一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法
2023-10-27 19:40:07 1
專利名稱：一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法
技術領域：
本發明涉及鋼結構網架的健康監測技術領域，具體是一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法；主要基於物聯網技術及三維虛擬實境技術實現鋼結構健康監測。
背景技術：
鋼結構網架在我國得到了廣泛地應用，而且在建築規模上也也有較大的發展。2008年奧運會主要場館鳥巢和水立方都是現代鋼結構網架的傑出作品。在社會中已有大量鋼結構網架被用於建造體育場館、火車站以及路邊分布眾多的加油站。鋼結構網架具有工業化程度高、自重輕、穩定性高、外形美觀等特點。然而由於網架處於戶外環境中，長期使用易發生腐蝕，還可能遇到突發載荷，網架坍塌事故時有發生。當前網架健康監測還多是通過人工定期進行檢測及數據分析來實現。通過人工方式對網架進行健康監測存在以下幾個問題1.由於網架結構比較複雜，人工檢測存在工作量大，工作環境惡劣，以致網架的健康監測難以實施；2.當前對檢測數據的分析軟體，不能夠通過直觀的方式表達網架的健康狀況，加大了健康監測的專業性和難度，要求工作人員具備更加專業的知識和更強的勞動量；3.通過人工的方式不能得到網架的實時健康信息，無法確定突發載荷對網架的實際影響。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明提供一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，能夠通過獲取網架本身及周圍環境的相關參數，分析得到網架本身的損傷情況以及各杆件的受力情況，對網架健康狀況進行評估，發現危險後激活網架中的報警系統，通知網架下人員撤離並以簡訊的形式告知相關工作人員。本發明是以如下技術方案實現的一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法括數據採集、健康評估、三維虛擬實境和監測終端四個步驟，具體步驟如下
數據採集數據採集層用於採集自身參數及環境參數，數據預處理系統將數據採集層採集到的信息進行統一編碼；
健康評估數據預處理系統通過網際網路或區域網將預處理的數據傳輸到數據處理中心，數據處理中心對發送的信息進行綜合處理，根據網架個部位的頻率和振型變化，通過模態分析得到網架各部位的損傷情況；網架健康評估系統通過網架的損傷情況與網架杆件的受力情況以及網架所處的環境綜合分析網架的健康狀況，發現危險後啟動報警系統；三維虛擬實境三維虛擬實境系統將網架健康狀況直觀顯示在三維模型之上；
監測終端將反映網架健康狀況的三維模型上傳到網絡伺服器，網絡伺服器可以為網絡設備提供訪問；網絡設備可以通過客戶端直觀的了解網架的健康狀況；隨時隨地獲取網架的健康信息，及時有效地處理網架存在的問題。其進一步是三維虛擬實境系統在網架三維模型中直觀顯示網架的健康狀況，以不同顏色的透明塊表示網架對應部位的損傷程度，以杆件的顏色深淺表示對應杆件的應力情況，若顏色較深杆件處於損傷較重部位，則該處健康狀況較差。所述的網架自身參數採集傳感器包括應變傳感器、加速度傳感器和撓度傳感器；所述的環境參數採集傳感器包括雨量傳感器、雪量傳感器、風速傳感器和溫度傳感器；上述傳感器對應的安裝在鋼結構網架上。所述的各種傳感器採用無線傳感器。本發明的有益效果是通過傳感器獲取網架本身及周圍環境的相關參數。通過數據處理中心中的網架健康分析系統分析得到網架本身的損傷情況以及各杆件的受力情況並對網架健康狀況進行評估，發現危險後激活網架中的報警系統，通知網架下人員撤離並以簡訊的形式告知相關工作人員。通過三維虛擬實境系統將網架損傷情況以及杆件受力情況直觀的反映在網架的三維模型中，將網架健康監測情況上傳到網絡伺服器，通過訪問網絡伺服器中的信息，所有相關人員都可以通過網絡客戶端隨時隨地了解網架的健康狀況，便於及時發現隱患並與相關人員協商處理方法。
