本发明属于建筑领域，特别涉及一种智慧屋面安全运营及风险预测系统及其工作方法。
背景技术：
轻型钢结构金属屋面的支撑及面板都是采用金属材料，这种材料的强度都很强，因此相对于其它结构而言，设计截面主要以薄板或细杆为主，这种结构截面及容易产生失稳。失稳破坏在发生前几乎没有任何预兆，是一种无明显预警的脆性破坏，发生前人员及财产不能够在有效时间内撤离，是建筑中破坏后果十分严重、设计和使用中应该极力避免的一种破坏形式。
轻型钢结构屋面产生失衡破坏的原因主要是受荷过大，具体工况是遇到较大的台风和长时间较厚的积雪。其中风力作用下吸力占主导作用，也就是屋面板被风向上提产生失衡；另一种是较厚积雪作用下的压力失稳，这种失衡往往是杆件发生压杆稳定性大变形。无论是面板失衡还是受力杆件失稳，常规的监测手段都难以监测其发生，是目前建筑防灾减灾的难点。
国内外已有对轻型钢结构金属屋面的支撑及面板的安全监测，从严格意义上来说不能称之为安全监测，因为都无法预测破坏风险的发生，只能做一个建筑结构健康状态的实时监控。对提前报警、通知人员及重要财产及时撤离、在发生事故前进行抢修、防灾减灾等没有实际意义。
技术实现要素：
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，其结构简单，通过设置至少一组屋面传感网络对屋面的环境进行监测，并通过分析预测模块对其检测的结果进行分析，然后根据分析的结果作出相应的应对措施，并能够通知相关部分及时进行处理，降低损失。
技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，包括：一组屋面传感网络、分析预测模块、界面展示模块和控制终端，所述屋面传感网络的输出端通过物联网智能网关与分析预测模块的输入端连接，所述分析预测模块的输出端与控制终端连接，所述采集模块、分析预测模块以及界面展示模块均与控制终端连接。
本发明中所述的一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，其通过设置至少一组屋面传感网络对屋面的环境进行监测，并通过分析预测模块对其检测的结果进行分析，然后根据分析的结果作出相应的应对措施，并能够通知相关部分及时进行处理，在轻钢结构金属屋面系统出现破坏、垮塌、风掀等灾害之前某一特定时间之内，向建筑物的为主或物业管理人员发出破坏预警，以提示他们提前做好人员和重要财产撤离、抢修或加固、提前卸荷等工作，将灾害的损失降至最低程度。
本发明中所述屋面传感网络中设有数据采集机构和检测控制模块，所述检测控制模块采用智能控制器，所述检测控制模块的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端分别与数据采集机构的输出端和检测控制模块的输入端连接。
本发明中所述检测控制模块中设有智能控制器，所述智能控制器的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端和物联网智能网关的输入端连接。
本发明中所述数据采集机构中设有位移传感器、风速仪、温度传感器、漏水检测装置和应力应变片；
所述位移传感器用于检测屋面滑移的数据；
所述风速仪用于检测屋面的风速、风向；
所述温度传感器用于检测温度；
所述漏水检测装置用于检测天沟的漏水；
所述应力应变片用于检测屋面承载的应力；
本发明中所述分析预测模块中设有数据存储器和处理机构，所述数据存储器和处理机构连接，所述处理机构中设有用于建筑项目附近的本地服务器边缘服务器和用于控制和监控整个风险预测系统云服务器；
所述边缘服务器中接受由屋面传感网络传输而来的观测数据，通过布置在本机上的程序进行计算并做出预测，再将计算及预测结果发送到云服务器同时将计算及预测结果传到用户可视化界面，如需要报警，启动报警流程；
所述云服务器用于收集各项目的运营数据，对边缘服务器发送来的数据进行监测，对需要报警的工况进行二次分析，对预警发生后的补救措施进行指导。
本发明中所述控制终端中设有监控中心、客户终端和报警响应系统，所述控制终端中的监控中心、客户终端和报警响应系统均与边缘服务器连接。
本发明中所述云服务器中设有计算与集控平台，由多台服务器主机构成。
本发明中所述数据采集机构中设有位移传感器和风速仪结合使用，用于检测屋面的风速-变形时程曲线。
本发明中还设有图像采集装置，所述图像采集装置的输出端通过物联网智能网关与分析预测模块的输入端连接。
本发明中所述控制终端中设有终端控制器，所述终端控制器中设有数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块和控制器模块，其中，所述终端控制模块中设有监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块，所述数据检测控制模块与屋面传感网络连接，所述网关控制模块与物联网智能网关连接，所述分析预测控制模块与分析预测模块连接，所述终端控制模块中的监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块分别与监控中心、客户终端和报警响应系统连接，所述数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块均与控制器模块连接。
