物联网技术与3D集成的高塔综合监控系统技术方案

本发明专利技术涉及高塔类建筑包括风能超高塔、冷却塔以及古塔等，其健康状况受到自然灾害、本身建筑结构设计及维护保养的影响，对其倾斜角度、消防管理的关注与日俱增。本发明专利技术采用支持多平台的综合型游戏开发工具Unity 3D搭建高塔建筑及其周围环境模型，通过将物联网技术和3D虚拟技术融合，实现高塔综合监控。该系统包含智能监测模块、数据综合网关模块、数据综合处理消息系统模块、三维引擎模块、报警模块和应用终端模块六大部分。基于发布‑注册消息机制的数据传输能够保证手持设备或PC的3D虚拟平台数据实时同步更新，有效提升高塔建筑健康与消防问题预警与报警效率，减小建筑安全问题带来的损失。

High tower integrated monitoring system integrated with Internet of things and 3D

The present invention relates to high tower buildings, including wind energy super-high tower, cooling tower and ancient tower, whose health condition is affected by natural disasters, structural design and maintenance of its own buildings. Attention to its inclination angle and fire control management is increasing day by day. The invention adopts a multi-platform integrated game development tool Unity 3D to build a tower building and its surrounding environment model, and realizes the comprehensive monitoring of the tower by integrating the Internet of Things technology and 3D virtual technology. The system consists of intelligent monitoring module, data integrated gateway module, data integrated processing message system module, three-dimensional engine module, alarm module and application terminal module. Data transmission based on publishing and registering message mechanism can ensure real-time and synchronous updating of 3D virtual platform data of handheld devices or PCs, effectively improve the efficiency of early warning and alarm of tower building health and fire protection problems, and reduce the losses caused by building safety problems.

【技术实现步骤摘要】
物联网技术与3D集成的高塔综合监控系统
本专利技术涉及高塔综合监控，特别是涉及物联网技术与3D集成的高塔综合监控系统。
技术介绍
虚拟现实技术是近年来发展火热的高新技术手段之一，Unity3D是由UnityTechnologies开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具，可以利用计算机模拟产生一个三维空间的虚拟世界，为用户提供关于视觉、听觉等感官的模拟，可以实时反应目标建筑在三维空间的状态。高精度双轴倾角MEMS传感器芯片提供了水平测量仪表级别的性能，可有效的测量相对于水平面的倾斜和俯仰角度，其可被应用于建筑结构变形检测中。它具有弱的温度依赖性、高分辨率、低噪声和健全的传感元件。本专利技术采用双轴倾角传感器来实现对建筑结构变形倾斜角度的检测，研究传感器的布设方式，实现危旧高塔的健康监控，具有很好的实用价值和社会意义。火焰传感器利用紫外线对火焰非常敏感的特点，使用特制的紫外线接受管来检测火焰，然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号，输入到中央处理器中，中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。本专利技术采用火焰传感器发现火源，及时对火情进行报警，有效降低火灾影响。已经在山西某项目应用的FH-9001通信铁塔倾斜在线监测系统，利用传感器技术和无线通信技术，进行双向倾斜角度实时监测。当杆塔倾斜角度超过设定的门限值时，系统能够通过GSM/CDMA/GPRS或3G网络将预/告警信息发送给监控中心。服务器部署在监控中心机房内，运行监控软件，通过Internet获得监测子站数据。监控中心对横向倾斜、纵向倾斜等状态参数进行数据显示、存储、统计报表并结合杆塔自身设计参数进行分析，完成多参数预警功能。在上海市护珠塔物联网远程实时监测系统中，为了完善对八角七层、残高19米的塔体倾斜变形监测，在塔体上特定位置部署了若干双轴无线倾角传感器，以监测塔体各层的局部变形情况。应用层通过可视化的界面对数据进行实时呈现，具体呈现上包括了列表、曲线图、柱状图、风玫瑰图等形式。传统技术存在以下技术问题：综上，目前大多数对于高塔监测在信息传递架构上采用了传统的server-client传输架构，无法保证多应用(平板，手机app以及其他web网页应用)的数据实时性，及大规模数据并发的。此外在监控展现方式上，目前多采用传统的一维数据、二维图表的展现方式，无法直观的利用空间快速定位故障，提升故障维保的效率。本设计采用物联网技术能够将传感器信息与应用有机的结合，应用订阅-发布机制(例如阿里云物联网套件)在高塔监测中能够将高塔健康数据，环境数据低延时实时传输，与三维技术融合能够快速的定位故障危险，便于快速响应并处置故障危险，提高事故与危险的处置效率，有效的提升了高塔的安全性。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种高塔综合监控系统，对高塔建筑健康与消防状态进行实时监控，实现对高塔建筑健康、火灾、及消防设备等故障危险情况的报警及快速定位，方便在危险故障发生前或发生中的快速处置，减少损失。一种高塔综合监控系统，包括：智能监测模块、数据综合网关模块、数据综合处理消息系统模块、三维引擎模块、报警模块和应用终端；所述智能监测模块监测高塔的运行数据，所述运行数据包括高塔的倾斜角度、环境及消防设备的运行数据；所述数据综合网关模块通过有线或者无线与所述智能监测模块连接，通过有线或无线将所述运行数据接入Internet传输给后台服务器；所述数据综合处理消息系统模块以消息发布的方式将所述运行数据发送给注册使用所述运行数据的设备，同时对所述运行数据进行分析处理和存储；所述三维引擎模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据并实时更新三维模型来模拟高塔的状态；所述报警模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，从而根据所述运行数据对高塔的倾斜故障、火灾故障和消防故障进行报警，并在所述三维引擎模块建立的三维模型中警示；所述应用终端以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，而且，从所述三维引擎模块实时更新所述三维引擎模块建立的三维模型。在另外的一个实施例中，所述智能监测模块包括对高塔进行倾斜角度测量的双轴倾角传感器、对高塔的火情进行监测的紫外火焰传感器、对消防设施开关状态和使用情况进行监控的消防设施开关监控模块和对高塔进行24小时监控的摄像头。在另外的一个实施例中，所述数据综合处理消息系统模块包括消息发布模块、数据注册模块、数据处理模块和数据下载模块；所述消息发布模块用于所述运行数据发送给所述三维引擎模块、所述报警模块和所述应用终端；所述数据注册模块用于实现所述三维引擎模块、所述报警模块和所述应用终端的注册从而实时从所述消息发布模块获得所述运行数据；所述数据处理模块用于数据存储、分析功能，设置报警规则对所述运行数据进行分析从而实现高塔故障报警；所述数据下载模块用于实现应用终端的程序修改和更新，以及，实现应用终端获得的所述三维引擎模块建立的三维模型的修改与更新功能。在另外的一个实施例中，所述数据综合网关模块采用有线RS-485或者无线Zigbee与所述智能监测模块连接；所述数据综合网关模块与所述数据综合处理消息系统模块采用无线3G或者4G或NB-IoT模块或有线RJ45接入Internet或专用虚拟网络来实现高速传输；在所述数据综合网关模块中定义上传数据综合处理消息系统模块的数据频率以及数据大小，对所述运行数据进行解帧并重新组帧，并根据数据综合处理消息系统模块定义的最大消息限制完成组帧。在另外的一个实施例中，所述三维引擎模块用3Dmax或Revit建立高塔三维模型，并导入到Unity3D三维引擎中，将智能监测模块的传感器根据实际物理位置显示在三维中；所述三维引擎模块通过注册消息，从数据综合处理消息系统模块将定期发布的运行数据取回，并转化为三维图形界面显示。在另外的一个实施例中，所述报警模块的报警方式包括：三维软件中模拟倾斜状态报警、发出警报声报警、振动报警、短信报警和智能终端推送报警。在另外的一个实施例中，所述应用终端是手机、电脑或平板电脑，所述应用终端通过下载安装应用程序，查看高塔实时的三维状态。附图说明图1为本申请实施例提供的一种高塔综合监控系统的结构示意图。图2为本申请实施例提供的一种高塔综合监控系统中智能监测模块的结构示意图。图3为本申请实施例提供的一种高塔综合监控系统中数据综合处理消息系统模块的结构示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。参阅图1、图2和图3，一种高塔综合监控系统，包括：智能监测模块100、数据综合网关模块200、数据综合处理消息系统模块300、三维引擎模块400、报警模块500和应用终端600；所述智能监测模块监测高塔的运行数据，所述运行数据包括高塔的倾斜角度、环境及消防设备的运行数据；所述数据综合网关模块通过有线或者无线与所述智能监测模块连接，通过有线或无线将所述运行数据接入Internet传输给后台服务器；所述数据综合处理消息系统模块以消息发布的方式将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高塔综合监控系统，其特征在于，包括：所述智能监测模块、数据综合网关模块、数据综合处理消息系统模块、三维引擎模块、报警模块和应用终端；所述智能监测模块监测高塔的运行数据，所述运行数据包括高塔的倾斜角度、环境及消防设备的运行数据；所述数据综合网关模块通过有线或者无线与所述智能监测模块连接，通过有线或无线将所述运行数据接入Internet传输给后台服务器；所述数据综合处理消息系统模块以消息发布的方式将所述运行数据发送给注册使用所述运行数据的设备，同时对所述运行数据进行分析处理和存储；所述三维引擎模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据并实时更新三维模型来模拟高塔的状态；所述报警模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，从而根据所述运行数据对高塔的倾斜故障、火灾故障和消防故障进行报警，并在所述三维引擎模块建立的三维模型中警示；所述应用终端以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，而且，从所述三维引擎模块实时更新所述三维引擎模块建立的三维模型。

