一种在线式分析振动监测数据的方法及系统与流程

本发明涉及在线分析系统技术领域，更具体地说，本发明涉及一种在线式分析振动监测数据的方法及系统。

背景技术：

建筑物受振动的影响程度大小，其表现为墙皮剥落，墙壁龟裂，地板裂缝，基础变形或下降倾斜等。严重时以至于倾覆坍塌的形式。建筑物受振动的影响与多重因素有关：1.振源的幅频特性；2.振源至建筑物的距离和振动传播介质的特性；3.建筑物的类型和陈旧程度等结构特性；4.建筑物整体与各部分响应特性。

标准依据参照国际标准化组织《振动评价指南iso2831》标准，标准从振动强度、振动频率范围、振动的方向、以及振动暴露的时间提供科学依据。在日常工作中，对建筑本体进行全方位的振动监测系统和方法不够完善，无法对建筑的健康状态进行检测和评估，无法对引起建筑振动的原因进行排查和修复。

技术实现要素：

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种在线式分析振动监测数据的方法及系统，通过对被监测的建筑本体建立有限元模型，将建筑本体的数据采集输入到模型中，在有限元模型中进行受力分析，软件模型生成荷载内力云图，根据内力云图确定建筑应力变化薄弱点，将振动传感器安装于建筑薄弱点处，通过振动传感器采集振动信息，实施全方位对建筑本体进行监测，分析建筑发生振动变化的潜在原因，为消除振动结构共振和其它因素引起的振动提供科学理论的依据。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种在线式分析振动监测数据的系统，包括振动监测设备终端，所述振动监测设备终端包括多个振动传感器，所述振动监测设备终端连接端设有串口服务器，所述串口服务器连接端设有采集网关，所述采集网关连接有本地服务器和客户端。

在一个优选地实施方式中，所述客户端连接有数据库、网页和app，所述客户端用于进行系统查阅和数据浏览。

在一个优选地实施方式中，所述振动监测设备用于对建筑本体采集振动信息，振动信息包括人行振动、人群自由行走振动、大型机器或交通工具工作产生的振动，所述振动传感器采用200hz实时进行采集。

在一个优选地实施方式中，所述振动传感器采取被动上传形式，采取485的有线方式集连到云服务器，所述串口服务器用于将振动传感器的485信号转化为网络信号。

一种在线式分析振动监测数据的方法，具体包括如下步骤：

步骤一，对被监测的建筑本体建立有限元模型，将建筑本体的数据采集输入到模型中，在有限元模型中进行受力分析，软件模型生成荷载内力云图，根据内力云图确定建筑应力变化薄弱点，将振动传感器安装于建筑薄弱点处；

步骤二，振动传感器对东西方向、南北方向和垂直方向三个方向的振动加速度进行采集，根据采集协议实时采集各项监测数据，采取485的有线方式集连到云服务器，上传数据报文，利用串口服务器将485信号转化为网络信号后，经采集网关传输至云服务器内；

步骤三，云服务器在云端上对数据报文进行解析，根据加速度振动的特点建立空间直接坐标系，x、y、z，根据建立的空间直接坐标系得出加速度振动的方向，振动传感器采集到加速度的方向后，根据采集的振动的频率和振幅的大小，计算出受检建筑三个不同方向的加速度振动曲线；

步骤四，云服务器根据不同的监测指标，对建筑的振动荷载进行不同的计算，生成对应的数据形式存放到数据库中，并将数据展示在客户端上，在页面展示过程中，根据不同的监测指标形成对应的展示模式，再根据对应的预警规则进行预警；

