一种金属屋面在线监测与健康管理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种金属屋面在线监测与健康管理系统及方法，系统包括：数据采集子系统、数据传输子系统、服务器和监测终端；数据采集子系统用于利用传感器网络采集金属屋面不同区域的测量数据；数据传输子系统用于按照Zigbee通信协议对传感器网络进行区域组网，并将测量数据远程传输至服务器；服务器用于结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障情况进行分析；监测终端用于对实时测量数据、金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、以及传感器网络在金属屋面的布局和工作状态进行实时显示。本发明专利技术可实现在线监测金属屋面的劣化趋势，并及时对早期故障进行预警。警。警。

【技术实现步骤摘要】
一种金属屋面在线监测与健康管理系统及方法


[0001]本专利技术属于金属屋面监测管理领域，特别涉及一种金属屋面在线监测与健康管理系统及方法。

技术介绍

[0002]金属屋面围护系统是大跨度钢结构建筑的重要组成部分，采用冷成型薄壁合金材料，集保温，吸音，防水，防风等功能于一体，近年来广泛应用于各类场馆、机场航站楼、展览中心、车间仓库等大型公共建筑和工业建筑。大型公共建筑的金属屋面需要兼顾功能性和美观性，金属屋面围护系统以其结构性能优异、外形美观、绿色环保等特点，在公共建筑中得到了迅猛的发展。然而，近些年，有关金属屋面的事故时有发生。我国每年因强风造成屋面受损的直接和间接经济损失达亿元以上。事故成因复杂，其主要原因在于：一方面，不规范的设计和施工会造成屋面局部出现载荷集中的情况，对建筑物造成安全隐患。另一方面，由于建筑物处于复杂的自然环境中，伴随着风、雨、雪的侵蚀，长年的交变风载荷和温度骤变，导致诸如屋顶板的变形和疲劳，立边咬合处松动，固定支架的螺栓松动。这些问题削弱了金属屋面系统的抗风揭能力，在风压未超过设计阈值时造成屋顶损坏。屋面围护系统遭到破坏之后会导致漏风、漏雨等现象，不仅对建筑的功能和整体美观性造成影响，更严重的是掀飞的屋面板以及保温棉等会危及人身安全，导致航班、车次延误，工厂停工等巨额经济损失。
[0003]目前，普遍采用定期人工巡检的方式对金属屋面进行防护，该过程耗费大量时间，且无法准确了解早期故障。
[0004]因此，基于上述因素考虑，如何在线监测金属屋面的劣化趋势，及时对早期故障进行预警，成为当下亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种金属屋面在线监测与健康管理系统及方法，可实现在线监测金属屋面的劣化趋势，并及时对早期故障进行预警。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种金属屋面在线监测与健康管理系统，包括：数据采集子系统、数据传输子系统、服务器和监测终端；
[0008]所述数据采集子系统用于利用传感器网络采集金属屋面不同区域的测量数据；
[0009]所述数据传输子系统用于按照Zigbee通信协议对所述传感器网络进行区域组网，并将测量数据远程传输至所述服务器；
[0010]所述服务器用于结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障情况进行分析；
[0011]所述监测终端用于对实时测量数据、金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、以及所述传感器网络在金属屋面的布局和工作状态进行实时显示。
[0012]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述传感器网络包括多组传感器组和多个单片机；每组所述传感器组分别对应安装在金属屋面的不同区域，并与多个所述单片机一一对应连接。
[0013]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，每组所述传感器组均包括应变片、激光传感器和超声波传感器；
[0014]所述应变片用于测量金属屋面对应位置的应力应变；
[0015]所述激光传感器用于测量金属屋面对应位置的纵向弯曲位移；
[0016]所述超声波传感器用于测量金属屋面对应位置的横向滑移。
[0017]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述传感器网络还包括：气象传感器；所述气象传感器用于监测金属屋面所处区域的实时风向。
[0018]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述数据传输子系统包括：多个星型Zigbee网络、多个协调器网关和一个基站；多个所述星型Zigbee网络与多个所述单片机一一对应连接；多个所述协调器网关与多个所述星型Zigbee网络一一对应连接；
[0019]多个所述协调器网关和一个所述基站组成上层Profibus星型网络；
[0020]多个所述星型Zigbee网络与所述上层Profibus星型网络组成双层星型网络拓扑结构。
[0021]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述服务器包括：数据管理模块、数据分析模块和预警模块；
[0022]所述数据管理模块用于对金属屋面不同区域的测量数据进行实时记录和处理；
[0023]所述数据分析模块用于采用奇异谱分析方法对历史测量数据和实时测量数据进行分析，得到金属屋面对应区域的屋面累积损伤情况；
