一种基于互联网的土木工程监测控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于互联网的土木工程监测控制系统，包括控制面板、中央处理器、移动控制站、土木工程结构监测设备和视频监测设备，所述控制面板的前侧面从上到下依次设置有扬声器、显示屏和操作键盘；所述中央处理器分别与内存储器、数据库、第一无线收发模块和数据分析处理模块电性连接；所述移动控制站由单片机控制器、语音播放器和第二无线收发模块构成；所述第一无线收发模块通过互联网与第二无线收发模块连接；所述单片机控制器分别与第二无线收发模块、土木工程结构监测设备和视频监测设备电性连接，该发明专利技术的有益效果是通过互联网进行远程控制，无需线路布置，安装维护方便，实现远程监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于互联网的土木工程监测控制系统
本专利技术属于土木工程监测控制领域，尤其涉及一种基于互联网的土木工程监测控制系统。
技术介绍
现有土木工程监测控制系统都是通过信号线发送到中央处理器，通过控制面板上的显示屏显示出来，但是这样传输方式存在很多缺点，信号线布置复杂，故障率高，现场环境复杂导致难以保证信号的安全稳定传输；不易于对监测区域集中的地方进行监测控制，实用性能低。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种通过互联网进行远程控制，无需线路布置，安装维护方便和实现远程监测的一种基于互联网的土木工程监测控制系统。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：基于互联网的土木工程监测控制系统，包括控制面板、中央处理器、移动控制站、土木工程结构监测设备和视频监测设备，所述控制面板的前侧面从上到下依次设置有扬声器、显示屏和操作键盘；所述操作键盘由按键和电容感应检测模块构成；所述中央处理器的输入端分别与电容感应检测模块、语音输入模块和第一供电模块的输出端电性连接；所述中央处理器的输出端分别与扬声器、显示屏和外存储器的输入端电性连接；所述中央处理器分别与内存储器、数据库、第一无线收发模块和数据分析处理模块电性连接；所述移动控制站由单片机控制器、语音播放器和第二无线收发模块构成；所述第一无线收发模块通过互联网与第二无线收发模块连接；所述单片机控制器分别与第二无线收发模块、土木工程结构监测设备和视频监测设备电性连接；所述视频监测设备由摄像头和转向装置构成；所述显示屏的右侧设置有语音输入端口，且显示屏的左侧设置有USB端口；所述单片机控制器的输出端与语音播放器的输入端电性连接；所述单片机控制器的输入端与第二供电模块的输出端电性连接。进一步，所述语音播放器设置有时延估计模块、麦克和麦克风，所述时延估计模块采用广义互相关函数法求取时延，具体内容如下：1)语音播放器接收的信号为：xi(t)＝ais(t-τi)+ni(t)；其中s(t)为声源信号，ai是声波传播的衰减因子，τi是声源到麦克i所需要的时间，ni(t)为环境噪声，两信号之间的互相关函数：其中Xi(ω)表示xi的傅立叶变换，表示xj傅立叶变换后的共轭，其中加权函数：其中ρ＝0.75；2)时延估计即为：τij＝argmax(Rij(τ))；其中τij为麦克风i和麦克j之间的时延延迟。进一步，所述语音播放器设置有声源位置计算模块，所述声源位置计算模块根据麦克阵列的几何关系和时延值计算出声源位置，具体步骤如下：1)麦克风mi1和mi2位于x轴，声源到这对麦克的时延为τi1，麦克风mi3和mi4位于Y轴，声源点到这对麦克的时延差为τi2，θ表示由声源点到与X轴的夹角，表示声源点与Y轴的夹角，Ψ是声源点与Z轴的夹角，则声源点满足矢量方程：||rs-mi1||-||rs-mi2||＝τi1·c；||rs-mi3||-||rs-mi4||＝τi2·c；其中c为声速，以直角坐标形式可得：当声源点离麦克比较远时，用锥面代替双曲面，该锥面的方向角由下式来计算：又由可得：进一步，所述视频监测设备由摄像头球机与目标检测算法组成；所述摄像头球机带有多自由度云台，可接受外界控制灵活指向特定位置；所述运动目标检测算法用以自动检测出视频场景中的运动目标，所使用的算法为帧差法；帧差法以简单的相邻图像间差分进行目标检测，其计算方法如下：设t-1时刻的视频图像为It-1，t时刻的视频图像为It，直接对两帧对应像素做差并借助简单的阈值Threshold进行前景提取即可得到二值化的目标前景图像D；进