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。圖I是本發明流程框 圖2是本發明系統原理 圖3是鋼結構網架三維結構圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法括數據採集、健康評估、三維虛擬實境和監測終端四個步驟，具體步驟如下
數據採集數據採集層用於採集自身參數及環境參數，數據預處理系統將數據採集層採集到的信息進行統一編碼。健康評估數據預處理系統通過網際網路或區域網將預處理的數據傳輸到數據處理中心，數據處理中心對發送的信息進行綜合處理，根據網架個部位的頻率和振型變化，通過模態分析得到網架各部位的損傷情況；網架健康評估系統通過網架的損傷情況與網架杆件的受力情況以及網架所處的環境綜合分析網架的健康狀況，發現危險後啟動報警系統。三維虛擬實境三維虛擬實境系統將網架健康狀況直觀顯示在三維模型之上；三維虛擬實境系統在網架三維模型中直觀顯示網架的健康狀況，以不同顏色的透明塊表示網架對應部位的損傷程度，以杆件的顏色深淺表示對應杆件的應力情況，若顏色較深杆件處於損傷較重部位，則該處健康狀況較差。監測終端將反映網架健康狀況的三維模型上傳到網絡伺服器，網絡伺服器可以為網絡設備提供訪問；網絡設備可以通過客戶端直觀的了解網架的健康狀況；隨時隨地獲取網架的健康信息，及時有效地處理網架存在的問題。如圖2所示，數據採集層由網架自身參數採集傳感器和環境參數採集傳感器構成，其中，網架自身參數採集傳感器包括應變傳感器、加速度傳感器和撓度傳感器。環境參數採集傳感器包括雨量傳感器、雪量傳感器、風速傳感器和溫度傳感器；上述傳感器對應的安裝在鋼結構網架上。傳感器不僅採集網架本身的參數，還採集相關的環境參數。通過理論計算，給出傳感器最佳布置位置。由於網架結構複雜，而且傳感器的數量較多，傳統有線傳感器的布線非常困難有時是不能實現的。本發明中的所述的各種傳感器採用無線傳感器。
工作原理信號預處理系統將不同傳感器採集到的信息進行統一編碼，並通過網際網路將信息傳輸給數據處理中心。數據處理中心通過模態分析方法得到網架損傷情況，通過有限元分析方法得到網架的受力情況，並結合環境因素綜合分析網架的健康狀況。對其安全性和適應性進行綜合評估，查找安全隱患。當網架存在安全隱患時，以簡訊的形式通知相關工作人員，並調動網架中的報警系統通知網架下人員撤離。三維虛擬實境系統根據數據分析得到的網架健康狀況，在網架的三維模型中直觀的反映出來，如圖3所示。將網架的受損情況以塊狀以不同色彩的透明塊狀顯示，杆件的應力情況以杆件顏色深淺來反映。當應力較大杆件出現在受損嚴重部位時，即說明該部位需要進行加固或更換新杆件。並將不同環境參數以不同背景色的方式顯示在三維模型中，並根據顏色的深淺表示環境的惡劣程度。將網架三維虛擬健康狀況上傳到網絡伺服器。計算機和智慧型手機等都可以通過客戶端訪問伺服器，隨時隨地了解網架的健康狀況。並且有助於不同地點的相關工作人員遠程協商，更好地處理網架存在的健康問題。當網架存在安全隱患時，以簡訊的形式通知相關工作人員，並調動網架中的報警系統通知網架下人員撤離。
具體工作流程如下I、安裝傳感器。通過模態計算，以最優配置在網架上安裝相應的傳感器，包括應變傳感器、撓度傳感器和加速度傳感器以及雨量傳感器、雪量傳感器、風速傳感器和溫度傳感器。
2、通過三維建模軟體，建立鋼結構網架的三維模型，並在模型中標記傳感器的類型和安裝位置。
3、信號預處理系統，將傳感器採集到的各種信號轉換為數位訊號，並通過網際網路將這些數據傳輸到數據處理中心。
4、數據處理中心。根據網架個部位的頻率和振型變化，通過模態分析得到網架各部位的損傷情況。
