端中繼站；其中監控裝置點之編號(ID)可以是一般命名、MAC地址或IP地址。就橋梁監控而言，太陽能LED燈無線感應器裝置及系統監控橋梁機能的相關裝置組成元件 之運作機制如下：太陽能LED燈無線感應器從節點：如圖10(D)中所示。每一個太陽能LED燈無線感應器裝置D0至D6平常都是藍牙從節點，定時進行讀取其感應器之三軸加速度感應器的感測值，並且進行判斷。判斷的方式乃依據內建的公式，及歷史資料，比較有無異常現象，該內建的公式或查詢表格(look-up table)內容，可藉由整座橋樑之設計值或進行模擬，評估受到風力或地震或大型車輛等影響時，每個節點應有的安全數據範圍。如果有某一LED燈無線感應器裝置所讀取的三軸加速度計感測值超過安全警戒範圍臨界值，例如圖10(D)中的S1太陽能LED燈無線感應器裝置D1。

太陽能LED燈無線感應器主節點：如圖10(E)中所示。該M1太陽能LED燈無線感應器裝置E1立刻由從節點S1轉換成藍牙主節點M1，並對四週進行掃描判讀附近其他的S0~S7從節點E0~E6。

如圖10(F)，因無線電通訊距離、干擾等因素，當M1藍牙主節點F1從掃描中取得多個附近的S0從節點F0、S2從節點F2、S3從節點F3及S4從節點F4之編號(ID)、經緯度與高度座標，就可以計算該幾個從節點與記錄中之中繼站的距離，其中包括S/WiFi中繼站F7，如圖10(G)中所示，並得出與S/WiFi中繼站G7的距離以S4從節點G4為最近。

如圖10(G)中所示，在M1藍牙主節點G1，得知對S/WiFi中繼站G7以S4從節點G4距離最近後，開始進行對S4從節點G4的聯結，並對其寫入通報異常的感測資料。

如圖10(H)中所示，被M1藍牙主節點G1寫入的S4從節點G4立刻轉換為M4藍牙主節點H4。

如圖10(J)中所示，M4藍牙主節點J4重複主節點運作機制，當發現可直接連結到S/WiFi中繼站J7，並直到將異常資料傳送到S/WiFi中繼站J7，如圖10(K)所示。

如圖10(L)中所示，收到異常資料之S/WiFi中繼站L7，將負責傳送資料到主控中心，完成各太陽能LED燈無線感應器裝置主從切換，傳送資料目的；若S/WiFi中繼站L7損壞，當無法完成任務時，傳送資料將增加包含損壞中繼站的訊息。當每個太陽能LED燈無線感應器裝置在主從切換過程中，發現有損壞中繼站的訊息，將修正中繼站的資訊，找尋其他最近傳遞路徑，繼續完成資料傳遞工作。當每個太陽能LED燈無線感應器裝置在主從切換過程中，發現有新加入中繼站的訊息，將修正中繼站的資訊，並於再次的主從切換活動中，一併傳遞含有新的中繼站資訊的訊息。

如果有多於一個太陽能LED燈無線感應器裝置接續發現異常狀況，該些安全監測從節點仍然可以接續直接轉換成主節點，並且對附近的其他節點進行掃描，並且接續的由接受寫入從節點加上本身異訊息及常感測值，接續傳送訊息出去。主節點一旦將資料寫入選定的從節點，其本身立刻變成從節點，並且停留一段時間例如60秒都持續扮演從節點，以獲得較大的接續傳遞量，也不佔用較多的主節點權限。如此一來，最壞的情況是：如果橋梁上的每個節點都有資料要傳送，並且假設每個節點傳送的距離為50公尺，而每個節點之相鄰距離為1公尺，因此第一個到第50個最靠近中繼站的從節點，均可以順利成功傳送到中繼站。很明顯的，每個節點能傳送的距離越遠，異常資料被傳送到中繼站所需時間越短。節點越密集，偵測到局部的損壞的情形就越有可能。在此每公尺有一個安全監測裝 置，當發生異常狀況時，已經可以由管制人員，輕易聚焦，並以最迅速的方式，進行補救，達成避免安全問題發生。

〔安全監控系統自動修補實施例〕

若是其中有中繼站損壞，還是可以將資料傳向未損壞的中繼站，自動修補通訊系統，大幅增加系統的可靠度。

判斷中繼站損壞與否，為當最後送出給中繼站的節點無法完成對中繼站的資料傳輸，經三次持續嘗試仍無法完成，則可判斷中繼站發生故障。在最後，經傳送至另一個沒有故障的中繼站時，訊息可以傳遞至控管中心，進而進行維修維護。

