本發(fā)明涉及古建筑保護,尤其涉及一種用于古建筑健康監(jiān)測與智慧管理的系統(tǒng)及方法。
背景技術:
1、古建筑作為重要的文化遺產(chǎn),具有重要的歷史、文化和藝術價值,其保護工作至關重要。隨著時間的推移,古建筑會受到自然環(huán)境、人為因素等多種因素的影響,導致建筑結構老化、病害發(fā)生,甚至存在安全隱患。這些隱患如果不及時發(fā)現(xiàn)和處理,造成的損失不可估量。傳統(tǒng)的人工巡檢和定期檢測方式存在效率低、費時費力、成本高、信息不及時、局限性多等問題,無法及時發(fā)現(xiàn)潛在的隱患,難以滿足現(xiàn)代古建筑保護的需求。
2、現(xiàn)有技術的古建筑健康監(jiān)測方法大多只注重數(shù)據(jù)的采集和存儲,缺乏對數(shù)據(jù)的分析和智能化處理,無法有效進行預警和管理。主要缺點如下:
3、1、現(xiàn)有技術的監(jiān)測設備通常需要安裝在古建筑表面,會對古建筑物的外觀和結構造成一定程度的影響,可能會破壞古建筑的原有風貌,甚至可能對古建筑的結構穩(wěn)定性造成潛在威脅。
4、2、監(jiān)測數(shù)據(jù)可能受到環(huán)境因素干擾,導致數(shù)據(jù)準確性不足,難以準確反映建筑的真實狀況;且獲取的數(shù)據(jù)大多依賴人工分析,尚未建立有效的預警和應急響應機制,難以及時發(fā)現(xiàn)潛在的隱患,效率低。
5、3、參與保護范圍主要針對專業(yè)人員,缺乏公眾的參與和對公眾保護古建筑的引導,導致公眾對古建筑的保護意識不足。
6、因此,需要提供一種用于古建筑健康監(jiān)測與智慧管理的系統(tǒng)及方法,能夠解決現(xiàn)有技術中監(jiān)測設備安裝時破壞古建筑、缺乏數(shù)據(jù)處理和預警、古建筑保護公眾參與度低的問題。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于提供一種用于古建筑健康監(jiān)測與智慧管理的系統(tǒng)及方法,能夠解決現(xiàn)有技術中監(jiān)測設備安裝時破壞古建筑、缺乏數(shù)據(jù)處理和預警、古建筑保護公眾參與度低的問題。
2、本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的:
3、一種用于古建筑健康監(jiān)測與智慧管理的方法,包括以下步驟:
4、步驟1:遍歷古建筑的信息要素,研究古建筑的歷時狀態(tài)影響因素,確定影響因子及其影響程度;
5、步驟2:根據(jù)影響因子及影響程度,建立古建筑的健康狀態(tài)分級體系;
6、步驟3:融合古建筑的各種信息要素,形成古建筑保護數(shù)據(jù)庫,采用數(shù)據(jù)庫分層設計,將靜態(tài)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)分別存儲在不同層級的數(shù)據(jù)庫中;
7、步驟4:依據(jù)影響因子設計軟硬件實現(xiàn)功能,以傳感器、攝像頭、無人機的組合監(jiān)測古建筑的結構及環(huán)境狀況,并組網(wǎng)開發(fā)管理;
8、步驟5:基于孿生引擎設計開發(fā)智慧管理平臺,以云服務串聯(lián)各端口,實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲、計算和分析,形成數(shù)據(jù)可視化看板;
9、步驟6:采用正逆向結合方式建立目標古建筑的實景孿生模型,針對古建模型特點,將實景孿生模型進行分層級轉換;
10、步驟7:根據(jù)被監(jiān)測古建筑的特征部署傳感器,并組網(wǎng)測試,利用iot設備遮蔽裝置融入古建筑中;
11、步驟8:針對實景孿生模型的特點進行編碼組合與信息映射,利用編碼體系將傳感數(shù)據(jù)與實景孿生模型綁定,定位數(shù)據(jù)源;
