一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统的制作方法

本实用新型属于超高层建筑施工监测技术领域，具体涉及一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统。

背景技术：

随着经济的发展，我国建筑施工项目不断增加，且设计高度不断提高；现有超高层建筑项目结构形式较为复杂、施工难度较大、施工周期较长，在施工过程中容易发生安全事故；因此需要实时对建筑施工过程的变形进行监测，以提高建筑施工质量，避免出现施工安全问题等；现有的监测方案一般是人工进行，效率低、准确性差，并且线路多、监测较为麻烦。

低功率广域物联网技术（LPWAN）是一种新型的物联网技术，在本技术中，LoRaWAN网络作为低功耗广域网（LPWAN）的一种类型，可使终端设备以低功耗无线传输和接收数据，相比其他GPRS/4G等数据传输方式，其具备传输距离较远，穿墙能力强，使用时耗能较少的特性因此引起了广泛的关注。

基于上述建筑施工监测系统中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述技术中存在的不足之处，提出一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统，旨在解决现有建筑施工监测系统难度大、无法远距离监测的问题。

本实用新型提供一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统，包括传感器节点、LoRa网关节点、云服务器节点以及应用服务器节点；传感器节点与LoRa网关节点通信连接，用于检测建筑施工应力应变信息并传输至LoRa网关节点；LoRa网关节点与云服务器节点通信连接，用于将建筑施工应力应变信息传输至云服务器节点；云服务器节点与应用服务器节点通信连接；云服务器节点用于对建筑施工应力应变信息进行分析和处理，并传输至应用服务器节点进行实时监控。

进一步地，传感器节点包括有传感器和LoRa模块；传感器通过LoRa模块将检测到的建筑施工应力应变信息并传输至LoRa网关节点。

进一步地，传感器包括有风速风压传感器、温度传感器、荷载传感器、应力应变传感器以及加速度传感器；每个传感器上设有LoRa模块。

进一步地，还包括有LPWAN模块；LoRa网关节点将建筑施工应力应变信息通过LPWAN模块实时传输至云服务器节点。

进一步地，LPWAN模块通过采用LoRaWAN进行数据传输；LoRaWAN采用Chirp进行扩频。

进一步地，云服务器节点包括有数据接收模块、数据库模块以及数据处理模块；数据接收模块用于接收LoRa网关节点提供的建筑施工应力应变信息；数据库模块用于存储建筑施工应力应变信息；数据处理模块用于对建筑施工应力应变信息进行分析。

进一步地，云服务器节点还包括有结构预警模块；数据处理模块分析建筑施工应力应变信息超出阈值时，结构预警模块用于发出警报。

进一步地，应用服务器节点包括有WEB端；WEB端用于提供用户查询建筑施工应力应变信息。

进一步地，应用服务器节点包括有手机端；手机端用于提供用户查询建筑施工应力应变信息。

通过采用以上技术方案，利用LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络进行超高层施工过程中监测数据的收集、传输、分析、预警，能够实现自动、实时的超高施工过程监测以及安全控制；并且利用LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络进行数据的收集以及传输，极大的节省监测时的能耗，避免因供电不足导致的采集模块无法正常工作，解决相关监测数据无法传送的问题；本实用新型提供的方案可以实现零有线的超高层施工过程监测，解决监测时因施工过程导致的线路损坏，监测数据缺失的问题； 从而实现自动、实时的超高施工过程监测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