一步，所述摄像头设置有均值漂移模块，所述均值漂移模块的均值漂移方法包括：对于n维欧式空间X中的有限序列S，样本数据点x∈X处的样本均值定义为：其中：K为核函数，w为样本的权值函数，差值m(x)-x被称为Meanshift矢量，反复将数据点朝着Meanshift矢量方向移动直至收敛的过程；在迭代过程中，在x处利用核函数K计算出的Meanshift矢量指向卷积曲面J(x)＝∑aG(a-x)w(a)的负梯度方向，其中，核函数K与G的相互关系应满足g'(r)＝-k(r),r＝||s-x||2,c＞0；g和k分别为核函数G与K的轮廓函数，c为常数；当迭代结束时核中心的位置对应某个概率密度的极值；在目标跟踪的过程中，通过J(x)来刻画目标模型和侯选区域之间的相似形，从而使跟踪问题转化为Meanshift的模式匹配问题。进一步，所述语音输入模块设置有Kalman滤波器，所述Kalman滤波器利用了系统和测量装置的动态特性、系统噪声、测量误差和动态模型的不确定性的统计描述，感兴趣变量的初始化的相关信息，进行优化，其不需要保存先前的数据，当进行新的测量时也不需要对原来的数据进行处理；采用线性模型，白噪声意味着噪声值和时间不相关；白噪声指在整个频率上都有相同强度的频率特性的噪声为了简化模型，实际中将频率设为常值，带宽大大超过系统带宽的噪声称为白噪声，用高斯白噪声来模拟，采用高斯密度函数用一阶和二阶统计量充分的描述高斯白噪声；当系统为一个离散控制过程的系统时，表述其用线性随机微分方程：x(k)＝Ax(k-1)+BU(k)+w(k)；系统的观测值：z(k)＝Hx(k)+V(k)；其中x(k)是k时刻的系统状态，U(k)是k时刻对系统的控制量；A和B是系统参数，在多模型系统中为矩阵；z(k)是k时刻的测量值，H是测量系统的参数，对于多测量系统，H为矩阵；w(k)和V(k)表示过程和测量的噪声；在应用中被假设为高斯白噪声，协方差分别为Q、R；1>系统状态为k，按照系统的模型，预测出现在状态：x(k|k-1)＝Ax(k-1|k-1)+BU(k)；x(k-1|k-1)：上一状态最优的结果，U(k)为现在状态的控制量，若没有控制量，为0.x(k|k-1)：上一状态预测的结果；P(k|k-1)＝AP(k-1|k-1)A'+Q；P(k-1|k-1)：x(k-1|k-1)对应的协方差，Q：系统过程的协方差，A'：A的转置矩阵，P(k|k-1)：x(k|k-1)协方差；2>将观测值、状态的测量值和测量值相结合得到现在状态(k)的估算值的最优化x(k|k)；x(k|k)＝x(k|k-1)+Kg(k)(z(k)-Hx(k|k-1))；卡尔曼增益增益记为Kg：Kg(k)＝P(k|k-1)H'/(HP(k|k-1)H'+R)；此时得到了k状态下最优的估算值x(k|k)；3>更新k状态下x(k|k)的协方差：P(k|k)＝(I-Kg(k)H)P(k|k-1)；I是为1的矩阵，单模型单测量下I＝1；当系统进入k+1状态时，P(k|k)是公式(4-5)的P(k-1|k-1)。进一步，所述中央处理器设置有能量检测模块，所述能量检测方法包括：对于已知的射频或中频调制信号的中心频率和可能接收到的信号的带宽Bc：第一步，利用混频器将射频或者中频信号与单频混频获得信号x1；第二步，利用低通滤波器A去除信号x1的高频分量，低通滤波器A的3dB带宽大于分析带宽Bs，获得信号x2，此时x2是零中频的信号，并且带宽为Bs的信号受到滤波器A的影响很小，可忽略不计；第三步，由于x2已经是零中频信号了，故Fo＝0，对信号x2进行NFFT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于互联网的土木工程监测控制系统，包括控制面板、中央处理器、移动控制站、土木工程结构监测设备和视频监测设备，其特征在于：所述控制面板的前侧面从上到下依次设置有扬声器、显示屏和操作键盘；所述操作键盘由按键和电容感应检测模块构成；所述中央处理器的输入端分别与电容感应检测模块、语音输入模块和第一供电模块的输出端电性连接；所述中央处理器的输出端分别与扬声器、显示屏和外存储器的输入端电性连接；所述中央处理器分别与内存储器、数据库、第一无线收发模块和数据分析处理模块电性连接；所述移动控制站由单片机控制器、语音播放器和第二无线收发模块构成；所述第一无线收发模块通过互联网与第二无线收发模块连接；所述单片机控制器分别与第二无线收发模块、土木工程结构监测设备和视频监测设备电性连接；所述视频监测设备由摄像头和转向装置构成；所述显示屏的右侧设置有语音输