基于物聯(lián)網(wǎng)的房屋傾斜監(jiān)測技術研究

毛頌平

揚州大學水利與能源動力工程學院 江蘇 揚州 225127

前言

隨著當今經(jīng)濟社會的日益發(fā)展，人口、資源、環(huán)境問題日益突出。為了緩解人地矛盾、使土地得到集約高效的利用，房屋建筑正在向超高層、地下多層的趨勢發(fā)展，這對房屋建筑的安全可靠度提出了更高的要求。在房屋的建設與使用過程中，由于地基的不均勻性、地下水水位變化的影響、住宅樓單側(cè)地基承載力降低等原因會導致房屋的沉降與傾斜。特別是在一些二三線城市，舊城改造、危房拆除的過程會導致原有的鄰近的房屋傾斜、開裂。當建筑物的傾斜度超過了一定程度上的臨界值，便會造成大面積的建筑損害，甚至倒塌等工程事故，對人們的生命和財產(chǎn)安全造成嚴重損害。

為了做到在不影響居民的正常使用與工業(yè)的正常生產(chǎn)的情況下，及時的發(fā)現(xiàn)房屋建筑存在的隱患和已經(jīng)存在的問題，為后續(xù)的修補與加固提供具有時效性的傾斜預報，為居民的生活和工業(yè)生產(chǎn)提供保障，我們需要有一套成熟的房屋傾斜監(jiān)測技術。這一套技術必須要能夠準確地將房屋傾斜程度反映出來，還要能夠做到實時報告、反映傾斜角度的變化趨勢。房屋的安全是正常工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活的保障，實時監(jiān)測房屋傾斜程度是及時發(fā)現(xiàn)問題并采取補救措施的重要手段。現(xiàn)有的傾角測量方法主要是傳統(tǒng)人工測量和自動化測量。傳統(tǒng)的人工測量方法有很多種，如利用全站儀、經(jīng)緯儀、水準儀、激光鉛直儀等儀器進行測量，但這種方法存在很多局限性，需要大量的人力物力，不能實時的準確的反映出現(xiàn)場實際情況，通?，F(xiàn)場測量完以后，過一段時間，傾角又會有新的變化，數(shù)據(jù)的時效性得不到保障。自動化測量主要利用傾角傳感器測量，這種方法方便快捷，但此類傳感器影響因素較多，穩(wěn)定性不高。特別是氣體傾角傳感器中，氣體運動極為復雜，因此不宜推廣。

在當今信息化的時代，物聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)利用電子設備實現(xiàn)了人與人、人與物、物與物的連接，方便技術人員的管理和控制?，F(xiàn)如今，將這種技術運用到房屋傾斜監(jiān)測技術中將大大提高系統(tǒng)的效率和測量的精度。

1 監(jiān)測系統(tǒng)基本原理

采用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將計算機、網(wǎng)絡、傳感器、微處理器實現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡化的結合，把接收到的一系列數(shù)據(jù)信息通過無線傳感器網(wǎng)絡智能監(jiān)測軟件處理后生成房屋傾斜角度的時間連續(xù)圖像。由于物聯(lián)網(wǎng)技術的智能化、無人化和自動化，我們可以在任何時間、任何地方獲得精確數(shù)據(jù)。該方法采用的是將應變片作為轉(zhuǎn)換元件，將房屋傾斜產(chǎn)生的應變轉(zhuǎn)換為電阻的變化，應變的變化會產(chǎn)生電阻的變化，從而我們通過微處理器得到電壓的變化信號U=f（ε），并傳輸?shù)綗o線傳感器智能監(jiān)測軟件，這樣可以直接得到傾角θ與應變ε的關系。傳感器在使用過程中，應變片的應變不可能只受荷載的影響。因此，需要把影響最大的溫度、濕度等因素考慮進去。受溫度、濕度影響，應變片將會產(chǎn)生虛假應變，所以需要對應變片進行溫度、濕度補償來獲得精度更高的數(shù)據(jù)[1]。