以下将结合附图对本实用新型作进一步说明：

图 1 为本实用新型一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统结构示意图。

图中：1、传感器节点；12、LoRa模块；13、传感器；2、LoRa网管节点；3、云服务器节点；31、数据接收模块；32、数据库模块；33、数据处理模块；34、结构预警模块；4、应用服务器节点；41、WEB端；42、手机端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图 1所示，本实用新型提供一种基于LoRa建筑施工应力应变监测系统，包括传感器节点1、LoRa网关节点2、云服务器节点3以及应用服务器节点4；传感器节点1与LoRa网关节点2通信连接，传感器节点1用于检测建筑施工应力应变信息并传输至LoRa网关节点2；LoRa网关节点2与云服务器节点3通信连接，LoRa网关节点2接收来自各个类型的传感器采集的建筑施工应力应变信息，并且发送到云服务器节点2，传输方式可以通过LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络；云服务器节点3与应用服务器节点4通信连接；云服务器节点3用于对建筑施工应力应变信息进行分析和处理，并出具分析报告；分析报告包括建筑施工中出现异常的结构位置，以及实时的其他监测数据；云服务器节点3将分析报告传输至应用服务器节点4进行实时监控，从而指导现场施工人员进行查看并采取解决方法，避免施工过程中出现安全事故。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，传感器节点1包括有传感器13和LoRa模块12；传感器13通过LoRa模块12将检测到的建筑施工应力应变信息并传输至LoRa网关节点2；传感器13按照采集的物理信息类型分为两大类，分别包括结构荷载监测传感器和结构实时力学状态传感器；其中结构荷载监测传感器包括风速风压传感器、温度传感器、地震荷载传感器等；结构实时力学状态传感器包括包括应力应变传感器和加速度传感器；具体地，传感器13包括有风速风压传感器、温度传感器、荷载传感器、应力应变传感器以及加速度传感器；每个传感器13上设有LoRa模12块，设有LoRa模块12，从而将采集的数据通过LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络发送到LoRa网关；LoRa模块是一种无线扩频通信模块，LoRa模块具有超长距离通信，低功耗，易嵌入，网络容量大等优势。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，LoRa网关节点2还包括有LPWAN模块；LoRa网关节点2将建筑施工应力应变信息通过LPWAN模块实时传输至云服务器节点3；LPWAN模块通过采用LoRaWAN进行数据传输；LoRaWAN采用Chirp进行扩频，扩频因子SF12；Chirp扩频技术的抗多普勒频移能力较强，可有效的抗深度衰弱，从而增加数据无线的传递距离；LoRaWAN可使终端设备以低功耗无线传输和接收数据；本申请方案中，移动数据采集基站实质上为LoRaWAN网络的网关，其工作机制为当网关收到LoRaWAN帧时，使用相关协议对LoRaWAN帧进行编码，并将其与其他参数结合在JavaScript对象符号（JSON）结构中，随后，这个JSON数据包被转发到云服务器，即传感器采集的监测数据被传输到云服务器节点中。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，云服务器节点3包括有数据接收模块31、数据库模块32、数据处理模块33以及结构预警模块34；数据接收模块31用于接收LoRa网关节点2提供的建筑施工应力应变信息；数据库模块32用于存储建筑施工应力应变信息；数据处理模块33用于对建筑施工应力应变信息进行分析；并且在数据处理模块分析建筑施工应力应变信息超出阈值时，结构预警模块34用于发出警报；具体地，云服务器节点3可以进行所有来自LoRa网关的监测数据的存储以及处理，并且通过数据库模块，基于应用服务器端的管理系统可以获取并且查询数据分析结果，查询的结果以传感器监测的数据类型进行分类查询；其中包括结构荷载监测数据以及结构实时力学状态数据，结构荷载监测数据包括风速风压、温度以及地震荷载，结构实时力学状态数据包括关键构件应力应变、结构动力性能等；结构预警模块可以接收实时的监测数据，设置超高层结构施工时结构状态的阈值；阈值类型包括结构关键部位的应力应变和整体结构的动力性能；当实时的监测数据超过设计的阈值后可以实现自动报警；报警方式通过发送分析报告到制定的用户邮箱中；采用上述同报方式，可以使得用户实时了解建筑施工出现异常的结构位置，以及实时的监测数据，从而指导现场施工人员进行查看并采取解决方法，避免施工过程中出现安全事故。

优选地，结合上述方案，如图 1所示，本实施例中，应用服务器节点包括有WEB端41和手机端42；WEB端41用于提供用户查询建筑施工应力应变信息，采用该WEB端查询方便，较为直观、方便；手机端42用于提供用户查询建筑施工应力应变信息，采用手机端查询的方式相对便捷和快速，方便查阅。

通过采用以上技术方案，利用LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络进行超高层施工过程中监测数据的收集、传输、分析、预警，能够实现自动、实时的超高施工过程监测以及安全控制；并且利用LPWAN模块（低功率广域物联网）中的LoRaWAN网络进行数据的收集以及传输，极大的节省监测时的能耗，避免因供电不足导致的采集模块无法正常工作，解决相关监测数据无法传送的问题；本实用新型提供的方案可以实现零有线的超高层施工过程监测，解决监测时因施工过程导致的线路损坏，监测数据缺失的问题； 从而实现自动、实时的超高施工过程监测。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述所述技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术对以上实施例所做的任何改动修改、等同变化及修饰，均属于本技术方案的保护范围。