老旧房屋健康智能监测云平台系统研究

本文是建筑学论文，研究采用系统框架设计、技术研究、功能开发实现这三个层次递进的方式，明确了感知层、网络层、云平台和应用层的任务分工，解决了监测数据信息从采集传输到后处理过程中的关键问题，开发了老旧房屋健康智能监测云，并初步应用在浙江省多县市政府房管监控中心，取得了良好的效果，本文主要结论包含以下几个方面：（1）通过分析物联网系统在其他应用领域的应用业务结构，总结了物联网系统通用架构。根据物联网系统设计原则，考虑了老旧房屋健康现状及监测要求，提出监测物联网系统的总体架构，并对现场感知网、远程通信网、监测数据中心、可视化应用终端各功能子层进行了概念设计。结合云计算的服务模式，对云计算在物联网系统中的应用做出分析与任务部署。（2）针对老旧房屋主体结构存在的倾斜、沉降、裂缝问题，并分析传统人工检测监测方法在数据采集与共享上的局限性，设计基于物联网的老旧房屋传感器监测系统，实现监测数据自动化采集与低功耗、实时传输，满足了低成本、实时动态、主动的老旧房屋健康智能监测的需求，解决了传统监测方法成本高、时效性差、受环境和人为因素影响大、标准难统一等问题。

第一章绪论

在我国的既有建筑中，最常见的就是民用建筑，特别是住宅和学校，随着时间推移和持续遭受外界因素的侵蚀，相当一部分最终会变成存在安全风险的老旧房屋，为此，老旧房屋的健康问题越来越多地引起社会各界的重视。而我国老旧房屋健康是一个集中了构件材料、房屋类型与结构设计、外界环境干扰及人为等多方面因素综合影响的复杂问题，对于使用者和技术人员难以及时有效发现房屋的变化和问题以便采取相应预警措施，对于政府相关部门则难以实现同时对大面积房屋进行安全监督和统一管理。目前，尚无成熟的针对老旧房屋健康状况监控、诊断和预警的有效方法，所以需要设计开发一套既有老旧房屋健康监测系统，对它的感知端、传输端、应用端进行研究和设计，通过利于智能的监测技术和高效的传输技术实时感知老旧房屋的健康状况，实现数据信息的自动化采集和良好的可视化人机交互监测，并对海量监测数据处理和安全预警等方面进行有针对性的优化，从而初步搭建起针对老旧房屋的健康智能监测系统，具有重大意义和实用价值。在近几年的老旧房屋监测项目实践探索中发现，大量的房屋需同时被监控，海量的监测数据需被实时采集记录和存储，为了能更好利用和分析这些庞大的数据资源，实现有效的房屋健康监测与安全预警，避免倒房事故再发生，就需要引入跨界多学科技术来对监测系统进行协助与加持。

第二章老旧房屋健康智能监测云平台系统的总体框架及工作原理

2.1引言

对于很多居民特别是老一辈的人都觉得自己的老房子不会倒塌，即使出现各种破损甚至变形也觉得是安全的，但是房屋的安全事故却一再发生，因此旧的监管检测规定规范也应与时俱进进行修改更新，更好地适应新形势下房屋安全的监测。因此，过去落后、效率低、效果有限、成本高的传统检测监测和危旧房人工巡检排查方法存在局限性，而与时俱进地利用物联网、云计算等新技术来研究和设计出一套针对老旧房屋健康智能监测云平台系统，不仅能实时准确地观测房屋结构变化的情况，为旧规范制度更新依据提供大量数据支撑，还能很好控制房屋安全监测的成本，及时发现危险的发生，评估房屋剩余寿命和必要的加固改造，以保持房屋的安全，避免许多可能导致人身安全和财产损伤的灾难。本章节主要介绍针对老旧房屋健康的智能监测云平台系统的设计原则、体系框架、相关技术及其工作原理。

2.2国内房屋安全检测评定机制

过去的规范、管理规定等对于房屋的使用安全管控已经取得了一定的效果，但是一方面还是不能更主动地为既有房屋提供全天候实时的安全保障，另一方面大部分法律法规都是针对在建工程、灾后房屋和已经成为危房的情况，普适或系统性的“既有房屋”相关法律法规还很缺乏，如目前仍然在大量使用的老旧房屋的安全评估还没相关的监管条例。面对新的需求广州、浙江等地陆续出台新的房屋使用安全管理规定作出尝试，浙江2017年施行的《浙江省房屋使用安全管理条例》为全国第一部房屋使用安全管理省级条例，明确提出在工程建设活动可能对周边房屋使用安全造成影响时“建设单位应当自行或者委托房屋安全鉴定机构对房屋进行安全影响跟踪监测，并根据监测结果采取安全防护措施。”，而各地住房城乡建设主管等部门对排查和日常管理中发现的存在安全隐患的房屋，应当进行动态监测和重点巡查。广州从2019年6月开始实施《广州市房屋使用安全管理规定》，提出市房屋行政主管部门应建立房屋使用安全动态信息管理系统，在市各级人民政府及部门间实现房屋使用安全管理信息共享。