本創作的傳送方法，顯然對於部分損壞的從節點，也不會造成有異常的節點無法成功傳送至中繼站，因為有異常的節點對外掃描有效的從節點時，以前一實施例可知，其實就可能有50個從節點可選擇，所以確實可以有效將資料傳送到中繼站，另外控制中心由分析資訊，若某從節點有異常，其附近的節點應該要有不同程度的異常訊息，如果沒有通報活動，也可能有問題。

在無任何異常狀況下，每一個太陽能LED燈無線感應器裝置將定時進行自我測試的運作，如下：定時運作：平常定時，例如每隔24小時一次，每一節點都要傳送平安的信息給中繼站，如果有節點故障，則中繼站的上傳資料將會有相關訊息。因此可以進行維護、修補。對於損壞了的節點，其更換僅機械拆裝，重新設定也僅只提供中繼站的經緯度與高度座標資料、其本身的經緯度與高度座標資料及相關運算程式即可。

校對運作：平常，每一節點的計時器，都需要校正，對於橋梁監測而言，每一節點的計時器需要同步化的要求更為準確，方法是每隔一固定時間由中繼站經由雲端取得標準時間後，對其鄰近的從節點進行目前的標準時間的寫入，之後被寫入標準時間的從節點轉成主節點又對其附近的從節點寫入目前的標準時間，直到所有節點的計時器都被更新成目前的標準時間，達到同步化活動。

〔實施例的可能功效〕

實施例一：單塔斜張橋

一單塔斜張橋，是以流線之彎曲造型與帆船之風帆意象相呼應，橋跨距約164米、橋面平均寬5米、橋塔高49米，港內常時水位水面距橋底高約12米。

利用內含三軸加速感應器及並包含外露之液面高度超音波感應器之太陽能LED燈無線感應器裝置，於兩側及橋塔，每隔一公尺裝設一盞，共426盞，該燈具RGBW四色可以有多色調光功能。不但可作為採光照明、光雕照明；更可以監控河流水位變化，橋塔振動及橋面振動。長時間記錄，過往振動之尖峰、離峰情形。並也成為安全監控的主要防制機能。

實施例二：火車橋梁的監控

對於火車橋梁的監控，安裝多個內含三軸加速感應器之太陽能LED燈無線感應器裝置於橋梁上，當火車經過時與之後，對其紀錄40秒的震動，加速度計紀錄的頻譜在0.25-20 Hz特別分析，各個感應器之間紀錄的時間也要同步。

鐵道安全監控為本創作的另一種應用，由於軌道車體高速運 轉時，鐵道變形容易發生危險，因此透過在軌道上安裝偏斜儀與溫度計，可以偵測鐵道是否因為外力發生位移或下陷，或是因為溫差變化發生鐵道變形的狀況。另外更可在鐵道路基上安裝偏斜儀與水壓計，偵測鐵道路基是否發生位移或下沉的風險。

實施例三 電塔傾斜監控 電塔滑坡監控

電塔大量分布於野外偏遠山區，長期面對強風吹襲，電塔所在山區也會有地層或滑坡的風險，所以電塔安全監控系統是必需的。本創作利用隨插即用的無線通訊網路，透過在電塔上下層8個位置安裝內含測傾儀感應器之太陽能LED燈無線感應器裝置共計16個感測點，可以24小時即時監測電塔3維方向傾斜狀況，並透過無線通訊網路續接將數據即時傳輸至主控中心，管理人員可以不用出門檢查電塔就知道電塔傾斜的狀況。

綜上所述，本創作實施例提供了一種用於橋樑、建築物或結構體之安全監控裝置及系統，其具有簡易安裝設定特色，可長時間使用，且無直接控管人力需求，亦無市電電力供應需求。不論山野、偏遠地區或長距離之橋樑、高架橋、市區捷運軌道、鄉鎮聯繫之鐵路軌道，甚至電塔、山坡、河海之提防等，均可以利用本創作裝置及系統，進行安全監控。

以上所述僅為本創作之實施例，其並非用以侷限本創作之專利範圍。

30‧‧‧基板

31、31’‧‧‧機械固定孔

32‧‧‧透明外殼部件

33‧‧‧外殼機構部件

34‧‧‧LED燈粒

38‧‧‧太陽能電池

Claims (8)

