基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统及其检测预警方法与流程

本发明涉及消防安全技术领域，具体地讲，是涉及一种基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统及其检测预警方法。

背景技术：

火灾一般是人们因用火不当所产生的意外事故，一旦发生火灾事故，人们尽力去减少其所带来的生命财产损失，消防救援也因此产生。当建筑发生火灾时，火场产生的烟气、高温以及火对建筑构件的燃烧都会对建筑结构进行破坏，使建筑发生一定的变形，当变形达到一定程度，建筑将发生倒塌，这将严重威胁到火场中消防救援人员的生命安全。因此，如何在火灾中提前检测到建筑物将要发生的结构变形变的至关重要，这相当于是为消防救援人员提供提前预警，保障这些人员的生命安全。

发明人在专利申请2017105197077和2017207776370中提出了通过激光发射器来进行建筑物变形测量的方法，所采用的装置结构由于用到了较为昂贵的激光发射器配件，使得整个装置的采购成本较高，不易推广，在大范围应用性较低，因此需要一种既能够有效测量火灾中建筑物变形情况、整体成本也较低的测量装置。

全站仪，即全站型电子测距仪(electronictotalstation)，是一种集光、机、电为一体的高技术测量仪器，是集水平角、垂直角、距离(斜距、平距)、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。与光学经纬仪比较电子经纬仪将光学度盘换为光电扫描度盘，将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数，使测角操作简单化，且可避免读数误差的产生。因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作，所以称之为全站仪。广泛用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量领域。

由于全站仪具有距离等参数测量的功能，因此可以用于在火灾中对建筑变形进行监测，而且目前市面上售卖的普通全站仪的价格相比激光发射器具有较大的价格优势，这为降低火灾建筑变形监测成本提供了有利条件。但是，全站仪在火灾建筑变形监测中应用时，由于全站仪属于单点测量，单个的全站仪对建筑变形测量参数单一，并不能全面反映出火灾中建筑的实际变形情况，就需要采用多个全站仪进行多方位辅助测量，这种情况下就需要配备多个监测人员在每个全站仪位置上进行读数，而且测量数据到变形数据之间转换需要人工计算，人力资源耗费巨大，同时由于火灾场景的建筑变形监测具有很高的实时性要求(不同于常规情况下全站仪测量后可以在一定时间过后测量人员聚集一起汇总测量数据)，不同位置的监测人员之间存在很大的实时沟通不便问题，使得目前全站仪在火灾建筑变形监测上很难有进一步的应用。对此，发明人进一步研究，提供了一种有效利用全站仪在火灾场景的建筑变形监测上的应用方法和设备。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种设计巧妙、操作控制方便的基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统，包括至少两个带有标准串行端口的全站仪，与每个全站仪的标准串行端口一一对应连接的通讯分机，与所有通讯分机进行无线通信的通讯主机，以及与通讯主机连接的数据监控平台；

所述通讯分机包括通过数据线与全站仪的标准串行端口连接的串行接口，与串行接口连接的第一微处理器，均与第一微处理器连接的第一无线数传模块、第一存储模块、第一显示模块、第一电源模块，以及与第一无线数传模块连接的分机通讯天线；

所述通讯主机包括用于匹配通讯分机无线信号的主机通讯天线，与主机通讯天线连接的第二无线数传模块，与第二无线数传模块连接的第二微处理器，均与第二微处理器连接的第二存储模块、第二显示模块、第二电源模块和数据传输接口；其中，所述数据传输接口通过数据线与数据监控平台连接。

进一步地，所述通讯分机还包括用于封装的分机壳体，以及设置于分机壳体上并与第一微处理器连接的分机电源开关，所述第一显示模块和串行接口均安置于分机壳体上，所述分机通讯天线安装在分机壳体上并与第一无线数传模块在分机壳体上置留的天线接口连接。