入端口，且显示屏的左侧设置有USB端口；所述单片机控制器的输出端与语音播放器的输入端电性连接；所述单片机控制器的输入端与第二供电模块的输出端电性连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于互联网的土木工程监测控制系统，包括控制面板、中央处理器、移动控制站、土木工程结构监测设备和视频监测设备，其特征在于：所述控制面板的前侧面从上到下依次设置有扬声器、显示屏和操作键盘；所述操作键盘由按键和电容感应检测模块构成；所述中央处理器的输入端分别与电容感应检测模块、语音输入模块和第一供电模块的输出端电性连接；所述中央处理器的输出端分别与扬声器、显示屏和外存储器的输入端电性连接；所述中央处理器分别与内存储器、数据库、第一无线收发模块和数据分析处理模块电性连接；所述移动控制站由单片机控制器、语音播放器和第二无线收发模块构成；所述第一无线收发模块通过互联网与第二无线收发模块连接；所述单片机控制器分别与第二无线收发模块、土木工程结构监测设备和视频监测设备电性连接；所述视频监测设备由摄像头和转向装置构成；所述显示屏的右侧设置有语音输入端口，且显示屏的左侧设置有USB端口；所述单片机控制器的输出端与语音播放器的输入端电性连接；所述单片机控制器的输入端与第二供电模块的输出端电性连接。2.如权利要求1所述的基于互联网的土木工程监测控制系统，其特征在于，所述语音播放器设置有时延估计模块、麦克和麦克风，所述时延估计模块采用广义互相关函数法求取时延，具体内容如下：1)语音播放器接收的信号为：xi(t)＝ais(t-τi)+ni(t)；其中s(t)为声源信号，ai是声波传播的衰减因子，τi是声源到麦克i所需要的时间，ni(t)为环境噪声，两信号之间的互相关函数：其中Xi(ω)表示xi的傅立叶变换，表示xj傅立叶变换后的共轭，其中加权函数：其中ρ＝0.75；2)时延估计即为：τij＝argmax(Rij(τ))；其中τij为麦克风i和麦克j之间的时延延迟。3.如权利要求1所述的基于互联网的土木工程监测控制系统，其特征在于，所述语音播放器设置有声源位置计算模块，所述声源位置计算模块根据麦克阵列的几何关系和时延值计算出声源位置，具体步骤如下：1)麦克风mi1和mi2位于X轴，声源到这对麦克的时延为τi1，麦克风mi3和mi4位于Y轴，声源点到这对麦克的时延差为τi2，θ表示由声源点到与X轴的夹角，表示声源点与Y轴的夹角，ψ是声源点与Z轴的夹角，则声源点满足矢量方程：||rs-mi1||-||rs-mi2||＝τi1·c；||rs-mis||-||rs-mi4||＝τi2·c；其中c为声速，以直角坐标形式可得：当声源点离麦克比较远时，用锥面代替双曲面，该锥面的方向角由下式来计算：又由可得：4.如权利要求1所述的基于互联网的土木工程监测控制系统，其特征在于，所述视频监测设备由摄像头球机与目标检测算法组成；所述摄像头球机带有多自由度云台，可接受外界控制灵活指向特定位置；所述运动目标检测算法用以自动检测出视频场景中的运动目标，所使用的算法为帧差法；帧差法以简单的相邻图像间差分进行目标检测，其计算方法如下：设t-1时刻的视频图像为It-1，t时刻的视频图像为It，直接对两帧对应像素做差并借助简单的阈值Threshold进行前景提取即可得到二值化的目标前景图像D；5.如权利要求1所述的基于互联网的土木工程监测控制系统，其特征在于，所述摄像头设置有均值漂移模块，所述均值漂移模块的均值漂移方法包括：对于n维欧式空间X中的有限序列S，样本数据点x∈X处的样本均值定义为：其中：K为核函数，w为样本的权值函数，差值m(x)-x被称为Meanshift矢量，反复将数据点朝着Meanshift矢量方向移动直至收敛的过程；在迭代过程中，在x处利用核函数K计算出的Meanshift矢量指向卷积曲面J(x)＝∑aG(a-x)w(a)的负梯度方向，其中，核函数K与G的相互关系应满足g'(r)＝-k(r),r＝||s-x||2,c＞0；g和k分别为核函数G与K的轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卡丁，李勇，李新程，肖世雄，骆汉宾，鲜艳，孙波，张中安，刘世雄，祡家远，黎忠文，方东明，于德勇，高伟，蒋进波，路林海，刘永祥，郭桃明，宋朝斌，李刚，周书伟，张波，吴军，刘伟胜，綦尤德，方向，
申请(专利权)人：深圳市地铁集团有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44