基于物聯網的房屋傾斜監測技術研究

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

隨著當今經濟社會的日益發展，人口、資源、環境問題日益突出。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的正常生產的情況下，及時的發現房屋建筑存在的隱患和已經存在的問題，為后續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生產提供保障，我們需要有一套成熟的房屋傾斜監測技術。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業生產和居民生活的保障，實時監測房屋傾斜程度是及時發現問題并采取補救措施的重要手段。現有的傾角測量方法主要是傳統人工測量和自動化測量。傳統的人工測量方法有很多種，如利用全站儀、經緯儀、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場實際情況，通常現場測量完以后，過一段時間，傾角又會有新的變化，數據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，物聯網技術高速發展。物聯網利用電子設備實現了人與人、人與物、物與物的連接，方便技術人員的管理和控制。現如今，將這種技術運用到房屋傾斜監測技術中將大大提高系統的效率和測量的精度。

1 監測系統基本原理

采用物聯網系統，將計算機、網絡、傳感器、微處理器實現智能化、網絡化的結合，把接收到的一系列數據信息通過無線傳感器網絡智能監測軟件處理后生成房屋傾斜角度的時間連續圖像。由于物聯網技術的智能化、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據。該方法采用的是將應變片作為轉換元件，將房屋傾斜產生的應變轉換為電阻的變化，應變的變化會產生電阻的變化，從而我們通過微處理器得到電壓的變化信號U=f（ε），并傳輸到無線傳感器智能監測軟件，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據[1]。

2 數據查詢系統設計

傳感器采集到的數據通過GPRS網絡發送到服務器，經過GPRS服務器接收軟件的處理后，將數據儲存到MySQL數據庫中，在通過JAVA語言編寫的APP查詢數據，了解房屋傾斜情況，對房屋整體安全做客觀評價。主要實現的接口有：①登錄驗證②獲取各檢測參數列表③獲取參數數據④獲取參數近30天的折線圖和變化趨勢[2]。

3 創新特色

該技術的創新之處在于將物聯網技術應用于房屋傾斜監測，可以實現任何時刻、任何地點都能及時獲取數據，本項目將開發一套無線傳感器網絡智能監測軟件用于對傳感器傳出數據的處理分析，繪制圖像。在監測速度、安全系數、數據時效、數據精度、技術難度、環境保護和成本預算方面都更好的解決了現有監測方法存在的諸多問題，具有較強的綜合優勢[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的測量系統在雨雪、酷暑等天氣下正常運行，避免了監測人員和惡劣環境的直接接觸，減少不必要的損失，安全系數有了保障。應變式傳感器易于實現小型化、固態化和大規模生產推廣。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，可對數據進行感知、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，可隨時檢測數據；時效性強，反應速度快，可在短時間內獲取實時有效的數據。

（3）物聯網技術的應用是最大的亮點，物聯網技術的高速發展，實現了自動化、智能化、無人化的控制。本方案運用物聯網技術，將智能傳感器監測到的數據及時傳輸到網絡智能監測軟件以及手機APP，這樣可以使監測人員在任何時間、任何地點獲取房屋傾斜角度，以便于及時發現問題和采取加固措施。這樣可以不用監測人員到現場監測，大大減輕了工作量。手機APP在本項目中的應用體現了監測技術集成化、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，無環境污染，在成本上也大大節約了人力物力資源[4]。

4 結束語

目前傳感器的高速發展使得傳感器在生活中的應用越來越廣泛，基于物聯網的房屋傾斜監測技術充分發揮了傳感器的體積小、質量輕、低成本、高可靠性、低功耗、大量程、易于數字化、智能化的優點，操作簡單，易于普及。物聯網技術將互聯網與傳感器相結合，數據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測的必然趨勢。