12、步驟9:在古建筑的周邊選定適宜位置,安裝無人機自動啟停駁機裝置,利用無人機搭載rtk與視覺識別設備,與無人機控制系統(tǒng)聯(lián)動,自主控制無人機對古建筑進行巡檢,擴展監(jiān)測范圍;
13、步驟10:將傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)和無人機采集的巡檢數(shù)據(jù)傳輸至智慧管理平臺,智慧管理平臺對采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行清洗和預處理,消除噪聲和異常值;
14、步驟11:對清洗和預處理后的數(shù)據(jù)進行特征提取和模式識別,并融合生成可視化看板,連接保護閾值數(shù)據(jù)庫,所監(jiān)測數(shù)據(jù)達到各分級閾值時,發(fā)出預警信息并響應對應預警措施。
15、所述的步驟1中,影響因素包括古建筑的建造年代、材料、結構、使用環(huán)境、歷史維護記錄、周邊環(huán)境變化,影響因子包括:自然因素:降雨、溫度、濕度;人為因素:使用方式變化、維護保養(yǎng)不到位、周邊環(huán)境污染;建筑自身因素:材料老化、結構缺陷、病蟲害、風化。
16、所述的步驟2中,將古建筑的健康狀態(tài)分為以下四個等級:
17、一級:正常,無明顯異常,狀態(tài)良好;
18、二級:警告,輕微損傷,局部出現(xiàn)輕微裂縫、風化、脫落或生物入侵現(xiàn)象;
19、三級:危險,中度損傷,出現(xiàn)較明顯的結構性問題,包括大面積裂縫、變形;
20、四級:緊急,重度損傷,出現(xiàn)重大安全隱患,需要緊急維修或加固。
21、所述的步驟3中,靜態(tài)數(shù)據(jù)包括古建筑的基本信息,如建筑年代、材料、結構、歷史維修記錄;動態(tài)數(shù)據(jù)包括實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境變化記錄。
22、一種用于古建筑健康監(jiān)測與智慧管理的方法的系統(tǒng),包括終端應用設備、智慧管理平臺、監(jiān)測設備、數(shù)據(jù)傳輸架構和設備裝置;監(jiān)測設備包括無人機和傳感器組件,設備裝置包括無人機自動啟停駁機裝置和iot設備遮蔽裝置,無人機通過無人機自動啟停駁機裝置布置在古建筑的周邊并對古建筑進行巡檢,傳感器組件通過iot設備遮蔽裝置融入古建筑中;智慧管理平臺搭載于終端應用設備上,智慧管理平臺通過數(shù)據(jù)傳輸架構與無人機和傳感器組件連接。
23、所述的終端應用設備包括pc端、移動端、開發(fā)于pc端和/或移動端上的小程序;在智慧管理平臺上拓展訪客用戶模塊,基于微信小程序開發(fā)后端鏈接,游客用戶通過微信小程序體驗虛擬數(shù)字場景,當游客發(fā)現(xiàn)古建筑即時狀態(tài)異常時,通過小程序拍照上傳并描述即時狀態(tài)異常的信息,提供保護建議;
24、所述的數(shù)據(jù)傳輸架構包括lora網(wǎng)關、無線路由、寬帶;
25、所述的傳感器組件包括應變計、位移傳感器、靜力水準儀、裂縫計、傾角儀、風速儀、溫度計、濕度計、光照傳感器、攝像頭。
26、所述的無人機自動啟停駁機裝置包括底座、角柱、燈箱和頂板、停機坪和啟停駁機組件;角柱豎向固定于底座上,燈箱固定于角柱的頂部,停機坪可升降式嵌裝在燈箱的頂部,啟停駁機組件設置在燈箱且位于停機坪的下方;若干塊頂板軸向布置在燈箱的頂部邊緣處,若干塊頂板通過電動鉸鏈可轉動開合式形成屋脊狀頂蓋,屋脊狀頂蓋與燈箱的頂面之間形成空腔,無人機停駁在該空腔內的停機坪上。
27、所述的啟停駁機組件包括無線充電模塊和弱電控制模塊;燈箱的頂面上形成有控制槽,停機坪通過若干根電動伸縮桿可升降式嵌裝在控制槽內;無線充電模塊嵌裝在控制槽的中部,無人機停駁在降至控制槽底部的停機坪上并通過無線充電模塊無線充電;若干個弱電控制模塊分別嵌裝在控制槽內且位于無線充電模塊的旁側。
