房屋结构安全监测系统守护房屋安全卫士
一、系统背景
随着时间的流逝，建筑物的主体结构、设备设施等会因为自然老化、材料疲劳、使用环境的变化以及维护不当等各种因素的影响，逐渐出现性能下降甚至安全隐患。因此，进行房屋安全监测显得尤为重要。房屋结构安全是指建筑物的结构体系在各种荷载作用下能够维持其预定功能的能力，这包括承载能力、稳定性、刚度以及耐久性。它不仅涉及建筑材料的性能，还包括结构设计、施工质量以及维护保养等方面。房屋结构安全是建筑安全的基础，直接关系到居民生命财产的安全。为了确保房屋结构安全，房屋安全监测工作应定期进行。通过监测，可以及时发现建筑物存在的问题，并采取相应的维修和加固措施，以防止问题的进一步恶化。此外，房屋安全监测还可以为房屋的维护保养提供科学依据，从而延长建筑物的使用寿命，确保其在各种荷载作用下能够维持其预定功能的能力。因此，房屋设计、施工和维护保养等各个环节都应严格把关，确保房屋结构安全。同时，定期进行房屋安全监测，及时发现并解决存在的问题，以保障建筑物的长期安全和稳定。
二、系统组成
房屋结构安全监测系统是一种先进的技术手段，旨在对房屋的沉降、倾斜、裂缝等关键指标进行实时、全天候的在线监测，以确保房屋结构的安全性。整个房屋建筑结构安全自动在线监测系统的架构如下图所示，其主要组成部分包括感知层、数据采集层、传输通信层、云平台及移动终端。感知层负责数据的采集，采集层负责数据的初步处理，传输通信层则确保数据能够安全、高效地传输到云平台。云平台作为系统的核心，负责数据的存储、分析和处理，而移动终端则为用户提供了一个便捷的界面，使他们能够随时随地查看房屋的结构安全状况。通过这种多层次、全方位的监测系统，房屋结构的安全性得到了极大的提升，为人们提供了一个更加安全、可靠的居住环境。这种系统采用层次化的设计方法，可以细分为感知层、采集层、云端层和应用层四个主要部分。
在感知层，各类传感器设备被精心安装在房屋的关键部位，如地基、墙体、梁柱等，以实时监测房屋的结构状态。这些传感器能够捕捉到微小的变化，如微小的沉降、倾斜角度的变化以及裂缝的产生和扩展。采集层则由一系列的采集设备组成，这些设备负责收集传感器传来的数据，并进行初步的运算处理。
采集设备处理后的数据通过4G无线网络传输到云服务器。云服务器具备强大的数据处理能力，能够对海量数据进行深入分析和处理。通过先进的算法，云服务器能够识别出潜在的结构问题，并将分析结果下发到后端的监测平台。监测平台则负责将这些信息进行整合，实现数据的协同工作，确保信息的实时更新和共享。
房屋结构安全监测系统还具备及时预警的功能。当系统检测到房屋结构出现异常情况时，会立即发出预警信号，通知相关人员采取相应的措施。这种预警机制大大提高了房屋结构安全的可控性，确保了人们的生命财产安全。
三、系统功能
■24 小时实时监测：对房屋倾角传感器、裂缝计、静力水准仪等全自动化在线监测，实时掌握房屋整体施工/运行的安全状态、从整体上把握房屋健康和安全状态。 
■多重分级预警：数据异常时，系统会触发相应三级报警机制，第一时间以短信、传真、广播等形式通知用户，让负责人第一时间知晓现场有异常情况。
■数据分析统计：云端接收到前端监测数据后，可自动对监测数据进行实时数据分析、处理、描绘变形曲线图，初步对监测结果进行预测，并可生成报表。
■应急预案处理：从专家库直接提取相应处理办法，及时采取人员介入、封锁房屋等办法，将安全隐患消除在萌芽状态。
■项目管理：根据需求建立或管理相应工程项目，同时对结构物、现场采集终端和传感器的参数进行设置；结构物的监测配置；设备管理等。
■应力应变监测：关键受力部位可能会产生裂缝，裂缝的发展趋势是判断结构承载能力的重要指，通过安装磁电式传感器，可以完成对房屋结构的长期监测。
■远程查询：可根据现场要求，远程无线传输至服务器，支持网页端和手机端随时查询现场数据。
■行业规范标准形成：制定出适合结构健康监测的安全评价标准体系，形成行业标准规范。
四、主要相关设备
