基于无线传感器数据采集技术的建筑物沉降安全监测方法与流程

本发明属于建筑物沉降监测技术领域，具体而言，涉及基于无线传感器数据采集技术的建筑物沉降安全监测方法。

背景技术：

近年来,随着社会的不断进步,高层及超高层房屋建筑物越来越多，这意味着建筑物施加给地基的荷载在增加,建筑物产生的变形在增加,因此对高层房屋建筑物进行沉降监测就显得尤为重要。然而目前高层房屋建筑物的沉降监测大多只是针对房屋建筑物的地基区域，忽略了对房屋建筑物地面建筑部分的沉降监测，由于目前高层房屋建筑物中住户数量都比较多，当房屋建筑物地面建筑部分出现不均匀沉降而又未及时监测到时，很有可能导致房屋建筑物地面建筑部分倾斜，严重者致使建筑物倒塌，给住户的生命安全带来巨大威胁。由此可见单纯只对高层房屋建筑物的地基区域进行沉降监测很显然是不合理的，该监测方式监测指标过于单一，导致监测结果片面、准确度不高，无法全面精准反映高层房屋建筑物的沉降状况。

技术实现要素：

为了至少克服现有技术中的上述不足，本发明的目的在于提供基于无线传感器数据采集技术的建筑物沉降安全监测方法，通过分别对房屋建筑物对应的地面建筑部分和地基区域进行沉降监测，并综合以上监测结果统计该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数，有效弥补了目前高层房屋建筑物的沉降监测结果全面精准反映高层房屋建筑物沉降状况的不足。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

基于无线传感器数据采集技术的建筑物沉降安全监测方法，包括以下步骤：

s1.房屋建筑物建筑楼层检测点布设：对房屋建筑物对应的地面建筑部分统计建筑楼层数量，并对统计的各建筑楼层按照距离地面的距离由低到高的顺序进行编号，依次标记为1,2,...,i,...,n，同时对各建筑楼层进行水平方向检测点布设，进而对各建筑楼层布设的各检测点进行编号，分别标记为1,2,...,j,...,m；

s2.监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合构建：在各建筑楼层布设的各检测点位置处埋设位移传感器，并在设定的各监测时间点根据埋设的位移传感器检测各建筑楼层对应各检测点距离地面的垂直高度，进而将其构成监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合h^ti(h^ti1,h^ti2,…,h^tij,…,h^tim)，h^tij表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应第j个检测点距离地面的垂直高度，t表示为监测时间点，t＝1,2,...,k；

s3.建筑楼层距离地面标准垂直高度获取：根据该房屋建筑物对应建筑楼层之间的垂直间距，获取该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度；

s4.监测时间点建筑楼层检测点沉降位移获取：将监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合对应与该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度进行对比，得到各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移，并将其构成监测时间点建筑楼层检测点沉降位移集合表示为第t个监测时间点第i个楼层对应第j个检测点的沉降位移；

s5.建筑楼层沉降不均匀指数统计：按照监测时间点的编号顺序和建筑楼层的编号顺序依次从监测时间点建筑楼层检测点沉降位移集合中提取各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移，并将其按照检测点的编号顺序进行相邻检测点的沉降位移对比，得到各监测时间点各建筑楼层对应相邻检测点的沉降位移差，进而以此统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数；

s6.建筑楼层沉降排序：将各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数进行对比，从而对各建筑楼层进行沉降排序；

s7.房屋建筑物对应地面建筑沉降危险系数评估：根据各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数；

s8.房屋建筑物对应地基沉降危险系数评估：对该房屋建筑物对应的地基区域通过土壤参数采集终端进行土壤参数采集，得到该房屋建筑物对应地基区域的土壤参数，并获取该地基区域与土壤的接触面积，进而据此评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数；

s9.房屋建筑物综合沉降危险系数统计：结合该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数和地基沉降危险系数统计该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数。

作为本发明的进一步改进，所述对各建筑楼层进行水平方向检测点布设，其具体布设方法执行以下步骤：

a1:获取各建筑楼层对应的水平长度；

a2:按照设定的长度划分间隔对各建筑楼层对应的水平长度进行均匀检测点布设。

作为本发明的进一步改进，所述各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移的获取方法为将该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度减去该建筑楼层对应各检测点距离地面的垂直高度。