28、所述的控制槽為矩形結構,該矩形結構的一條對角線兩端分別設置排水孔,該矩形結構的另一條對角線兩端分別設置供弱電控制模塊布線的弱電線孔。
29、所述的無人機自動啟停駁機裝置控制無人機對古建筑進行巡檢的方法包括以下步驟:
30、s1:在無人機起飛前,根據(jù)預設程序發(fā)送無人機巡檢請求;
31、s2:通過智慧管理平臺調用外部環(huán)境參數(shù)信息,自主判斷是否起飛,若是,則執(zhí)行s3,若否,則等待合適巡檢機會,返回s1;
32、s3:啟動巡檢程序,向啟停駁機組件發(fā)送無人機起飛的請求;
33、s4:啟停駁機組件接收請求,開啟屋脊狀頂蓋的各頂板;
34、s5:屋脊狀頂蓋完全打開后,通過啟停駁機組件控制電動伸縮桿伸出,提升停機坪和無人機上升至與燈箱的頂面齊平;
35、s6:啟動無人機并起飛,無人機起飛后控制各頂板閉合形成屋脊狀頂蓋,無人機按照設定的航線進行巡檢,無人機執(zhí)行巡檢任務時將采集到的實時數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸架構傳輸至智慧管理平臺;
36、s7:無人機巡檢結束后,飛回至屋脊狀頂蓋的上方,屋脊狀頂蓋開啟;
37、s8:定位停機坪,調整姿態(tài)并降落至停機坪上;
38、s9:關停無人機,通過啟停駁機組件的弱電控制模塊控制電動伸縮桿收回,使停機坪下降,并閉合屋脊狀頂蓋;
39、s10:啟動無線充電模塊的無線充電程序,為無人機自主供電;
40、s11:充電完成后關閉無線充電模塊的無線充電程序,等待下一次巡檢。
41、本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比,具有以下有益效果:
42、1、本發(fā)明針對古建筑保護與仿古建筑健康監(jiān)測與管理領域,開發(fā)了智慧管理平臺,建立數(shù)字模型與實體建筑的數(shù)據(jù)互動機制,解決了傳統(tǒng)建筑狀態(tài)有效數(shù)據(jù)實時傳輸與協(xié)作處理的難題,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可視化和智能預警,為傳統(tǒng)文化的保護和傳承提供了有力支持,同時也適用于仿古建筑領域。
43、2、本發(fā)明通過將模型管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、智能識別、模擬分析、可視化管理、預警和終端應用等模塊有機結合,構建了一個全面而高效的古建筑健康監(jiān)測與智慧管理系統(tǒng);該系統(tǒng)不僅能優(yōu)化數(shù)據(jù)流動和處理流程,還能提高系統(tǒng)的操作效率和響應速度,使得古建筑的監(jiān)測和管理更加精準和及時?;趥鞲衅骱蜔o人機的多維一體的全方位監(jiān)測手段,能夠全面捕捉古建筑的微小變化,確保了監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性和準確性,為后續(xù)的分析和預警提供了可靠的信息來源。本發(fā)明設計了具有傳統(tǒng)形式的無人機啟停駁機裝置和自主巡檢方法,擴展了監(jiān)測范圍,不僅提高了巡檢工作的效率和安全性,還避免了對古建筑造成不必要的干擾。通過自動化的監(jiān)測和智慧管理,提高預警準確性,及時發(fā)現(xiàn)潛在風險,有效地提高古建筑的監(jiān)測效率、預警精準度和管理水平,為古建筑的保護提供科學、高效的保障。本發(fā)明同時基于小程序拓展開發(fā)了訪客模式,進行可視化展示,提升管理交流與公眾參與度。將傳感、計算、人機交互等多種新技術有機融合,極大提升了傳統(tǒng)建筑的智慧管理能力。