并且，所述第一电源模块采用充电电池，配置对应的第一充电电路，该第一充电电路在所述分机壳体上置留一充电接口。

进一步地，所述通讯主机还包括用于封装的主机壳体，以及设置于主机壳体上并与第二微处理器连接的主机电源开关，所述第二显示模块和数据传输接口均安置于主机壳体上，所述主机通讯天线安装在主机壳体上并与第二无线数传模块在主机壳体上置留的天线接口连接。

并且，所述第二电源模块采用充电电池，配置对应的第二充电电路，该第二充电电路在所述主机壳体上置留一充电接口。

作为优选，所述第一无线数传模块和第二无线数传模块均采用stm8l151g6u6为核心芯片。

作为优选，所述第一微处理器和第二微处理器均采用stm32f103。所述全站仪的型号为rts822r8。

具体地，所述数据监控平台包括核心处理器，与核心处理器连接的输入模块、显示模块、存储模块、传输接口模块、报警模块，其中，所述传输接口模块通过数据线与通讯主机进行数据互交。

基于上述构造，本发明还提供了该基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统的检测预警方法，包括如下步骤：

(1)在火灾建筑的至少两个不同方位与之保持一定距离地各安置一台全站仪及与之连接的通讯分机，使全站仪正对所述火灾建筑进行检测，且相邻所述全站仪分别与所述火灾建筑构成的两条线之间的夹角处于45±10°～90±10°范围内；

(2)所述全站仪实时监测所述火灾建筑的参数数据，所述通讯分机每间隔一设定时间采集一次对应的全站仪所获取的火灾建筑参数数据，并将该参数数据无线传输给通讯主机；

(3)所述通讯主机接收各个通讯分机传输的参数数据，并将之传输至数据监控平台汇总；

(4)所述数据监控平台分别记录每个全站仪在每一次采集时间反馈的参数数据，并分别针对每个全站仪计算其在相邻采集时间的参数数据的差值；

(5)对比所计算的差值与预设阈值的关系，并通过报警模块发出相应的报警信号；

其中，所述预设阈值包括警告阈值、危险阈值，所述报警信号包括与警告阈值对应的警告报警信号，与危险阈值对应的危险报警信号。

进一步地，所述步骤(4)中数据监控平台还分别针对每个全站仪计算其每一次采集的参数数据与其初次采集的参数数据之间的差值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用多个全站仪设备来对火灾场景的建筑进行全方位监测，为每个全站仪配备通讯分机实现监测数据的实时互通，由通讯主机统一接收每个全站仪的监测数据并通过数据监控平台进行火灾建筑变形预警，大大增强了火灾建筑变形监测的实时性，为消防人员的生命安全提供了可靠保证，并且本发明构思新颖，设计巧妙，针对性强，成本较低，易于实现，在消防救援领域具有很好的应用前景，适合推广应用。

(2)本发明的通讯分机通过标准串行端口从全站仪处采集实时监测的数据，并通过无线数传模块将数据实时传输至通讯主机汇总统计，避免了以往监测人员通过电话/对讲机等工具口头汇报计算数据容易产生失误的问题，也有效提高了监测数据采集的实时性，使监测预警人员直接在数据监控平台端即可方便掌控所有全站仪所采集数据的情况，为火灾场景建筑变形监测预警提供了极大的便捷。

(3)本发明的通讯主机和通讯分机均为自带电池独立供电形式，不会受到外部供电情况的影响，使用方便，并且可以通过自带的显示模块查看当前电池用量和信息反馈情况，通过配置的电源开关使其不使用时可以关闭节约用电，而且配置的充电电池及充电电路方便闲置时充电，有效提高设备续航性能。