作为本发明的进一步改进，所述s5中统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数，其具体统计过程如下：

b1:将各监测时间点各建筑楼层对应相邻检测点的沉降位移差构成监测时间点建筑楼层相邻检测点沉降位移差集合表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应第j个检测点的沉降位移与第j+1个检测点的沉降位移之间的差值；

b2:将监测时间点建筑楼层相邻检测点沉降位移差集合中各监测时间点各建筑楼层对应各相邻检测点的沉降位移差进行相互对比，从中筛选出最大沉降位移差和最小沉降位移差，由此根据各监测时间点各建筑楼层对应的最大沉降位移差和最小沉降位移差统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数，其计算公式为η^ti表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的沉降不均匀指数，分别表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的最大沉降位移差、最小沉降位移差。

作为本发明的进一步改进，所述s6中将各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数进行对比，从而对各建筑楼层进行沉降排序，其具体排序步骤如下：

c1:从各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数中筛选出最大沉降不均匀指数和最小沉降不均匀指数，并统计该最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长；

c2:根据各建筑楼层对应的最大沉降不均匀指数和最小沉降不均匀指数及最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长统计各建筑楼层对应的沉降不均匀变化率，其计算公式为σi表示为第i个建筑楼层对应的沉降不均匀变化率，(ηi)max、(ηi)min分别表示为第i个建筑楼层对应的最大沉降不均匀指数、最小沉降不均匀指数，ti表示为第i个建筑楼层的最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长；

c3:将各建筑楼层按照其对应的沉降不均匀变化率由大到小的顺序进行排序，得到各建筑楼层对应的沉降排序结果。

作为本发明的进一步改进，所述s7中根据各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数，其具体评估方法包括以下步骤：

d1:将各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数与设置的各监测时间点各建筑楼层对应的安全沉降不均匀指数进行对比，计算各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数ε^ti表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数，η^ti安全表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的安全沉降不均匀指数；

d2:根据各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数，其评估计算公式为

作为本发明的进一步改进，所述土壤参数采集终端包括土壤湿度传感器、土壤松软度测定仪和土壤紧实度测定仪，其中土壤湿度传感器用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度，土壤松软度测定仪用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤松软度，土壤紧实度测定仪用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤紧实度。

作为本发明的进一步改进，所述土壤参数包括土壤湿度、土壤松软度和土壤紧实度。

作为本发明的进一步改进，所述s8中评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数，其具体评估方法包括以下步骤：

e1:将该房屋建筑物对应地基区域的土壤参数与设置的各种土壤参数对应的沉降危险影响系数进行对比，得到该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数和土壤紧实度沉降危险影响系数；

e2:将该房屋建筑物对应地基区域与土壤的接触面积与设置的各种接触面积对应的接触面积沉降危险影响系数进行对比，得到该房屋建筑物对应地基区域的接触面积沉降危险影响系数；

e3:根据该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数、土壤紧实度沉降危险影响系数和接触面积沉降危险影响系数评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数，其评估计算公式为α、β、χ、δ分别表示为该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数、土壤紧实度沉降危险影响系数、接触面积沉降危险影响系数，a1、a2、a3、a4分别表示为土壤湿度、土壤松软度、土壤紧实度、接触面积对地基沉降的权重系数。

作为本发明的进一步改进，所述该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数的计算公式为ψ表示为该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数，ξ、分别表示为该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数、地基沉降危险系数。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过对房屋建筑物对应的地面建筑部分进行各建筑楼层的检测点布设，进而在设定的各监测时间点对各检测点进行沉降监测，得到各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移，并将其进行相邻检测点的沉降位移对比，以此统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数，从而据此评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数，与此同时分别对该房屋建筑物对应的地基区域进行土壤参数采集和地基与土壤的接触面积获取，由此对其进行分析评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数，最后综合该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数和地基沉降危险系数统计该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数，实现了对房屋建筑物的全面沉降监测，丰富了房屋建筑物的沉降监测指标，克服了目前高层房屋建筑物的沉降监测指标过于单一的弊端，提高了监测结果的准确度，大大避免了因高层房屋建筑物地上建筑部分出现不均匀沉降而未及时监测到造成建筑物倒塌情况的发生，进而有效保障了住户的生命安全。

(2)本发明通过根据各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数统计各建筑楼层对应的沉降不均匀变化率，并以此对各建筑楼层进行沉降排序，其沉降排序结果便于相关管理人员直观了解各建筑楼层的沉降程度状况，为管理人员对各建筑楼层的沉降处理提供可靠的处理优先级顺序。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的方法实施步骤流程图。