[0024]所述预警模块用于采用预先构建的决策树模型对测量数据进行分析，得到金属屋面当前状态；所述金属屋面当前状态包括：金属屋面正常、金属屋面故障类型和传感器故障。
[0025]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述监测终端包括：人机交互界面、屋面布局显示模块、实时数据显示模块、数据变化显示模块和切换模块；
[0026]所述屋面布局显示模块用于按照所述传感器网络中各传感器节点在金属屋面的实际摆放位置，构建并显示金属屋面布局模型
[0027]所述实时数据显示模块用于显示所述传感器网络的实时测量数据；
[0028]所述数据变化显示模块用于显示所述传感器网络采集的测量数据随时间变化的曲线；
[0029]所述切换模块用于控制所述人机交互界面切换显示金属屋面布局模型、实时测量数据或测量数据随时间变化的曲线。
[0030]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述屋面布局显示模块还用于根据所述传感器网络中各传感器节点的实际状态，控制所述金属屋面布局模型中对应位置的传感器节点显示不同的颜色。
[0031]进一步地，在上述一种金属屋面在线监测与健康管理系统中，所述监测终端还包括：警示灯；所述警示灯用于根据金属屋面处于故障状态或正常状态显示不同的颜色。
[0032]本专利技术还公开一种金属屋面在线监测与健康管理方法，包括：
[0033]利用传感器网络采集金属屋面不同区域的测量数据；
[0034]按照Zigbee通信协议对所述传感器网络进行区域组网，并将测量数据进行远程传输；
[0035]结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障情况进行分析；
[0036]对实时测量数据、金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、以及所述传感器网络在金属屋面的布局和工作状态进行实时显示。
[0037]经由上述技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0038]本专利技术针对金属屋面结构损伤机理，首先归纳屋面常见的故障类型，并有针对性的根据故障表现形式及外在表征进行传感器的布局及选型，组成传感器网络对屋面进行分区监测；同时，按照Zigbee通信协议对每个分区的传感器网络进行组网，再通过一层工业以太网对测量数据进行远距离传输，能够有效降低能耗，提高传输效率。本专利技术还能够对屋面故障状情况和累积损伤情况进行在线监测和显示，能够实时反映金属屋面的健康程度，及时对早期故障进行预警。
附图说明
[0039]图1为本专利技术实施例提供的金属屋面在线监测与健本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，包括：数据采集子系统、数据传输子系统、服务器和监测终端；所述数据采集子系统用于利用传感器网络采集金属屋面不同区域的测量数据；所述数据传输子系统用于按照Zigbee通信协议对所述传感器网络进行区域组网，并将测量数据远程传输至所述服务器；所述服务器用于结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障情况进行分析；所述监测终端用于对实时测量数据、金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、以及所述传感器网络在金属屋面的布局和工作状态进行实时显示。2.根据权利要求1所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，所述传感器网络包括多组传感器组和多个单片机；每组所述传感器组分别对应安装在金属屋面的不同区域，并与多个所述单片机一一对应连接。3.根据权利要求2所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，每组所述传感器组均包括应变片、激光传感器和超声波传感器；所述应变片用于测量金属屋面对应位置的应力应变；所述激光传感器用于测量金属屋面对应位置的纵向弯曲位移；所述超声波传感器用于测量金属屋面对应位置的横向滑移。4.根据权利要求3所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，所述传感器网络还包括：气象传感器；所述气象传感器用于监测金属屋面所处区域的实时风向。5.根据权利要求2所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，所述数据传输子系统包括：多个星型Zigbee网络、多个协调器网关和一个基站；多个所述星型Zigbee网络与多个所述单片机一一对应连接；多个所述协调器网关与多个所述星型Zigbee网络一一对应连接；多个所述协调器网关和一个所述基站组成上层Profibus星型网络；多个所述星型Zigbee网络与所述上层Profibus星型网络组成双层星型网络拓扑结构。6.根据权利要求1所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统，其特征在于，所述服务器包括：数...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，杨治国，杨丽曼，王一轩，孙治博，许少峰，王娜，蔡茂林，
申请(专利权)人：北京继祥科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：