█遥测终端机集传统水文遥测终端机功能、2G/3G/4G全网通/NB-IoT短报文无线长距离传输功能、LoRa无线短距离传输功能于一体，实现水文/水资源/地灾监测/气象等数据的采集、存储、传输、显示、控制、报警及传输等综合功能，同时支持GNSS定位功能。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供翻斗式雨量计接口、RS232、RS485、SDI、有线网口、420mA及05V模拟量输入、开关量输入、继电器输出和开关量输出接口，可满足各种不同应用的需求。该产品可广泛应用于各种水利信息化建设领域，如水文、水资源、水环境、水污染、山洪灾害、水库安全、大坝安全的远程测控领域。
█普适型GNSS接收机集成高精度GNSS芯片，数据采集模块、物联网通信技术的一体化先进监测专用接收机，采用低功耗概率设计，融合MEMS传感器技术实现变频智能监测，可以自动切换工作模式；采用高精度形变监测数据处理算法，可获得毫米级的实时形变监测精度，使用户实时掌握被监测体的瞬时形变情况，可满足用户实时掌握被监测体瞬时形变的需求。产品广泛应用于地灾监测、矿山安全监测、桥梁安全、大坝形变监测等领域。
█无线倾角仪是自主研发超低功耗且高性能的无线倾角传感器，针对户外无供电使用条件或无需时刻测量但必须定期检测物体姿态角度的行业应用，而开发的低功耗三轴倾角传感器。本传感器采用锂电池供电，物联网技术 NB-IOT通信，从而摆脱对使用环境的依赖。传感器长期处于待机状态，待机功耗低至 0.72mA，此外还配置一块高效太阳能板，使之有效续航长达5年。传感器根据用户设置的唤醒可定时上传数据到相关平台上，用户通过网络服务平台无需实地勘测便可知被测物体状态。设定角度阀值，当超过传感器检测到物体突发超出角度阀值时会主动唤醒设备并立刻上传信息。设定加速度阀值，当超过传感器检测到物体突发加速度超出设置的加速度阈值值时会主动唤醒设备并第一时间上传警报信息。该产品主要用于控制各种大型工程设施或设备状态监测，能够”实时”监控物体三轴倾斜状态。产品设计精密，对温度和线性度进行了再次补偿，集成了短路、瞬间高压、极性、涌浪等全面保护功能，适合各种恶劣工业环境作业。在产品的可靠性与稳定性上也采用工业级 MCU、三防 PCB 板、进口电缆、宽温金属外壳等名种措施来提高产品的工业级别。
█静力水准仪是测量高差及其变化的精密仪器。主要用于管廊、大坝、核电站、高层建筑、基坑、隧道、桥梁、地铁等垂直位移和倾斜的监测。静力水准仪一般安装在被测物体等高的测墩上或被测物体墙壁等高线上，通常通过现场采集箱内置单机版采集软件实现自动采集数据并存储于现场采集系统内，再通过有线或无线通讯与互联网相连进而传到后台网络版软件，从而实现自动化观测。
█裂缝计的核心是铁芯可动变压器。由铁心、衔铁、初级线圈、次级线圈组成，初级线圈、次级线圈分布在线圈骨架上，线圈内部有一个可自由移动的杆状衔铁。当衔铁处于中间位置时，两个次级线圈产生的感应电动势相等，这样输出电压为0；当衔铁在线圈内部移动并偏离中心位置时，两个线圈产生的感应电动势不等，有电压输出，其电压大小取决于位移量的大小。主要用于监测混凝土、岩土、土体和结构物表面裂缝的开合度。
五、系统价值
房屋结构安全监测在确保人民群众的生命财产安全、预防灾害事故以及提升城市管理水平方面扮演着至关重要的角色。通过对房屋结构进行持续的、实时的监测，我们可以准确地掌握其健康状况，从而及时发现潜在的安全隐患。这样一来，相关部门可以提前采取加固和维修措施，有效降低事故发生的风险，确保居民的居住环境安全稳定，避免因房屋倒塌或其他结构问题导致的人员伤亡和财产损失。此外，收集到的房屋结构监测数据不仅对科学研究具有重要的参考价值，还能为城市规划与建设提供宝贵的信息。通过对这些数据的分析，城市规划者和建设者可以更好地了解城市建筑的实际情况，从而制定出更加科学合理的规划方案，提高城市建设的质量和安全性。同时，这些数据还可以为政策制定者提供依据，帮助他们制定出更加有效的政策，以应对未来可能出现的各种结构安全问题，从而全面提升房屋安全的综合管理水平。