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。

参照图1所示，基于无线传感器数据采集技术的建筑物沉降安全监测方法，包括以下步骤：

s1.房屋建筑物建筑楼层检测点布设：对房屋建筑物对应的地面建筑部分统计建筑楼层数量，并对统计的各建筑楼层按照距离地面的距离由低到高的顺序进行编号，依次标记为1,2,...,i,...,n，同时对各建筑楼层进行水平方向检测点布设，其具体布设方法执行以下步骤：

a1:获取各建筑楼层对应的水平长度；

a2:按照设定的长度划分间隔对各建筑楼层对应的水平长度进行均匀检测点布设，进而对各建筑楼层布设的各检测点进行编号，分别标记为1,2,...,j,...,m；

本实施例通过对各建筑楼层进行检测点布设，能够得到各建筑楼层对应各检测点的沉降数据，为分析各建筑楼层的沉降不均匀状况提供大量的分析数据，相比较对各建筑楼层只进行单个检测点的沉降监测，其得到的沉降数据过于单一，且可能存在误差，进而很难作为各建筑楼层沉降不均匀状况的分析依据；

s2.监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合构建：在各建筑楼层布设的各检测点位置处埋设位移传感器，并在设定的各监测时间点根据埋设的位移传感器检测各建筑楼层对应各检测点距离地面的垂直高度，进而将其构成监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合h^ti(h^ti1,h^ti2,…,h^tij,...,h^tim)，h^tij表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应第j个检测点距离地面的垂直高度，t表示为监测时间点，t＝1,2,...,k；

本实施例通过在各建筑楼层布设的各检测点位置处埋设位移传感器，以通过无线传感器数据采集技术得到各检测点距离地面的垂直高度，其检测方法简单方便、实用性强，且具有检测效率高、检测结果精确的优点，避免了人工检测易出现的检测误差、检测效率低的问题；

s3.建筑楼层距离地面标准垂直高度获取：根据该房屋建筑物对应建筑楼层之间的垂直间距，获取该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度，其具体获取方法为获取各建筑楼层对应的编号，且各建筑楼层距离地面的标准垂直高度即为各建筑楼层对应的编号乘以建筑楼层之间的垂直间距；

s4.监测时间点建筑楼层检测点沉降位移获取：将监测时间点建筑楼层检测点垂直高度集合对应与该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度进行对比，将该房屋建筑物各建筑楼层距离地面的标准垂直高度减去该建筑楼层对应各检测点距离地面的垂直高度，得到各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移，并将其构成监测时间点建筑楼层检测点沉降位移集合表示为第t个监测时间点第i个楼层对应第j个检测点的沉降位移；

s5.建筑楼层沉降不均匀指数统计：按照监测时间点的编号顺序和建筑楼层的编号顺序依次从监测时间点建筑楼层检测点沉降位移集合中提取各监测时间点各建筑楼层对应各检测点的沉降位移，并将其按照检测点的编号顺序进行相邻检测点的沉降位移对比，得到各监测时间点各建筑楼层对应相邻检测点的沉降位移差，进而以此统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数，其具体统计过程如下：

b1:将各监测时间点各建筑楼层对应相邻检测点的沉降位移差构成监测时间点建筑楼层相邻检测点沉降位移差集合表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应第j个检测点的沉降位移与第j+1个检测点的沉降位移之间的差值；

b2:将监测时间点建筑楼层相邻检测点沉降位移差集合中各监测时间点各建筑楼层对应各相邻检测点的沉降位移差进行相互对比，从中筛选出最大沉降位移差和最小沉降位移差，由此根据各监测时间点各建筑楼层对应的最大沉降位移差和最小沉降位移差统计各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数，其计算公式为η^ti表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的沉降不均匀指数，分别表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的最大沉降位移差、最小沉降位移差；

