一种木结构古建筑的缺损度检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种木结构古建筑的缺损度检测系统，本木结构古建筑的缺损度检测系统包括：若干测量节点和服务器；其中各测量节点适于采集相应测量数据，并通过相应协调器发送至服务器，即服务器根据相应测量数据给出当前木结构古建筑的缺损度指数、预警策略和期望寿命；本发明专利技术避免了由人工进行古建筑维护或由人工根据监测数据进行维护具有主观性强、随意性大的缺点，有利于对木结构古建筑进行预防性保护并且降低了木结构古建筑的人力维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种木结构古建筑的缺损度检测系统
本专利技术属于古建筑保护
，具体涉及一种木结构古建筑的缺损度检测系统。
技术介绍
中国的木结构古建筑，在世界建筑史上无疑占有着无与伦比的地位。木结构古建筑的材质特点明显，但也带来了问题。木材是生物材质，易发生真菌产生腐朽，腐朽的木材在承重力度大大下降，从而影响建筑的安全性。随着时间的迁移，保留至今的木结构古建筑越来越需要维修和保护。但是现在相关人员对木结构古建筑的检测还是以人工为主，这样的检测中人为因素较大。不仅需要人力物力较多，而且人工检测过程中可能对木结构古建筑造成二次破坏。部分木结构古建筑采用了基于物联网的监测系统，但目前主要停留在对数据进行采集和存储的阶段，没有达到对数据进行更深入的分析和挖掘的层次。而上述系统由于对数据利用的不充分，往往不能达到对木结构古建筑的预测性防护。现在针对木结构古建筑的保护观念和方法比较落后，基本上是当建筑出现严重问题时才上报维修，这样基本是事后补救，很多古建筑就因为错过了最佳修复时期而出现不可逆转的损失。因此，亟需开发一种新的木结构古建筑的缺损度检测系统，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种木结构古建筑的缺损度检测系统。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种木结构古建筑的缺损度检测系统，其包括：若干测量节点和服务器；其中各测量节点适于采集相应测量数据，并通过相应协调器发送至服务器，即服务器根据相应测量数据给出当前木结构古建筑的缺损度指数、预警策略和期望寿命。进一步，各测量节点适于获取相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据；所述服务器适于根据相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据计算温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比；所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量；所述服务器适于根据相应向量构建木结构古建筑缺损度检测模型；所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型并结合当前温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据，给出当前木结构古建筑的缺损度指数和预警策略；以及所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型预测木结构古建筑的期望寿命。进一步，所述服务器适于根据相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据计算温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比，即所述温度偏离比为：所述湿度偏离比为：所述相对水平倾斜度比为：其中，Tji为第j组测量节点第i个记录数据的温度值，Hji为第j组测量节点第i个记录数据的湿度值，Sji为第j组测量节点第i个记录数据的水平倾斜度值，T0为温度标准值，H0为湿度标准值，S0为水平倾斜度上限。进一步，所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量，即获取温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比在特征中的最佳组合比例，即目标函数为：其中，C1为温度偏离比比例，C2为湿度偏离比比例，C3为相对水平倾斜度比比例，yi为第i个数据的类标记，且yi为-1时表示木结构古建筑出现损毁；使用梯度下降法求C,即(C1,C2)；C定义为当L(C)最小时，即趋近0时，迭代所得的C*为最优解，α表示步长。进一步，所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量，即对特征进行量化，即对进行量化，且量化间隔为0.1，得到进一步，所述服务器适于根据相应向量构建木结构古建筑缺损度检测模型，即建立数据向量：x＝(x(1)，x(2)，...，x(j)，...，x(M))；建立系数向量：w＝(w(1)，w(2)，...，w(j)，...，w(M))；构建最优化模型，即s.t.yi(w·xi+b)≥1-ξi；ξi≥0i＝1,2,......,N；其中，C为惩罚系数；xi为第i个训练数据向量；yi为xi的类标记，当yi为-1时表示木结构古建筑出现损毁，当yi为1时表示木结构古建筑无损；N为训练数据数目；ξ为松弛变量；ξi为第i个训练数据的松弛变量；b为偏置；则最优化模型的解为：w*；其中，w*即为最优分类超平面的法向量；为拉格朗日乘子向量中对偶问题的解的第i个元素。进一步，所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型并结合当前温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据，给出当前木结构古建筑的缺损度指数和预警策略，即获取温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据在法向量上进行投影后所得到的数据，出现木结构古建筑损毁与木结构古建筑状态正常两个数据类别的均值与方差，即其中，NA为类别y＝1的样本数；NB为类别y＝-1的样本数；μB为出现木结构古建筑损毁数据在w*向量轴投影后所得到的数据的均值；μA为木结构古建筑状态正常数据在w*向量轴投影后所得到的数据的均值；δA为木结构古建筑状态正常数据在w*向量轴投影后所得到的数据的标准差；δB为出现木结构古建筑损毁数据在w*向量轴投影后所得到的数据的标准差；进一步，所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型并结合当前温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据，给出当前木结构古建筑的缺损度指数和预警策略，即设xA为所有y＝1的样本数据总和，ZA为xA在w*向量轴的投影，设当前数据为xc，即Zc＝w*xc；当wxc≤μA+δA时，木结构古建筑危险度V为0；当wxc≥μB-δB时，木结构古建筑危险度V为1；当μA+δA≤wxc≤μB-δB时，木结构古建筑危险度V为：其中，H(ZC|ZA)为在给定ZA条件下，ZC的条件熵；H(μB|ZA)为在给定ZA条件下，μB的条件熵；木结构古建筑危险度V越小表示木结构古建筑缺损越小，木结构古建筑危险度V越大表示木结构古建筑缺损越大。进一步，所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型预测木结构古建筑的期望寿命，即木结构古建筑的预测期望寿命为：P＝(1-V)P0；P为当前木结构古建筑在当前危险度V下的预测期望寿命，P0为对当前木结构古建筑为在状态正常时基准估计寿命。本专利技术的有益效果是，本专利技术避免了由人工进行古建筑维护或由人工根据监测数据进行维护具有主观性强、随意性大的缺点，有利于对木结构古建筑进行预防性保护，在损坏没有真实发生之前，就能以最小代价保护古建筑，并且降低了木结构古建筑的人力维护成本。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术的木结构古建筑的缺损度检测系统的原理框图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，包括：/n若干测量节点和服务器；其中/n各测量节点适于采集相应测量数据，并通过相应协调器发送至服务器，即/n服务器根据相应测量数据给出当前木结构古建筑的缺损度指数、预警策略和期望寿命。/n