【技术特征摘要】
1.一种高塔综合监控系统，其特征在于，包括：所述智能监测模块、数据综合网关模块、数据综合处理消息系统模块、三维引擎模块、报警模块和应用终端；所述智能监测模块监测高塔的运行数据，所述运行数据包括高塔的倾斜角度、环境及消防设备的运行数据；所述数据综合网关模块通过有线或者无线与所述智能监测模块连接，通过有线或无线将所述运行数据接入Internet传输给后台服务器；所述数据综合处理消息系统模块以消息发布的方式将所述运行数据发送给注册使用所述运行数据的设备，同时对所述运行数据进行分析处理和存储；所述三维引擎模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据并实时更新三维模型来模拟高塔的状态；所述报警模块以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，从而根据所述运行数据对高塔的倾斜故障、火灾故障和消防故障进行报警，并在所述三维引擎模块建立的三维模型中警示；所述应用终端以注册的方式从所述数据综合处理消息系统模块实时获得所述运行数据，而且，从所述三维引擎模块实时更新所述三维引擎模块建立的三维模型。2.根据权利要求1所述的高塔综合监控系统，其特征在于，所述智能监测模块包括对高塔进行倾斜角度测量的双轴倾角传感器、对高塔的火情进行监测的紫外火焰传感器、对消防设施开关状态和使用情况进行监控的消防设施开关监控模块和对高塔进行24小时监控的摄像头。3.根据权利要求1所述的高塔综合监控系统，其特征在于，所述数据综合处理消息系统模块包括消息发布模块、数据注册模块、数据处理模块和数据下载模块；所述消息发布模块用于所述运行数据发送给所述三维引擎模块、所述报警模块和所述应用终端；所述数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王呈，张晴宇，杨艺，姜心源，宋书林，王宪，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32