一种大型古建筑裂缝与倾斜变化定量监测系统及其预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于大型古建筑（如故宫、长城）的安全监测领域，特别涉及一种大型古建 筑裂缝与倾斜变化定量监测系统及其预测方法。
【背景技术】
[0002] 对古建筑中的沉降、裂缝与倾斜应定期监测其现状和发展趋势，以便分析其变化 的产生原因及其对古建筑安全的影响，并及时进行有效的治理，做到早预防、早发现、早消 除。
【发明内容】
[0003] 为了达到上述目的，本发明采用无线传感网络和图像处理技术，并辅以一定的预 测方法，实现大型古建筑的裂缝与倾斜变化进行定量监测及其趋势预测。具体技术方案如 下：
[0004] 一种大型古建筑裂缝与倾斜变化定量监测系统，由监测节点、网关节点、监测中心 电子计算机组成，其特征在于，监测节点分布设置在古建筑上或需要监测处的附件物体上， 特别是古建筑的裂缝或/和倾斜处，监测节点包括带有摄像传感器的ZigBee无线传感网络 节点，监测节点经网关节点通过GPRS网络与Internet网络连接监测中心电子计算机，将古 建筑裂缝与倾斜的图像信息实时传输到监测中心电子计算机中，在计算机屏幕上自动显示 所监测的各具体确实位置的古建筑裂缝与倾斜的变化值，变化值超出规定阈值，计算机自 动预警，同时将预警发送至操作人员手机上，利用计算机预测古建筑裂缝与倾斜的发展趋 势。
[0005] 进一步的，监测节点由以下部件组成：摄像传感器、信号调理电路、基于ZigBee 通信协议的射频发射模块，其中摄像传感器通过信号调理电路与基于ZigBee通信协议的 射频发射模块连接，且均与光电源连接，光电源上连有电源管理芯片，统一控制供电；基于 ZigBee通信协议的射频发射模块上连接有液晶显示器和USB接口。
[0006] 优选的，摄像传感器为SAT系列红外探测器。
[0007] 优选的，基于ZigBee通信协议的射频发射模块是CC2430芯片。
[0008] 进一步的，网管节点由以下部件：基于ZigBee通信协议的射频接受模块、微处理 器、SIM卡座、GPRS模块顺次连接而成，它们均由风光电源供电，并由电源管理芯片统一执 行供电管理。
[0009] 优选的，微处理器选用AT91RM9200芯片。
[0010] 一种大型古建筑裂缝与倾斜变化定量监测系统的预测方法，运用灰色预测方法， 拓灰色预测模型充分利用裂缝或倾斜的形状尺寸参数Xi、X2、X3把随时间变化的尺寸累加求 和，生成新的序列，用一条曲线逼近，逼近曲线还原后即为拓灰色预测模型。
[0011] 有益效果
[0012] 本发明与现有技术相比具有以下积极效果：（1)采用摄像头传感器，对古建筑裂 缝和倾斜进行监测，是一种无接触的，可以增加监测系统的可靠性，提高监测精度。（2)采用 ZigBee网络协议，由于灵活的网络结构，超大的网络容量，特别适合大型古建筑的安全监 测。（3)采用无线传感网络，无需在古建筑上敷设大量导线，节约成本，降低施工难度。（4) 无需工作人员定期巡回检查监测系统，节约大量人力成本。（5)将ZigBee网络、GPRS网络 和Internet网络结合起来，适合大型与超大型古建筑的安全监测。（6)采用红外摄像传感 器可不受天气影响实施24小时监测。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的一种大型古建筑裂缝与倾斜变化定量监测系统示意图；
[0014] 图2是ZigBee网络监测节点原理图；
[0015] 图3是ZigBee网络网关节点原理图。
[0016] 其中，1.监测节点；2.网关节点；3. GPRS网络；4. Internet网络；5.监测中心计算 机；6.摄像传感器；7.信号调理电路；8.基于ZigBee通信协议的射频发射（接收）模块； 9液晶显示器；10. USB接口；11.光电源；12.电源管理芯片；13.微处理器；14.风光电源； 15. SIM 卡座；16. GPRS 模块。
【具体实施方式】
[0017] 为使本发明的目的和技术方案更加清楚，以下结合附图对本申请的技术方案进行 清楚、完整地描述。所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于 所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0018] 实施例1 :一种大型古建筑裂缝与倾斜变化定量监测系统，由监测节点1、网关节 点2、监测中心电子计算机5组成，监测节点1分布设置在古建筑上或需要监测处的附件物 体上，特别是古建筑的裂缝或/和倾斜处，监测节点1包括带有摄像传感器6的ZigBee无 线传感网络节点，监测节点1经网关节点2通过GPRS网络3与Internet网络4连接监测 中心电子计算机5,将古建筑裂缝与倾斜的图像信息实时传输到监测中心电子计算机5中， 在计算机屏幕上自动显示所监测的各具体确实位置的古建筑裂缝与倾斜的变化值，变化值 超出规定阈值，计算机自动预警，同时将预警发送至操作人员手机上，利用计算机预测古建 筑裂缝与倾斜的发展趋势。
[0019] ⑴监测节点
[0020] 如图2所示的监测节点1，红外摄像传感器6将对准所要监测古建筑中的裂缝和 倾斜，将摄制的图像经信号调理电路7处理后，由基于ZigBee通信协议的射频模块8发 射图像信息。监测节点1用光伏电源11。监测节点1的各个芯片型号可以作如下选择： CC2430是Chipcon公司生产的用来实现嵌入式ZigBee应用的芯片系统，它支持2. 4GHz IEEE802. 15. 4/ZigBee协议。CC2430芯片以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交 互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为支持，得到嵌入式机构的高度认可，CC2430芯片系 统模块集成了 CC2420RF收发器，增强工业标准的8051MCU. 32/64/128KB闪存，8KB SRAM等 高性能模块，并内置ZigBee协议，加上超低能耗，使得它可以用很低的费用构成ZigBee节 点。
[0021] 红外摄像传感器6采用SAT系列红外摄像仪，其均采用非制冷焦作平面红外探测 器，该红外探测器采用多晶硅材料制备的单片式电阻型微测辐射热计技术，探测器列陈规 模320X240,像元中心距45 μΜ，填充因子大于80%，噪声等效温差（NETD)达到IOOmk(典 型值）。
[0022] 为了适应古建筑安全监测的实际需要，节约能源，监测节点1应用光伏电源，选用 的光伏电源型号为SAS2. 5-WED。
[0023] (2)网关节点
[0024] 由于ZigBee协议依据ΙΕΕΕ802. 15. 4标准，在数千个微小的监