第三章老旧房屋健康监测与智能巡检系统的设计与实现.................................................36

3.1引言.............................................................................................................................36

3.2老旧房屋损伤特点与诱因分析.................................................................................36

3.3老旧房屋传感器监测物联网系统总体架构.............................................................42

3.4智能巡检APP系统架构和功能设计总体架构.......................................................61

3.5本章小结.....................................................................................................................71

第四章老旧房屋健康智能监测云的关键技术和系统应用.................................................73

4.1引言.............................................................................................................................73

4.2老旧房屋健康智能监测云设计.................................................................................74

4.3老旧房屋监测数据预处理与后处理分析.................................................................82

4.4智能监测云平台系统的管理和房屋预警应用实现...............................................101

第五章结论与展望...............................................................................................................112

第四章老旧房屋健康智能监测云的关键技术和系统应用

4.1引言

本章节介绍了云计算，即一种新型网络应用服务模式，其以互联网为中心，让用户通过便捷的网络访问按需付费获取云端的庞大计算资源、数据中心与动态服务器集群等资源，使用户能在网络上快速且安全地获得海量数据信息的计算、存储、分析、管理等服务，云计算是功能强大的工具，有助于实现更高效便捷的老旧房屋健康监测；然后对倾斜传感器实时采集上传的数据进行分析与挖掘，并实现监测数据的云上处理；最后在浙江省某县市政府相关房管部门应用智能监测云平台系统，很好地实现政府对辖区内老旧房屋健康状况的监测与管理。老旧房屋一般会遭受两种损伤，分别是累积损伤和突发损伤，累积损伤一般是房屋的结构构件在历经长时间使用和外界侵蚀后缓慢积累的损伤，因为这类损伤具有缓慢累积的性质，所以可以通过智能传感器实时获取相关结构特征的参数信号来观察和提前发现损失的变化；突发损伤是由各种极端气象、水文地质、地震等自然灾害和人为灾害甚至爆炸等突发事件造成的，虽然事发突然，但也可以通过更全面的智能巡检发现安全隐患来降低突发事件的发生概率，或通过做好灾前防范和预警来降低突发损伤带来的损失。因此对于老旧房屋健康的智能监测应该把传感器监测与人工智能巡检进行有机结合，以便达到更好的房屋健康监测效果。

4.2老旧房屋健康智能监测云设计
为了完成老旧房屋健康智能监测的物联网应用层概念设计的要求，实现对监测数据信息的计算处理、存储和统计分析，来满足不同用户对房屋健康的监测数据利用、管理和可视化的需求，本文对传感器监测云数据中心与智能巡检云服务平台合并，命名为老旧房屋健康智能监测云平台（如下图4-1），并根据功能目标实现来设计监测云的体系架构。老旧房屋健康智能监测云具体功能目标包括：（1）房屋结构健康监测主要属于土木工程学科范畴，结构健康监测相关企业机构在开展业务后，需要以最便捷、高效、低成本的方式弹性配置或运维自己的IT基础设施资源池，来保障其应付海量数据信息的处理、计算、储存和管理的能力。（2）通过物联网感知层采集和网络层自主获取实时的海量原始监测数据信息，利用流计算对数据在存入数据库前先进行数据预处理，如发现和剔除异常数据和消除噪声等低时延计算操作，并利用分布式文件系统进行数据信息存储，建立每一栋老旧房屋的健康监测档案。

第五章结论与展望

面对倒房事故频发与老旧房屋安全问题日益凸显的今天，伴随我国智能传感器、信息化、数宇化技术的发展浪潮，基于物联网和云计算技术融合的老旧房屋健康监测己经成为趋势。对于老旧房屋存在的各种损伤老化、使用情况、安全检查排查等问题，通过工业级智能机和巡检APP软件任务驱动式的老旧房屋智能巡检APP系统，实现无纸化、高效、便捷、全面的房屋安全智能巡检，并利用蜂巢网络和百度地图定位功能，满足巡检任务与信息的实时更新和巡检工作开展地有效监督要求。老旧房屋传感器监测系统与智能巡检APP系统有机融合并实现上云，通过房屋监测应用场景选择阿里云公有云模式，对阿里云中关键技术进行分析，逐步为监测机构搭建监测云平台，解决了房屋健康监测大数据计算、处理和存储的难题，并设计了云上批量计算模块工作流程，实现监测数据的分布式并行计算。借助python软件工具对倾斜监测数据进行预处理和时间序列分析预测后处理，提高了监测数据的利用价值和房屋监测预警的效果，实现了监测数据的云上处理。最后为浙江省多市县政府房管部门搭建监控中心，初步实现老旧房屋健康智能监测云平台系统的管理与应用，结合三级预警和预警响应方案等措施，更好地保障了城镇老旧房屋和居民的安全
参考文献（略）