(4)本发明的数据监控平台从通讯主机处获取到各个全站仪的监控数据，通过特定时间前后数据的对比判断，得到火灾建筑变形的预测情况，当变形量超过设定阈值时，由报警模块发出警报，提醒监测人员及时通知前线消防人员撤离火场，保护自身的生命安全。相比现有技术中需要配备专业的测量人员对每个全站仪进行测量操作，还需要测量人员人工计算，将测量数据转换为变形数据，本发明大大降低了对监测人员的技能要求，只需要配备人员定时定点值守/巡查，并且本发明中数据由平台计算，准确度更高。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中通讯分机的原理框图。

图3为本发明中通讯主机的原理框图。

图4为本发明中数据监控平台的原理框图。

图5为本发明中一种方式的布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

实施例

如图1至图4所示，该基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统，包括至少两个带有标准串行端口的全站仪，与每个全站仪的标准串行端口一一对应连接的通讯分机，与所有通讯分机进行无线通信的通讯主机，以及与通讯主机连接的数据监控平台；在实际应用中，一般配置四台全站仪，分别从火灾建筑的前后左右四个方位进行检测，根据具体的应用环境，也可以仅使用两台全站仪监测相互垂直的两个方位，也可以超过四台全站仪在前后左右四个正向方位基础上监测如左前、右前、左后、右后等斜向方位。优选全站仪的型号为rts822r8，其为国产设备，测量精度能够满足火灾建筑检测需求，并且价格较为便宜，性价比很高。

具体地，所述通讯分机包括通过数据线与全站仪的标准串行端口连接的串行接口，与串行接口连接的第一微处理器，均与第一微处理器连接的第一无线数传模块、第一存储模块、第一显示模块、第一电源模块，以及与第一无线数传模块连接的分机通讯天线；并且通讯分机还配置用于封装的分机壳体，以及设置于分机壳体上并与第一微处理器连接的分机电源开关，所述第一显示模块和串行接口均安置于分机壳体上，所述分机通讯天线安装在分机壳体上并与第一无线数传模块在分机壳体上置留的天线接口连接。作为优选，所述第一电源模块采用充电电池，配置对应的第一充电电路，该第一充电电路在所述分机壳体上置留一充电接口。

所述通讯主机包括用于匹配通讯分机无线信号的主机通讯天线，与主机通讯天线连接的第二无线数传模块，与第二无线数传模块连接的第二微处理器，均与第二微处理器连接的第二存储模块、第二显示模块、第二电源模块和数据传输接口；其中，所述数据传输接口通过数据线与数据监控平台连接。并且通讯主机还包括用于封装的主机壳体，以及设置于主机壳体上并与第二微处理器连接的主机电源开关，所述第二显示模块和数据传输接口均安置于主机壳体上，所述主机通讯天线安装在主机壳体上并与第二无线数传模块在主机壳体上置留的天线接口连接。作为优选，所述第二电源模块采用充电电池，配置对应的第二充电电路，该第二充电电路在所述主机壳体上置留一充电接口。

作为优选，所述第一无线数传模块和第二无线数传模块均采用stm8l151g6u6为核心芯片。所述第一微处理器和第二微处理器均采用stm32f103。

具体地，所述数据监控平台包括核心处理器，与核心处理器连接的输入模块、显示模块、存储模块、传输接口模块、报警模块，其中，所述传输接口模块通过数据线与通讯主机进行数据互交。在实际应用中数据监控平台可以使用笔记本电脑，以方便在火灾现场监测时移动。

本发明系统的硬件构架所采用的电子器件均为现有技术，不再赘述。

基于上述构造，本发明还提供了该基于激光全站仪的火灾建筑检测预警系统的检测预警方法，包括如下步骤：

(1)在火灾建筑的至少两个不同方位与之保持一定距离地各安置一台全站仪及与之连接的通讯分机，使全站仪正对所述火灾建筑进行检测，且相邻所述全站仪分别与所述火灾建筑构成的两条线之间的夹角处于45±10°～90±10°范围内；

(2)所述全站仪实时监测所述火灾建筑的参数数据，该参数数据主要为全站仪对建筑上监测点的三维坐标数据，该监测点可以为安置在火灾建筑上的标定点，也可以为在火灾建筑本身上选择的一固定目标点；

