历史建筑灾损度测量技术的制作方法

历史建筑灾损度测量技术提出了一种测量历史建筑损坏与日常消耗（称灾损）的方法。发明使用无线传感器网络与图像识别技术结合的，将历史建筑发生灾损的四个等级进行分类测量与统计，形成对历史建筑的灾损状态测量。本发明提供了快速便捷的历史建筑灾损状态的测量方法，与所处灾损度的量化评介。历史建筑的状态测量，包括了对建筑状态与建筑空间的测量。
背景技术：
：历史建筑的损坏程度与质量相关的度量，是对历史建筑客观评介重要基础性技术。历史建筑的这种损坏与抗灾难的程度，称之为灾损度。灾损度的测量吸取了历史上多种历史建筑的测量方法，做到无损、长久的数据采集，使得历史建筑的时间跨度上的测量，达到了较好的稳定性。测量采用无线传感器网络（wirelesssensornetworks，wsn）技术，将传感器的数据采集并汇集到计算机中，对因为损坏与灾难形成的参数变化进行计算，从而形成历史建筑的灾损度判断。技术实现要素：历史建筑的灾损度定义为建筑本身的封闭性、舒适度与建筑变形三个部分。所形成的定义为封闭度ξ１由历史建筑的内外空间物理参数形成；舒适性等历史建筑功能系数ξ２由特定的传感数据计算形成；历史建筑的框架结构变形率ξ３决定了历史建筑的刚性，由变形传感器网络探测并形成拟合系数。所有的计算结果在做归一化处理后，以公式计算出历史建筑的灾损率μ。公式如下：μ＝ξ１xξ2xξ3。其中ξ１、ξ２、ξ３为归一化系数，μ为介于０与１之间的值。其探测与数据来源图1所示。传感器械探测网络由图二所示框架组成，无线网关同步收集处于室内y1与室外y2无线探测网络数据，并进行计算。室内传感器节点的物理参数与室外传感器节点形成三类集合。所有参数的差值计算构造出历史建筑封闭度ξ１；指定功能网络同特定传感器节点会聚形成，如舒适度功能由同区域（网络）温度、湿度与风力传感器节点组成，所构造的功能传感器参数集计算出区域舒适度ξ2；专用变形传感器网络，形成对历史建筑框架变形度（率）ξ３进行计算。所有数据经过归一化处理完成可计算数据集合。室外传感器网络由i个节点组成，由通用传感器节点与变形传感器节点组成；变形传感器节点用于对建筑的形体机械结构变形的检测，通过检测到的变形程度由算法形成１０级变形计算；通用传感器与室外传感器数量相同或近似，如为j个。室内传感器网络由i个传感器组成，包括通用传感器，一般与室外传感器数量j相同；同时室内传感器i还有i-j（大于０）用于框架变形传感器的数据获取与传送。封闭度与舒适度由通用传感器j个组成，并进行数据采集。无线传感器节点由无线通信节点与传感器组件组成，选择无线通信芯片zigbee的cc2530为通信芯片，选择通用电子传感器电路形成配套传感器。如图三为基本节点的电路框架。闭程度探测原理与计算由室内y1与室外y2二个环境探测网络组成室内外通用传感器参数集合，y1、y2对应二个网络形成二组传感器参数集{xi}、{xj}，i、j为整数。若二个网络参数为一一对应时，且当为y1为室内，y2为室外，约定同性质（成对）传感参数差值⊿xi，定义同时或同周期内获取的成对同性质传感器值xi、xj：⊿xj＝|xi-xj|对于每类传感器值存在的室内外最大差异值⊿xj０，定义归一化值为历史建筑封闭度ξ１，详见图6，公式1。传感器最大差异取值与传感器类型如表一所示：表一不同传感器类型传感器最大差异取值表温度湿度风力噪声颗粒co2h2s单位℃%m/sdb(a)mg/cm3ppmppm⊿xj０723123412030005y1、y2网络由上述的七类传感器组成。并通过部署无线传感器网络形成物理参数的探测，网络由图2。对应的封闭度ξ１伪算法如下：；已知传感最大差异值集合；采集y1、y2网络数据参数；计算二个网络对应传感差值⊿xj＝|xi-xj|；if(⊿xj≥⊿xj０)；toend；else；公式1；end。适度ξ２计算体感温度的有效温度te表示法[１]，与风速t(v)等效温度计算方法:te=ta+th-t(v)式中,ta为气温(℃),th为湿度u下的等效感觉温度。u为相对湿度(%)，引入th计算公式，图7。v为风速(m/s),t(v)为风速相关的等效温度，取值为大于1m/s风速时（风速计算公式见图8），t(v)=2；其它为0。引入舒适度体感温度th0范围：18℃～25℃，计算ξ２的算法由体感温度th分级形成。分组计算公式如下：ξ２＝１－｜（th－th0）/th0｜由于th0存在一个范围，（th－th0）是由算法完成，上述公式由舒适度ξ２算法完成。伪算法如下：[舒适度ξ２算法]；由传感器网络获取温度、湿度与风力数据；由公式计算th；引入18℃≤th0≤25℃；/（th－th0）算法；if(18℃≤th≤25℃)；（th－th0）＝０；else{；if(th＜18℃)；（th－th0）＝（th－18）；else；（th－th0）＝（th－25）}；ξ２＝１－｜（th－th0）/th0｜；end。