本发明中所述的智慧屋面安全运营及风险预测系统的工作方法，具体的工作方法如下：
1）：首先通过屋面传感网络对屋面的风险数据进行检测；
2）：智能控制器对屋面传感网络检测的数据进行初步的处理，并通过物联网智能网关将检测的数据传送至分析预测模块；
3）：然后分析预测模块中的边缘服务器对接收到的数据进行分析，并作出预测，然后将检测分析的结果传送给云服务器，并将分析处理的结果传送至界面展示模块中的终端进行显示；
4）：在上一步骤中的边缘服务器分析得出结果时，其根据分析的结果判定其是否需要报警，如果需要那么启动报警流程，通过报警响应系统进行报警处理；
5）：云服务器对接收到的数据后，对边缘服务器启动的报警的工况进行二次分析处理对预警发生后的补救措施进行指导即可。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
本发明中所述的一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，其通过设置至少一组屋面传感网络对屋面的环境进行监测，并通过分析预测模块对其检测的结果进行分析，然后根据分析的结果作出相应的应对措施，并能够通知相关部分及时进行处理，在轻钢结构金属屋面系统出现破坏、垮塌、风掀等灾害之前某一特定时间之内，向建筑物的为主或物业管理人员发出破坏预警，以提示他们提前做好人员和重要财产撤离、抢修或加固、提前卸荷等工作，将灾害的损失降至最低程度。
附图说明
图1为本发明所述的智慧屋面安全运营及风险预测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例
如图所示的一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，包括：一组屋面传感网络1、分析预测模块2、界面展示模块3和控制终端4；
上述各部件的关系如下：
所述屋面传感网络1的输出端通过物联网智能网关5与分析预测模块2的输入端连接，所述分析预测模块2的输出端与控制终端4连接，所述采集模块1、分析预测模块2以及界面展示模块3均与控制终端4连接。
本实施例中所述屋面传感网络1中设有数据采集机构和检测控制模块，所述检测控制模块采用智能控制器，所述检测控制模块的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端分别与数据采集机构的输出端和检测控制模块的输入端连接。
本实施例中所述检测控制模块中设有智能控制器，所述智能控制器的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端和物联网智能网关5的输入端连接。
本实施例中所述数据采集机构中设有位移传感器、风速仪、温度传感器、漏水检测装置、应力应变片和红外检测仪；
所述位移传感器用于检测屋面滑移的数据；
所述风速仪用于检测屋面的风速、风向；
所述温度传感器用于检测温度；
所述漏水检测装置用于检测天沟的漏水；
所述应力应变片用于检测屋面承载的应力；
所述红外检测仪用于检测天沟中障碍物。
本实施例中所述分析预测模块2中设有数据存储器和处理机构，所述数据存储器和处理机构连接，所述处理机构中设有用于建筑项目附近的本地服务器边缘服务器和用于控制和监控整个风险预测系统云服务器；
所述边缘服务器中接受由屋面传感网络传输而来的观测数据，通过布置在本机上的程序进行计算并做出预测，再将计算及预测结果发送到云服务器同时将计算及预测结果传到用户可视化界面，如需要报警，启动报警流程；
所述云服务器用于收集各项目的运营数据，对边缘服务器发送来的数据进行监测，对需要报警的工况进行二次分析，对预警发生后的补救措施进行指导。
本实施例中所述控制终端4中设有监控中心、客户终端和报警响应系统，所述控制终端4中的监控中心、客户终端和报警响应系统均与边缘服务器连接。
本实施例中所述云服务器中设有计算与集控平台，由多台服务器主机构成。
本实施例中所述数据采集机构中设有位移传感器和风速仪结合使用，用于检测屋面的风速-变形时程曲线。
本实施例中所述控制终端4中设有终端控制器，所述终端控制器中设有数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块和控制器模块，其中，所述终端控制模块中设有监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块，所述数据检测控制模块与屋面传感网络1连接，所述网关控制模块与物联网智能网关5连接，所述分析预测控制模块与分析预测模块2连接，所述终端控制模块中的监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块分别与监控中心、客户终端和报警响应系统连接，所述数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块均与控制器模块连接。
实施例2
如图所示的一种智慧屋面安全运营及风险预测系统，包括：一组屋面传感网络1、分析预测模块2、界面展示模块3和控制终端4；
上述各部件的关系如下：