所述通讯分机每间隔一设定时间采集一次对应的全站仪所获取的火灾建筑参数数据，并将该参数数据无线传输给通讯主机，该间隔时间可以根据实际情况灵活设定，如5s、10s、20s、30s等；

(3)所述通讯主机接收各个通讯分机传输的参数数据，并将之传输至数据监控平台汇总；

(4)所述数据监控平台分别记录每个全站仪在每一次采集时间反馈的参数数据，并分别针对每个全站仪计算其在相邻采集时间的参数数据的差值，该差值是为当前监测变化量；还分别针对每个全站仪计算其每一次采集的参数数据与其初次采集的参数数据之间的差值，该差值是为监测变化积累量；从而通过数据反映出火灾建筑变形情况随时间的变化关系；

(5)对比所计算的差值与预设阈值的关系，并通过报警模块发出相应的报警信号；例如，所述当前监测变化量在某一个或几个时刻巨量突变，则可能反映出建筑的部分主要结构在火灾中逐渐损坏，具有一定的倾斜/倒塌风险，如当前监测变化量在一小段时间内一直存在小幅数据量，监测变化积累量持续增加，则可能反映出建筑正在倾斜或变形，有倒塌风险，如当前监测变化量出现正负反复的小量波动变化，监测变化积累量不大，则可能反映出建筑存在摇摆情况，具有一定的倾斜/倒塌风险，等等情况，都由报警模块发出相应的信号提示监测人员；

其中，所述预设阈值包括警告阈值、危险阈值，所述报警信号包括与警告阈值对应的警告报警信号，与危险阈值对应的危险报警信号；这些阈值的设定关系，可以不断通过监测经验丰富优化数据库，为后续的监测提供更精确判断的数据基础。

而且，本发明对火灾建筑监测的数据情况可以通过表格和图线形式从数据监控平台的显示模块呈现出来，并可以根据应用情况将监测数据进行图形化表达，以直观呈现火灾建筑变形情况，数据图形化方式可基于现有技术进行转换，本发明不再赘述。

本发明应用于火灾救援场景，如一建筑发生火灾险情时，消防部队派遣消防人员进入火灾建筑进行抢险救援，同时消防后勤在火灾建筑外部布设本发明进行火灾建筑变形检测预警，为消防人员的生命安全提供后勤保证。依次将四台全站仪架设在火灾建筑前后左右四个正向方位(允许小角度的安置误差)，全站仪与火灾建筑保持合理的检测距离，避开明显障碍物，保证全站仪和火灾建筑之间视野较空旷，分别调整每个全站仪使其对准火灾建筑进行测量，并为每个全站仪连接通讯分机，如图5所示，此时每个全站仪处可以不再安排监测人员值守，或仅统一安排一值守人员往返巡逻，可大大减小人力资源成本。数据监控平台安置于消防指挥点处或附近，通过其连接的通讯主机与全站仪连接的通讯分机进行监测数据采集和传输，在另一种优化方案中，可以将正向方位的全站仪及其对应的通讯分机设置在数据监控平台位置，并将该通讯分机直接作为通讯主机使用，来接收并传输其他通讯分机采集的数据，以节约设备资源；再由数据监控平台统一汇总计算，此时只需要在数据监控平台位置安排一专业人员值守即可查看火灾建筑监测数据情况，当全站仪检测数据的差值计算结果超过预先设定的阈值，在数据监控平台的报警模块发出警报，表明火灾建筑有向某侧倒塌的危险，由该值守人员报告消防指挥点，及时通知抢险救援的消防人员进行撤离，保证生命安全。

另一方面，消防指挥人员也可以在数据监控平台实时查看当前火灾建筑的变形情况，根据数据反馈信息指挥消防人员对预测的将要倒塌的部分进行优先救援，然后及时撤离，尽量争取抢救更多的生命和财物。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。