1. 一種結構安全監控及光雕照明裝置及系統，由具有即時監控結構體安全的太陽能LED燈無線感應器之硬體構件組成，具有簡易安裝設定特色，可長時間使用，無直接控管人力需求，且無市電電力供應需求，包括：一基板；至少一LED燈粒及其驅動電路，設置於該基板上；至少一種監控感應器，設置於該基板上；一無線通訊模組，設置於該基板上，進行對外傳遞訊息、交換運作指令；一太陽能電池電連於該基板上，經充放電電路電性相連一可充電池，並對該可充電池進行充電及供應裝置運作電力；一控制單元，與該LED燈粒、該驅動電路、該感應器、該無線通訊模組、及該可充電池電性相連，進行整體裝置運作控管；該控制單元於出廠模式下，可由其他無線裝置，經無線電連線寫入認證碼；有相同認證碼裝置者，可被對方寫入增加一碼之連線網際網路無線連網跳躍數，建立以無線通訊續接運作方式連接網際網路；斷網時，可自動找尋周邊有相同認證碼者，又擁有較小無線連網跳躍數之其他裝置連接網際網路，及逐步增加找尋較大之無線連網跳躍數之其他裝置，達到斷網自動恢復連網機制；該控制單元於異常狀況，可自行運作控管發出警示訊號，並通知鄰近之相近無線連網跳躍數之近距離裝置，同時啟動警示機制；一外殼，容置該基板、該基板上之其他元件及電性連接之該可充電池，形成一防水的密閉容器；該外殼可直接以機械固定件固定於受監控的結構體上；且該外殼至少一部分透明，容許光線穿透。
2. 如申請專利範圍第1項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系統，於安裝運作時，藉由該太陽能電池於光照環境下，產生運作電力，並儲存多餘電能，備於無光照狀況下使用；進一步於該系統增添至少一該結構安全監控及光雕照明裝置外的主控中心，由該控制單元對該感應器輸出之感測數據進行讀取，並與紀錄資訊比對，判斷是否超過臨界值，發生安全異常狀況；並經由該無線通訊模組經網際網路對該主控中心交換感測數據及臨界值等資訊，並即時接收來自該主控中心之控制指令；當該安全異常狀況發生或依該主控中心之控制指令，可進行資訊更新，並即時驅動該LED燈粒反應；當無任何異常狀況，環境光亮度有照明需要，且可充電池蓄電容量足夠時，由該可充電池除供電給系統運作外，也供應該LED燈粒，作為照明之用或是該結構體光雕裝飾之用；該無線通訊模組，也作為該LED燈粒之間閃爍步調、亮度調光或調色的控制訊息傳遞之用。
3. 如申請專利範圍第2項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系統，當系統由複數個該太陽能LED燈無線感應器組成之安全監控網，其每該單一個太陽能LED燈無線感應器可以由主從架構之身份切換，在交替變換身份狀況下，續接傳遞資料，達到資料傳遞超越單一該無線通訊模組能傳送接收的範圍。
4. 如申請專利範圍第2項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系統，當搭配不同性質、數量的感應器時，該感應器之感測數據可以是溫度、濕度、風速、水面高度、傾斜度、振動週期或振動振福等之任何之一或組合。
5. 如申請專利範圍第2項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系 統，其中該LED燈粒，可以是不同顏色之LED燈粒之組合；當感測數據落於安全範圍內，可點亮該LED燈粒中代表無異樣狀況的顏色，例如綠色的燈粒，或以不同週期、頻率之閃爍明暗訊號代表無異樣狀況；反之，當有任何感測數據超過臨界值，於觸發異常反應狀況下，點亮特定不同顏色之LED燈粒，例如紅色LED，使由直觀方式，即可知道結構體之相對位置，有特定不同之安全顧慮；或以不同週期、頻率之閃爍明暗訊號代表不同之危險狀況或等級。
6. 如申請專利範圍第1項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系統，其中之無線通訊模組，可以是Bluetooth BLE或Bluetooth BLE搭配Wi-Fi之組合。
7. 一種「結構安全監控及光雕照明裝置及系統」，由具有即時監控結構體安全的太陽能LED燈無線感應器之硬體構件組成，包括：一基板；至少一LED燈粒及其驅動電路，設置於該基板上；至少一種監控感應器，設置於該基板上；一無線通訊模組，設置於該基板上，進行對外傳遞訊息、交換運作指令；一太陽能電池電連於該基板上，經充放電電路電性相連一可充電池，並對該可充電池進行充電及供應裝置運作電力；一控制單元，與該LED燈粒、該驅動電路、該感應器、該無線通訊模組、及該可充電池電性相連，進行整體裝置運作控管；該控制單元內存該太陽能LED燈安裝處的經緯度與高度座標資料；一外殼，容置該基板、該基板上之其他元件及電性連接之該可充電池，形成一防水的密閉容器；該外殼可直接以機械固定件固定於受監控的結構體上；且該外殼至少一部分透明，容許光線穿透。
8. 如申請專利範圍第7項所述的結構安全監控及光雕照明裝置及系統，其中該感應器選自加速度感應器、溫度感應器、風速感應器、濕度感應器、照度感應器、陀螺儀、高度計。