所述屋面传感网络1的输出端通过物联网智能网关5与分析预测模块2的输入端连接，所述分析预测模块2的输出端与控制终端4连接，所述采集模块1、分析预测模块2以及界面展示模块3均与控制终端4连接。
本实施例中所述屋面传感网络1中设有数据采集机构和检测控制模块，所述检测控制模块采用智能控制器，所述检测控制模块的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端分别与数据采集机构的输出端和检测控制模块的输入端连接。
本实施例中所述检测控制模块中设有智能控制器，所述智能控制器的输入和输出端分别与数据采集机构的输出端和物联网智能网关5的输入端连接。
本实施例中所述数据采集机构中设有位移传感器、风速仪、温度传感器、漏水检测装置、应力应变片和红外检测仪；
所述位移传感器用于检测屋面滑移的数据；
所述风速仪用于检测屋面的风速、风向；
所述温度传感器用于检测温度；
所述漏水检测装置用于检测天沟的漏水；
所述应力应变片用于检测屋面承载的应力；
所述红外检测仪用于检测天沟中障碍物。
本实施例中所述分析预测模块2中设有数据存储器和处理机构，所述数据存储器和处理机构连接，所述处理机构中设有用于建筑项目附近的本地服务器边缘服务器和用于控制和监控整个风险预测系统云服务器；
所述边缘服务器中接受由屋面传感网络传输而来的观测数据，通过布置在本机上的程序进行计算并做出预测，再将计算及预测结果发送到云服务器同时将计算及预测结果传到用户可视化界面，如需要报警，启动报警流程；
所述云服务器用于收集各项目的运营数据，对边缘服务器发送来的数据进行监测，对需要报警的工况进行二次分析，对预警发生后的补救措施进行指导。
本实施例中所述控制终端4中设有监控中心、客户终端和报警响应系统，所述控制终端4中的监控中心、客户终端和报警响应系统均与边缘服务器连接。
本实施例中所述云服务器中设有计算与集控平台，由多台服务器主机构成。
本实施例中所述数据采集机构中设有位移传感器和风速仪结合使用，用于检测屋面的风速-变形时程曲线。
本发明中还设有图像采集装置6，所述图像采集装置6的输出端通过物联网智能网关5与分析预测模块2的输入端连接。
本实施例中所述控制终端4中设有终端控制器，所述终端控制器中设有数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块和控制器模块，其中，所述终端控制模块中设有监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块，所述数据检测控制模块与屋面传感网络1连接，所述网关控制模块与物联网智能网关5连接，所述分析预测控制模块与分析预测模块2连接，所述终端控制模块中的监控中心控制模块、展示控制模块和报警控制模块分别与监控中心、客户终端和报警响应系统连接，所述数据检测控制模块、网关控制模块、分析预测控制模块、终端控制模块均与控制器模块连接。
本实施例中所述的智慧屋面安全运营及风险预测系统的工作方法，具体的工作方法如下：
1）：首先通过屋面传感网络1对屋面的风险数据进行检测，即屋面传感网络1中的风速仪、位移传感器、温度传感器、漏水检测装置、应力应变片和红外检测仪在工作的过程中不断的对屋面在工作过程中对屋面的各项指标进行检测，并将检测的数据传送给智能控制器；
2）：智能控制器对屋面传感网络1检测的数据进行初步的处理，并通过物联网智能网关5将检测的数据传送至分析预测模块2；
3）：然后分析预测模块2中的边缘服务器对接收到的数据进行分析，并作出预测，然后将检测分析的结果传送给云服务器，并将分析处理的结果传送至界面展示模块3中的终端进行显示；
4）：在上一步骤中的边缘服务器分析得出结果时，其根据分析的结果判定其是否需要报警，如果需要那么启动报警流程，通过报警响应系统进行报警处理；
5）：云服务器对接收到的数据后，对边缘服务器启动的报警的工况进行二次分析处理对预警发生后的补救措施进行指导即可。
本实施例中在上述工作过程中，风速仪对屋面的风速、风力进行检测，当风速、风力过大，甚至有超出其承载范围的风险时，将通过报警相应系统进行报警，并根据图像采集装置采集到的信息进行分析，结合其屋面的实际情况，对其作出应急、防范措施。
当位移传感器对屋面上出现滑移进行检测，一旦检测出现松动或者是滑移，将会立即通过报警响应系统进行报警提醒，并根据图像采集装置采集到的信息进行分析，结合其屋面的实际情况，对其作出应急、防范措施。
温度传感器温度气候指标进行检测、漏水检测装置对屋面是否漏水情况进行检测、应力应变片对屋面所承受应力进行检测，和红外检测仪
轻钢结构金属屋面各支撑杆件通过bim三维模型在计算机中展示出来。图像中采用不同的颜色表示杆件受力与承载力的比值，例如蓝色表示杆件受力与承载力比值不超过50%，杆件承载能力还有很大的富余，没有发生失稳破坏的风险。类似地：绿色表示受力与承载力比值在50%-70%之间，杆件受力状态良好；黄色表示受力与承载力比值在70%-90%之间，杆件受力过大，应密切关注后续受力发展状况，受取适当措施减少形式进一步恶化；红色表示受力与承载力比值接近100%，杆件受力已近最高承载力，随时有失衡垮塌的风险，应紧急通知人员撤离，第一时间保障人的生命安全。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。