步骤五，用户通过网页或app访问云端查看数据的实时变化和预警，并对预警信息进行处理；

步骤六，云服务器定期对监测建筑生成健康报告，并进行健康评估。

在一个优选地实施方式中，在步骤四中的振动荷载计算过程中，判定振动类型不同，所用计算公式不同，对于公共场所人行振动人群自由行走竖向振动荷载，可仅计入竖直振动荷载，人群中自由行走的竖直振动荷载，用以下公式进行计算：

fv(t)表示——人群中自由行走的竖直振动荷载(n)；

q表示单人质量n，可取约600n；

f表示振动荷载频率(hz)；

φ表示第i阶振动荷载频率的初始相位角度；

k表示振动荷载频率阶数；

t表示时间(s)；

n表示人群的总人数。

在一个优选地实施方式中，对于人群中有节奏剧烈运动的竖向振动荷载计算公式为：

fv(t)表示——人群中自由行走的竖直振动荷载(n)；

q表示单人质量n，可取约600n；

f表示振动荷载频率(hz)；

φ表示第i阶振动荷载频率的初始相位角度；

k表示振动荷载频率阶数；

t表示时间(s)；

n表示人群的总人数。

本发明的技术效果和优点：

1、通过对被监测的建筑本体建立有限元模型，将建筑本体的数据采集输入到模型中，在有限元模型中进行受力分析，软件模型生成荷载内力云图，根据内力云图确定建筑应力变化薄弱点，将振动传感器安装于建筑薄弱点处，通过振动传感器采集振动信息，实施全方位对建筑本体进行监测，分析建筑发生振动变化的潜在原因，为消除振动结构共振和其它因素引起的振动提供科学理论的依据；

2、通过建模分析得到的数据与后端采集的数据进行人工对比和分析，参照国家规范得到结论，对振动监测设备终端采集的振动信息进行处理，根据不同的监测指标形成对应的展示模式，再根据对应的预警规则来判断是否达到预警状态，提醒用户采取相应措施，确定预警原因，并及时处理，提高了安全性，可定期生成数据监测报告，对监测建筑进行健康评估，通过评估报告来判断监测建筑的健康状况是否良好。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

附图标记为：1振动监测设备终端、2采集网关、3云服务器、4客户端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示的一种在线式分析振动监测数据的系统，包括振动监测设备终端1，所述振动监测设备终端1包括多个振动传感器，所述振动监测设备终端1连接端设有串口服务器，所述串口服务器连接端设有采集网关2，所述采集网关2连接有本地服务器和客户端4。

所述客户端4连接有数据库、网页和app，所述客户端4用于进行系统查阅和数据浏览，所述振动监测设备用于对建筑本体采集振动信息，振动信息包括人行振动、人群自由行走振动、大型机器或交通工具工作产生的振动，所述振动传感器采用200hz实时进行采集，所述振动传感器采取被动上传形式，采取485的有线方式集连到云服务器3，所述串口服务器用于将振动传感器的485信号转化为网络信号。

实施例2

一种在线式分析振动监测数据的方法，具体包括如下步骤：

步骤一，根据现场检测调查结果，按尺寸测绘取值，荷载按国家标准《建筑结构荷载规范》(gb50009-2012)的规定，根据材料强度检测评定结果，计算时，按照国家规范标准来确定，房屋钢筋锈涨等结构损伤的影响是否纳入模型计算中，然后采用中国建筑科学研究院结构研究所pkpm(v4.3)系列pmsap计算软件，根据国家标准《混凝土结构设计规范》(gb50010-2010)(2015年版)的有关要求和建筑本体的评定数值，对被监测的建筑本体建立有限元模型，将建筑本体的数据采集输入到模型中，在有限元模型中进行受力分析，软件模型生成荷载内力云图，根据内力云图确定建筑应力变化薄弱点，将振动传感器安装于建筑薄弱点处；

步骤二，振动传感器对东西方向、南北方向和垂直方向三个方向的振动加速度进行采集，根据采集协议实时采集各项监测数据，采取485的有线方式集连到云服务器3，上传数据报文，利用串口服务器将485信号转化为网络信号后，经采集网关2传输至云服务器3内；

步骤三，云服务器3在云端上对数据报文进行解析，根据加速度振动的特点建立空间直接坐标系，x、y、z，根据建立的空间直接坐标系得出加速度振动的方向，振动传感器采集到加速度的方向后，根据采集的振动的频率和振幅的大小，计算出受检建筑三个不同方向的加速度振动曲线；