2 數(shù)據(jù)查詢系統(tǒng)設計

傳感器采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡發(fā)送到服務器，經(jīng)過GPRS服務器接收軟件的處理后，將數(shù)據(jù)儲存到MySQL數(shù)據(jù)庫中，在通過JAVA語言編寫的APP查詢數(shù)據(jù)，了解房屋傾斜情況，對房屋整體安全做客觀評價。主要實現(xiàn)的接口有：①登錄驗證②獲取各檢測參數(shù)列表③獲取參數(shù)數(shù)據(jù)④獲取參數(shù)近30天的折線圖和變化趨勢[2]。

3 創(chuàng)新特色

該技術的創(chuàng)新之處在于將物聯(lián)網(wǎng)技術應用于房屋傾斜監(jiān)測，可以實現(xiàn)任何時刻、任何地點都能及時獲取數(shù)據(jù)，本項目將開發(fā)一套無線傳感器網(wǎng)絡智能監(jiān)測軟件用于對傳感器傳出數(shù)據(jù)的處理分析，繪制圖像。在監(jiān)測速度、安全系數(shù)、數(shù)據(jù)時效、數(shù)據(jù)精度、技術難度、環(huán)境保護和成本預算方面都更好的解決了現(xiàn)有監(jiān)測方法存在的諸多問題，具有較強的綜合優(yōu)勢[3]。

（1）傾斜傳感器的設計：傳感器采用應變式傳感器，應變式傳感器是基于物體受力變形所產(chǎn)生的應變的一種傳感器。應變式傳感器精度高，測量范圍廣。應變式傳感器結構簡單，尺寸小，質(zhì)量輕，可在高（低）溫、高速、高壓、強烈振動、化學腐蝕等各種惡劣條件下正常工作，這樣可以保證我們研發(fā)的測量系統(tǒng)在雨雪、酷暑等天氣下正常運行，避免了監(jiān)測人員和惡劣環(huán)境的直接接觸，減少不必要的損失，安全系數(shù)有了保障。應變式傳感器易于實現(xiàn)小型化、固態(tài)化和大規(guī)模生產(chǎn)推廣。傳感器中被測試件采用豎直懸臂梁，通過懸臂梁自重沿梁方向所產(chǎn)生的應變變化來反映房屋的傾角變化。

（2）在傳輸性能方面：將監(jiān)測房屋傾斜程度和智能傳感器相結合，具有自我診斷、自我校準功能，可對數(shù)據(jù)進行感知、分析、修正和誤差補償，提高了可靠性和測量精度。智能傳感器有存儲功能，可隨時檢測數(shù)據(jù)；時效性強，反應速度快，可在短時間內(nèi)獲取實時有效的數(shù)據(jù)。

（3）物聯(lián)網(wǎng)技術的應用是最大的亮點，物聯(lián)網(wǎng)技術的高速發(fā)展，實現(xiàn)了自動化、智能化、無人化的控制。本方案運用物聯(lián)網(wǎng)技術，將智能傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)骄W(wǎng)絡智能監(jiān)測軟件以及手機APP，這樣可以使監(jiān)測人員在任何時間、任何地點獲取房屋傾斜角度，以便于及時發(fā)現(xiàn)問題和采取加固措施。這樣可以不用監(jiān)測人員到現(xiàn)場監(jiān)測，大大減輕了工作量。手機APP在本項目中的應用體現(xiàn)了監(jiān)測技術集成化、易攜帶的特點。

（4）在傾斜傳感器裝置上安裝太陽能電池板，利用清潔能源供電，無環(huán)境污染，在成本上也大大節(jié)約了人力物力資源[4]。

4 結束語

目前傳感器的高速發(fā)展使得傳感器在生活中的應用越來越廣泛，基于物聯(lián)網(wǎng)的房屋傾斜監(jiān)測技術充分發(fā)揮了傳感器的體積小、質(zhì)量輕、低成本、高可靠性、低功耗、大量程、易于數(shù)字化、智能化的優(yōu)點，操作簡單，易于普及。物聯(lián)網(wǎng)技術將互聯(lián)網(wǎng)與傳感器相結合，數(shù)據(jù)采集具有準確性和時效性，還能及時記錄儲存，是信息化時代房屋傾斜監(jiān)測的必然趨勢。