| 标题 | 基于物联网的建筑监测系统研究 |
| 范文 | 侯严严 邱秀荣 摘要：为减少因建筑坍塌而造成的损失，节约建筑维护成本，本文提出了一种新的解决方案，即把物联网技术融入建筑中，对建筑进行实时的安全检测。采用Midas Gen软件对建筑进行建模，并对建筑的检测内容和监测点进行设置，在监测点布置相应的传感器，并把这些传感器通过Zigbee进行组网，完成对建筑物的实时监控。结果表明通过本文提出的监测系统可以完成对建筑的实时监控，确保建筑的安全。 关键词：无线传感；Zigbee；实时监测 中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）04-0030-02 Abstract： In order to reduce the loss caused by building collapse and save the cost of building maintenance， this paper proposes a new solution， which integrates the Internet of Things technology into the building， and carries out real-time safety detection of the building. Midas Gen software is used to model the building， and the detection content and monitoring points of the building are set up. The corresponding sensors are arranged at the monitoring points. These sensors are networked through Zigbee to complete the real-time monitoring of the building. The results show that the monitoring system proposed in this paper can complete the real-time monitoring of the building and ensure the safety of the building. Key words： wireless sensor； zigbee； real-time monitoring 1 引言 随着物联网技术的兴起，人们对它的关注度愈来愈高，物联网的概念也没有完全统一。但是，必须包含以下几点特征：①全面感知，确保采集的数据尽量全面；②可靠传输，保证数据在传输过程中的安全性；③智能处理，采用合适的计算方法进行数据处理，获得有用的数据信息[1]。 智能建筑作为物联网的主要应用之一被广泛提出，它与以前的建筑相比，具有可远程监控、自动采集数据等优点。本文以河南中牟领头雁建筑为例，运用有限元法对建筑的梁单元进行数据分析，选择合适的节点安装传感器，最终实现对建筑的实时监测，提高建筑的安全性。 2 基本架构 根据物联网的分层结构，本文的监测系统也分成三个层次结构，即数据采集模块、数据传输模块和数据处理与监控模块[2]。 数据采集模块是利用多种传感器进行对外界压力、温度和内部结构损坏位移的数据采集；数据传输模块采用无线传输方式进行数据的传输；数据处理与监控模块则是通过相关的数据分析软件进行数据分析，得出有可能损坏的建筑位置，并及时发出通知。其系统基本架构如图1所示。 3 模型建立 Midas Gen[3]是一款可用于建筑领域的建模软件，可以对建筑结构的受力情况进行有限元分析。本系统就是使用此软件来确定合适的监测节点。河南·中牟“领头雁”工程如图2所示。 3.1 数据采集系统 本系统需要采集的数据包括建筑节点所受的压力和建筑监控节点损坏的位移程度。经过对传感器的综合性能分析，筛选出压阻式压力传感器[4]和光栅位移传感器[5]进行数据的采集。 在进行节点选择的时候，可以先对建筑的梁单元进行节点编号。因Zigbee[6]是一种短距离通信技术，所以在进行编号时，需要设置合适的间隔。本文中相邻节点间的距离设置为10m，假设共有41个节点，如图3所示。然后对每个节点沿X方向和Y方向的位移进行分析，结果如图4所示。 从图4（a）我们可以看出，节点在X方向上的位移随着节点编号的增大而增加。节点1到节点20的位移变化不大，节点21到节点41的位移增长较快。结合图3的节点编号，可以得出领头雁建筑“雁头”附近节点的位移较其他节点位移大。因此，“雁头”附近节点可放置光栅位移传感器； 从图4（b）我们可以看出，节点在Y方向上的位移随着节点编号的不同而一直在变化。节点1到节点25的位移变化较大，节点26到节点41的位移趋于稳定。结合图3的节点编号，可以得出领头雁建筑“雁身”附近节点的位移较其他节点位移大。因此，“雁身”附近节点可放置压阻式压力传感器； 从图4（c）我们可以看出，节点在Z方向上的位移随着节点编号的增大呈上升趋势。节点1到节点20的位移变化缓慢，节点21到节点41的位移直线增长。结合图3的节点编号，可以得出领头雁建筑“雁头”附近节点的位移较其他节点位移大。因此，“雁头”附近节点可放置光栅位移传感器； 从上述结果可选出相应的节点进行传感器的放置。节点1到节点20放置压阻式压力传感器，节点26到节点41放置光栅位移传感器，节点21到节点25放置压阻式压力传感器和光栅位移传感器。 3.2 数据传输系统 为保证数据的可靠传输，此系统采用Zigbee无线传输方式对传感器进行组网[7，8]，最终把数据传输给后台软件。 Zigbee技术是基于IEEE802.15.4的一种无线网络技术，相对于其他网络技术来说具有能量消耗较低、前期投入较小、节点间反应速度较快等优点。 在建筑中，采用Zigbee树型拓扑结构，自动将光栅位移传感器、压阻式压力传感器组织网络，并有固定的通道编号以及PANID。传感器作为终端节点将采集到的各种各样的环境数据信息在很短的时延内传输给路由节点，路由节点通过安全的路由算法最终将数据传输至协调器，再由协调器发送给数据显示系统。具体过程如图5所示。 4 结论 本文主要对建筑的监测系统进行了研究，通过有限元分析方法进行节点的选择，并加入了物联网的无线传感技术，实现了对建筑的实时监测。有效地提高了建筑的安全性，具有较强的实用性和研究价值。 参考文獻： [1] 韦乐平.物联网的特征、发展策略和挑战[J].现代电信科技，2011，27（4）：1-5. [2] 杜群.基于物联网的智能建筑安全系统的研究[J].自动化与仪器仪表，2014（6）：41-42. [3] 张煊铭，李新.物联网健康监测系统在钢结构工程中的应用与研究[J].工程勘察，2018，46（08）：45-50. [4] 张倩.压阻式压力传感器测量系统的研究[D].东华大学，2018. [5] 王红敏，崔晨晨，隋文涛.度盘式指示表自动检测仪控制系统设计[J].山东理工大学学报（自然科学版），2019（01）：65-68. [6] 秦颖.基于物联网的智能建筑信息集成关键技术研究与应用[D].吉林建筑大学，2016. [7] 康婷霞.基于zigbee的压力传感器数据采集系统设计[J].电子世界，2018（22）：116-117+120. [8] 鲁玉军，刘振.ZigBee技术在智能家居系统中的应用[J].物联网技术， 2017， 7（4）：40-43. [9] 刘晓雪.基于以太网的带式输送机监控系统的监控终端的研究[D].天津工业大学，2018. 【通联编辑：梁书】 |
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