步骤四，云服务器3根据不同的监测指标，对建筑的振动荷载进行不同的计算，生成对应的数据形式存放到数据库中，并将数据展示在客户端4上，在页面展示过程中，根据不同的监测指标形成对应的展示模式，再根据对应的预警规则进行预警；

步骤五，用户通过网页或app访问云端查看数据的实时变化和预警，并对预警信息进行处理；

步骤六，云服务器3定期对监测建筑生成健康报告，并进行健康评估。

实施例3

步骤一，振动传感器安装后，根据采集协议实时采集建筑本体的各项监测数据，上传数据报文到采集网关2,采集网关2将数据报文传送至云服务器3(如使用本地服务器则将数据传输到本地服务器中)；

步骤二，云服务器3对数据报文进行解析，得到需要的可视数据信息，根据不同的监测指标，生成对应的数据形式存放到数据库中，在页面展示过程中，根据不同的监测指标形成对应的展示模式，再根据对应的预警规则来判断是否达到预警状态，如正常，则在客户端4显示界面显示正常数据，如达到预警状态，则根据设置的预警规则来判断数据的预警级别，高亮显示在客户端4界面中，提醒监测工作者及时处理；

步骤三，用户通过网页或app实时浏览监测数据，如发现预警信息后，应及时采取相应措施，确定预警原因，并及时处理，预警状态处理完成后，可在客户端4提交预警信息产生原因、处理过程、处理结果等记录信息；

用户浏览的监测数据采用3d图形和数据图表的方式来展示，可以清晰看出各个监测点的安装位置及监测数据，可以通过筛选监测站点的监测指标、监测时间段、监测部位等条件来具体查看需要了解的监测数据，方便使用者及时发现监测报警情况，及时处理。

步骤四，定期生成数据监测报告，对监测站点进行健康评估，通过评估报告来判断监测站点的健康状况是否良好，如有影响监测点健康状态的因素，应及时采取相对应的解决措施。

实施例4

选取多种场景，利用上述的一种在线式分析振动监测数据的方法对建筑振动荷载进行不同的计算，其中：

在振动荷载计算过程中，判定振动类型不同，所用计算公式不同，对于公共场所人行振动人群自由行走竖向振动荷载，可仅计入竖直振动荷载，人群中自由行走的竖直振动荷载，用以下公式进行计算：

fv(t)表示——人群中自由行走的竖直振动荷载(n)；

q表示单人质量n，可取约600n；

f表示振动荷载频率(hz)；

φ表示第i阶振动荷载频率的初始相位角度；

k表示振动荷载频率阶数；

t表示时间(s)；

n表示人群的总人数；

对于人体舒适度，荷载频率阶数可只计前3阶；对于振动敏感建筑，荷载频率阶数宜计入4/5阶的影响；

对于人群中有节奏剧烈运动的竖向振动荷载计算公式为：

fv(t)表示——人群中自由行走的竖直振动荷载(n)；

q表示单人质量n，可取约600n；

f表示振动荷载频率(hz)；

φ表示第i阶振动荷载频率的初始相位角度；

k表示振动荷载频率阶数；

t表示时间(s)；

n表示人群的总人数；

c(n)——人群中有剧烈运动的协调系数；

对于人群中有节奏运动的协调系数c(n)，宜用以下；表中规定取值：

分析三个不同方向的的加速度振动曲线，考虑考虑到人员日常生活主要是在建筑内楼面(地面)上，其振动方向特征与环境振动中相似，为简化标准和测量方法，从振动的实际影响出发，并保持与相关国家标准的一致性。

本次测试主要采用垂直方向作为振动数据评判方向。

通过1/3倍频程处理得振动加速度级，各测点振级，频率计权因子参照《gb/t13441.1-2017》规范标准。

大型机器或交通工具的影响(包括施工工具、工厂机器、高铁/地铁/飞机等交通工具等因素)等计算公式详细参照《住宅建筑室振动限值及测量方法标准》(gb/t50355-2017)、《建筑室内振动限值及测量方法标准》(gb/t50355-2017)、《gb10070-88》中的规范标准分析得出准确结果。

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。