【技术特征摘要】
1.一种木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，包括：
若干测量节点和服务器；其中
各测量节点适于采集相应测量数据，并通过相应协调器发送至服务器，即
服务器根据相应测量数据给出当前木结构古建筑的缺损度指数、预警策略和期望寿命。


2.如权利要求1所述的木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，
各测量节点适于获取相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据；
所述服务器适于根据相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据计算温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比；
所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量；
所述服务器适于根据相应向量构建木结构古建筑缺损度检测模型；
所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型并结合当前温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据，给出当前木结构古建筑的缺损度指数和预警策略；以及
所述服务器适于根据木结构古建筑缺损度模型预测木结构古建筑的期望寿命。


3.如权利要求2所述的木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，
所述服务器适于根据相应温度数据、湿度数据、相对水平倾斜度数据计算温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比，即
所述温度偏离比为：
所述湿度偏离比为：
所述相对水平倾斜度比为：
其中，Tji为第j组测量节点第i个记录数据的温度值，Hji为第j组测量节点第i个记录数据的湿度值，Sji为第j组测量节点第i个记录数据的水平倾斜度值，T0为温度标准值，H0为湿度标准值，S0为水平倾斜度上限。


4.如权利要求3所述的木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，
所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量，即
获取温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比在特征中的最佳组合比例，即
目标函数为：
其中，C1为温度偏离比比例，C2为湿度偏离比比例，C3为相对水平倾斜度比比例，yi为第i个数据的类标记，且yi为-1时表示木结构古建筑出现损毁；



使用梯度下降法求C,即(C1,C2)；
C定义为
当L(C)最小时，即趋近0时，迭代所得的C*为最优解，α表示步长。


5.如权利要求4所述的木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，
所述服务器适于根据相应温度偏离比、湿度偏离比、相对水平倾斜度比建立向量，即
对特征进行量化，即



对进行量化，且量化间隔为0.1，得到


6.如权利要求5所述的木结构古建筑的缺损度检测系统，其特征在于，
所述服务器适于根据相应向量构建木结构古建筑缺损度检测模型，即
建立数据向量：x＝(x(1)，x(2)，...，x(j)，...，x(M))；
建立系数向量：w＝(w(1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：何文韬，乔宏哲，陶国正，
申请(专利权)人：常州机电职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32