5、數據處理中心中的網架健康評估系統。將網架的損傷情況與網架杆件的受力情況以及網架所處的環境綜合分析網架的健康狀況，發現危險後啟動報警系統。
6、報警系統。在網架上安裝警報器，能夠接受健康評估系統的指令，在網架處於危險狀態時，可以通知網架下人員及時撤離。報警系統還能夠通過簡訊通知相關工作人員網架存在的明顯隱患。
7、三維虛擬實境系統。能夠將網架當前的健康狀況，虛擬顯示在網架三維模型中，是工作人員可以直觀的了解網架存在的健康問題。
8、網絡伺服器。能夠將反映網架健康狀況的三維模型上傳到網絡伺服器，為網絡設備提供實時訪問。工作人員可以通過聯網的計算機或智慧型手機了解網架當前的健康狀況，並可與相關人員遠程協商處理隱患的方案。
權利要求
1.一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，其特徵在於包括數據採集、健康評估、三維虛擬實境和監測終端四個步驟，具體步驟如下 數據採集數據採集層用於採集自身參數及環境參數，數據預處理系統將數據採集層採集到的信息進行統一編碼； 健康評估數據預處理系統通過網際網路或區域網將預處理的數據傳輸到數據處理中心，數據處理中心對發送的信息進行綜合處理，根據網架個部位的頻率和振型變化，通過模態分析得到網架各部位的損傷情況；網架健康評估系統通過網架的損傷情況與網架杆件的受力情況以及網架所處的環境綜合分析網架的健康狀況，發現危險後啟動報警系統； 三維虛擬實境三維虛擬實境系統將網架健康狀況直觀顯示在三維模型之上； 監測終端將反映網架健康狀況的三維模型上傳到網絡伺服器，網絡伺服器可以為網絡設備提供訪問；網絡設備可以通過客戶端直觀的了解網架的健康狀況；隨時隨地獲取網架的健康信息，及時有效地處理網架存在的問題。
2.根據權利要求I所述的一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，其特徵在於三維虛擬實境系統在網架三維模型中直觀顯示網架的健康狀況，以不同顏色的透明塊表示網架對應部位的損傷程度，以杆件的顏色深淺表示對應杆件的應力情況，若顏色較深杆件處於損傷較重部位，則該處健康狀況較差。
3.根據權利要求I或2所述的一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，其特徵在於所述的網架自身參數採集傳感器包括應變傳感器、加速度傳感器和撓度傳感器；所述的環境參數採集傳感器包括雨量傳感器、雪量傳感器、風速傳感器和溫度傳感器；上述傳感器對應的安裝在鋼結構網架上。
4.根據權利要求3所述的一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，其特徵在於所述的各種傳感器採用無線傳感器。
全文摘要
本發明公開了一種鋼結構網架的三維虛擬實境健康監測方法，涉及鋼結構網架的健康監測技術領域。數據採集層用於採集自身參數及環境參數；數據預處理系統將數據採集層採集到的信息進行統一編碼的；數據預處理系統將預處理的數據傳輸到數據處理中心，數據處理中心對發送的信息進行綜合處理得到網架各部位的損傷情況；網架健康評估系統通過網架的損傷情況與網架杆件的受力情況以及網架所處的環境綜合分析網架的健康狀況，發現危險後啟動報警系統；三維虛擬實境系統將網架健康狀況直觀顯示在三維模型之上，並上傳到監測終端中網絡伺服器。優點將網架損傷情況以及杆件受力情況直觀的反映在網架的三維模型中，便於及時發現隱患處理。
文檔編號G01D21/02GK102980612SQ20121051601
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月5日 優先權日2012年12月5日
發明者王勇, 謝東, 徐覺慧, 王浩, 殷惠光, 劉紅玲, 李雁, 李長青, 王寧 申請人:徐州市產品質量監督檢驗中心