史建筑变形率计算建筑构件之间的角度变化，反应了历史建筑的框架结构变形程度。历史建筑变形率采集构件之间的角度变化形成变形率，本方法以变形传感器为数据采集基础。传感器由机械构件、激光-ccd位移测试电路组成，如图所示。其中钢构件固定后用于测量与钢构件之间位移，构件上固定定向激光led形成窄束激光，激光由激光led发出后，定向到位于钢构件上的ccd光接收器上，ccd接收到激光图像后定位形成当前位置z0，如果发生位移时，激光像点移动，对应处理电路将计算出位移⊿z，ccd电路由图形成，⊿z通过位移算法构造形变率ξ3。激光投射到条形ccd位移检测电路的透光屏上，在ccd上形成激光光斑（点），ccd传感器记录光点位置z0；当出现钢构件与的相对位移时，光点发生移动，此时投射激光点移动距离⊿z可测。相应的位移由51单片机做简单计算，形成变形率数据输出，并由无线通信芯片cc2530发送到网关。相应位移⊿z与变形率ξ３算法如下：[变形率ξ３算法]；已知初始化位置参数z0；已知变形基本数据集⊿z０；由本周期或时刻激光点位置，获取本周期（时刻）位移⊿z；定义变形率ξ３；if(⊿z≤7)；gotoshow_out；else；{if(⊿z≤18)；gotoshow_out；else；{if(⊿z≤40)；gotoshow_out；else；{if(⊿z≤120)；gotoshow_out；else；{if(⊿z≤200)；gotoshow_out；else；}}}}；show_out：ξ３＝⊿z/⊿z0；if(ξ３≤1)；打印ξ３值；else；打印崩塌；}。表三基于变形传感器的基准值确定值示意表变形率ξ３≤0.10.38≤ξ３≤0.50.45≤ξ３≤0.80.45≤ξ３≤0.8≥0.6基准值⊿z０71840120200说明无变形可恢复变形塑性变形结构变形崩塌其中的变形基准值是在电路确定基础上，形成的经验值，数据供示意性表示，五段式分类方法为基本结构与算法要求。基准值如上表所示。灾损率μ计算由上述过程获得的数据ξ１、ξ２、ξ３经过计算形成灾损率μ，公式如下：μ＝(ξ１)(ξ２)(1－ξ３)形成的值范围为０≤μ≤１。测量与验证灾损率的结果反应了历史建筑的危险程度，其中测量的可重复性与数值的稳定性，保证了上述过程的客观程度。测量过程分为网络部署，数据收集，结果计算。[网络部署]步骤１、在历史建筑内容部署通用传感器节点7个,保证节点之间距离50cm以上，放在历史建筑内人为干扰小的位置；步骤２、在历史建筑室外部署通用传感器节点７个，保证节点位于历史建筑附近不超过２m范围，与非其它历史建筑内部；步骤３、固定变形传感器７个，至少包括主立柱与横梁结合处、窗角、门角（包括厢房）、楼梯、地板、屋顶、地面（基）七个位置，其它位置可以增加；步骤４、通信初始化。获取所在节点参数正常，并设定参数的初始值。步骤５、结束。[数据收集]历史建筑灾损率测量需要一个长周期，才可能获取全面的评介。这个周期至少包括影响较大的环境气象与较常见灾难，如四个季节的数据收集。最小周期数据主要是面向事件测量与定值环境参数的测量，如恶劣气象环境历史建筑的灾损变化，炎热环境中历史建筑的灾损变化。[结果计算]在确定条件（环境或其它）下，对数据的计算，所形成的灾损率反应了历史建筑的综合性能，是对历史建筑可居住性的客观评介。表三是对一部分历史建筑在特定条件下的测量结果与主观评介表三历史建筑灾损率计算与主观评介条件历史建筑位置灾损率主观评介或现状连续二年测量清末历史建筑*0.83±0.2现居住３户３代人连续二年测量民国历史建筑**0.81±0.1现居住１户１人高温高湿测量清末历史建筑***0.79±0.1现居住２户２代连续二年测量民国历史建筑****0.21±0.1部分倒塌，无人住高温高湿测量现代历史建筑（拆迁小区）0.81±0.3居住1户3人１０级台风清末历史建筑*0.80±0.2基本参数相似１０级台风现代历史建筑（拆迁小区）0.57±0.2噪声与通透性劣化*安徽省黄山市休宁五城镇老街82号**安徽省黄山市休宁万安镇老街122号***安徽省黄山市屯溪区南溪南村68号****安徽省黄山市屯溪区南溪南村112号由上可见，部分灾损率的测量技术，对评介历史建筑的可居住性，与主观评介是一致的。说明书附图：图1历史建筑灾损度探测计算框架；图2无线传感器探测网络；图3无线传感器节点电路框架；图4框架位移或变形传感框架；图5ccd位移计算电路；图6公式1；图7计算公式；图8风速计算公式。[文献资料][1]王巍，石建和.徽州传统聚落的巷路研究[d].合肥工业大学2006年硕士学位论文。当前第1页12