本实施例统计的各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数实现了各监测时间点各建筑楼层的沉降不均匀状况的量化展示，一方面为各建筑楼层的沉降排序提供排序依据，另一方面为房屋建筑物对应地面建筑沉降危险系数的评估提供评估依据；

s6.建筑楼层沉降排序：将各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数进行对比，从而对各建筑楼层进行沉降排序，其具体排序步骤如下：

c1:从各建筑楼层在各监测时间点的沉降不均匀指数中筛选出最大沉降不均匀指数和最小沉降不均匀指数，并统计该最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长；

c2:根据各建筑楼层对应的最大沉降不均匀指数和最小沉降不均匀指数及最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长统计各建筑楼层对应的沉降不均匀变化率，其计算公式为σi表示为第i个建筑楼层对应的沉降不均匀变化率，(ηi)max、(ηi)min分别表示为第i个建筑楼层对应的最大沉降不均匀指数、最小沉降不均匀指数，ti表示为第i个建筑楼层的最大沉降不均匀指数对应监测时间点与最小沉降不均匀指数对应监测时间点之间的监测时长；

c3:将各建筑楼层按照其对应的沉降不均匀变化率由大到小的顺序进行排序，得到各建筑楼层对应的沉降排序结果；

本实施例通过对各建筑楼层进行沉降排序，便于相关管理人员根据沉降排序结果直观了解各建筑楼层的沉降程度状况，为管理人员对各建筑楼层的沉降处理提供可靠的处理优先级顺序；

s7.房屋建筑物对应地面建筑沉降危险系数评估：根据各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数，其具体评估方法包括以下步骤：

d1:将各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀指数与设置的各监测时间点各建筑楼层对应的安全沉降不均匀指数进行对比，计算各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数ε^ti表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数，η^ti安全表示为第t个监测时间点第i个建筑楼层对应的安全沉降不均匀指数；

d2:根据各监测时间点各建筑楼层对应的沉降不均匀危险指数评估该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数，其评估计算公式为

s8.房屋建筑物对应地基沉降危险系数评估：对该房屋建筑物对应的地基区域通过土壤参数采集终端进行土壤参数采集，所述土壤参数采集终端包括土壤湿度传感器、土壤松软度测定仪和土壤紧实度测定仪，其中土壤湿度传感器用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度，土壤松软度测定仪用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤松软度，土壤紧实度测定仪用于检测房屋建筑物对应地基区域的土壤紧实度，得到该房屋建筑物对应地基区域的土壤参数，其中土壤参数包括土壤湿度、土壤松软度和土壤紧实度，并获取该地基区域与土壤的接触面积，进而据此评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数，其具体评估方法包括以下步骤：

e1:将该房屋建筑物对应地基区域的土壤参数与设置的各种土壤参数对应的沉降危险影响系数进行对比，得到该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数和土壤紧实度沉降危险影响系数，其中土壤湿度越大，土壤湿度沉降危险影响系数越大，土壤松软度越大，土壤松软度沉降危险影响系数越大，土壤紧实度越大，土壤紧实度沉降危险影响系数越小；

e2:将该房屋建筑物对应地基区域与土壤的接触面积与设置的各种接触面积对应的接触面积沉降危险影响系数进行对比，得到该房屋建筑物对应地基区域的接触面积沉降危险影响系数，其中接触面积越大，接触面积沉降危险影响系数越小；

e3:根据该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数、土壤紧实度沉降危险影响系数和接触面积沉降危险影响系数评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数，其评估计算公式为α、β、χ、δ分别表示为该房屋建筑物对应地基区域的土壤湿度沉降危险影响系数、土壤松软度沉降危险影响系数、土壤紧实度沉降危险影响系数、接触面积沉降危险影响系数，a1、a2、a3、a4分别表示为土壤湿度、土壤松软度、土壤紧实度、接触面积对地基沉降的权重系数；

本实施例在评估该房屋建筑物对应的地基沉降危险系数过程中，综合考虑了该房屋建筑物对应地基区域的土壤参数和地基区域与土壤的接触面积，在双重考虑的基础上使得评估结果更加全面可靠，避免只根据地基区域的土壤参数进行地基沉降危险系数评估造成的评估片面、可靠度低的问题；

s9.房屋建筑物综合沉降危险系数统计：结合该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数和地基沉降危险系数统计该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数ψ表示为该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数，ξ、分别表示为该房屋建筑物对应的地面建筑沉降危险系数、地基沉降危险系数。

本发明通过分别对房屋建筑物对应的地面建筑部分和地基区域进行沉降监测，并综合以上监测结果统计该房屋建筑物对应的综合沉降危险系数，实现了对房屋建筑物的全面沉降监测，丰富了房屋建筑物的沉降监测指标，克服了目前高层房屋建筑物的沉降监测指标过于单一的弊端，提高了监测结果的准确度，大大避免了因高层房屋建筑物地上建筑部分出现不均匀沉降而未及时监测到造成建筑物倒塌情况的发生，进而有效保障了住户的生命安全。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。