一種大型古建筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于大型古建筑（如故宮、長(zhǎng)城）的安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉及一種大型古建 筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)古建筑中的沉降、裂縫與傾斜應(yīng)定期監(jiān)測(cè)其現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以便分析其變化 的產(chǎn)生原因及其對(duì)古建筑安全的影響，并及時(shí)進(jìn)行有效的治理，做到早預(yù)防、早發(fā)現(xiàn)、早消 除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)，并輔以一定的預(yù) 測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)大型古建筑的裂縫與傾斜變化進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)及其趨勢(shì)預(yù)測(cè)。具體技術(shù)方案如 下：
[0004] 一種大型古建筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)中心 電子計(jì)算機(jī)組成，其特征在于，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)分布設(shè)置在古建筑上或需要監(jiān)測(cè)處的附件物體上， 特別是古建筑的裂縫或/和傾斜處，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括帶有攝像傳感器的ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)，將古 建筑裂縫與傾斜的圖像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)屏幕上自動(dòng)顯示 所監(jiān)測(cè)的各具體確實(shí)位置的古建筑裂縫與傾斜的變化值，變化值超出規(guī)定閾值，計(jì)算機(jī)自 動(dòng)預(yù)警，同時(shí)將預(yù)警發(fā)送至操作人員手機(jī)上，利用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)古建筑裂縫與傾斜的發(fā)展趨 勢(shì)。
[0005] 進(jìn)一步的，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由以下部件組成：攝像傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、基于ZigBee 通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊，其中攝像傳感器通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路與基于ZigBee通信協(xié)議的 射頻發(fā)射模塊連接，且均與光電源連接，光電源上連有電源管理芯片，統(tǒng)一控制供電；基于 ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊上連接有液晶顯示器和USB接口。
[0006] 優(yōu)選的，攝像傳感器為SAT系列紅外探測(cè)器。
[0007] 優(yōu)選的，基于ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊是CC2430芯片。
[0008] 進(jìn)一步的，網(wǎng)管節(jié)點(diǎn)由以下部件：基于ZigBee通信協(xié)議的射頻接受模塊、微處理 器、SIM卡座、GPRS模塊順次連接而成，它們均由風(fēng)光電源供電，并由電源管理芯片統(tǒng)一執(zhí) 行供電管理。
[0009] 優(yōu)選的，微處理器選用AT91RM9200芯片。
[0010] 一種大型古建筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)方法， 拓灰色預(yù)測(cè)模型充分利用裂縫或傾斜的形狀尺寸參數(shù)Xi、X2、X3把隨時(shí)間變化的尺寸累加求 和，生成新的序列，用一條曲線(xiàn)逼近，逼近曲線(xiàn)還原后即為拓灰色預(yù)測(cè)模型。
[0011] 有益效果
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果：（1)采用攝像頭傳感器，對(duì)古建筑裂 縫和傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是一種無(wú)接觸的，可以增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，提高監(jiān)測(cè)精度。（2)采用 ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超大的網(wǎng)絡(luò)容量，特別適合大型古建筑的安全監(jiān) 測(cè)。（3)采用無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需在古建筑上敷設(shè)大量導(dǎo)線(xiàn)，節(jié)約成本，降低施工難度。（4) 無(wú)需工作人員定期巡回檢查監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，節(jié)約大量人力成本。（5)將ZigBee網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò) 和Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，適合大型與超大型古建筑的安全監(jiān)測(cè)。（6)采用紅外攝像傳感 器可不受天氣影響實(shí)施24小時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1是本發(fā)明的一種大型古建筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0014] 圖2是ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)原理圖；
[0015] 圖3是ZigBee網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)原理圖。
[0016] 其中，1.監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)；2.網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；3. GPRS網(wǎng)絡(luò)；4. Internet網(wǎng)絡(luò)；5.監(jiān)測(cè)中心計(jì)算 機(jī)；6.攝像傳感器；7.信號(hào)調(diào)理電路；8.基于ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射（接收）模塊； 9液晶顯示器；10. USB接口；11.光電源；12.電源管理芯片；13.微處理器；14.風(fēng)光電源； 15. SIM 卡座；16. GPRS 模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述。所描述的實(shí)施例是本申請(qǐng)的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于 所描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有 其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0018] 實(shí)施例1 :一種大型古建筑裂縫與傾斜變化定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1、網(wǎng)關(guān)節(jié) 點(diǎn)2、監(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)5組成，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1分布設(shè)置在古建筑上或需要監(jiān)測(cè)處的附件物 體上，特別是古建筑的裂縫或/和傾斜處，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1包括帶有攝像傳感器6的ZigBee無(wú) 線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)3與Internet網(wǎng)絡(luò)4連接監(jiān)測(cè) 中心電子計(jì)算機(jī)5,將古建筑裂縫與傾斜的圖像信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)5中， 在計(jì)算機(jī)屏幕上自動(dòng)顯示所監(jiān)測(cè)的各具體確實(shí)位置的古建筑裂縫與傾斜的變化值，變化值 超出規(guī)定閾值，計(jì)算機(jī)自動(dòng)預(yù)警，同時(shí)將預(yù)警發(fā)送至操作人員手機(jī)上，利用計(jì)算機(jī)預(yù)測(cè)古建 筑裂縫與傾斜的發(fā)展趨勢(shì)。
[0019] ⑴監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)
[0020] 如圖2所示的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1，紅外攝像傳感器6將對(duì)準(zhǔn)所要監(jiān)測(cè)古建筑中的裂縫和 傾斜，將攝制的圖像經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路7處理后，由基于ZigBee通信協(xié)議的射頻模塊8發(fā) 射圖像信息。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1用光伏電源11。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1的各個(gè)芯片型號(hào)可以作如下選擇： CC2430是Chipcon公司生產(chǎn)的用來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的芯片系統(tǒng)，它支持2. 4GHz IEEE802. 15. 4/ZigBee協(xié)議。CC2430芯片以強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線(xiàn)路的交 互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)的高度認(rèn)可，CC2430芯片系 統(tǒng)模塊集成了 CC2420RF收發(fā)器，增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU. 32/64/128KB閃存，8KB SRAM等 高性能模塊，并內(nèi)置ZigBee協(xié)議，加上超低能耗，使得它可以用很低的費(fèi)用構(gòu)成ZigBee節(jié) 點(diǎn)。
[0021] 紅外攝像傳感器6采用SAT系列紅外攝像儀，其均采用非制冷焦作平面紅外探測(cè) 器，該紅外探測(cè)器采用多晶硅材料制備的單片式電阻型微測(cè)輻射熱計(jì)技術(shù)，探測(cè)器列陳規(guī) 模320X240,像元中心距45 μΜ，填充因子大于80%，噪聲等效溫差（NETD)達(dá)到IOOmk(典 型值）。
[0022] 為了適應(yīng)古建筑安全監(jiān)測(cè)的實(shí)際需要，節(jié)約能源，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1應(yīng)用光伏電源，選用 的光伏電源型號(hào)為SAS2. 5-WED。
[0023] (2)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)
[0024] 由于ZigBee協(xié)議依據(jù)ΙΕΕΕ802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)微小的監(jiān)