基于物联网的房屋倾斜监测技术研究

毛颂平

扬州大学水利与能源动力工程学院 江苏 扬州 225127

前言

随着当今经济社会的日益发展，人口、资源、环境问题日益突出。为了缓解人地矛盾、使土地得到集约高效的利用，房屋建筑正在向超高层、地下多层的趋势发展，这对房屋建筑的安全可靠度提出了更高的要求。在房屋的建设与使用过程中，由于地基的不均匀性、地下水水位变化的影响、住宅楼单侧地基承载力降低等原因会导致房屋的沉降与倾斜。特别是在一些二三线城市，旧城改造、危房拆除的过程会导致原有的邻近的房屋倾斜、开裂。当建筑物的倾斜度超过了一定程度上的临界值，便会造成大面积的建筑损害，甚至倒塌等工程事故，对人们的生命和财产安全造成严重损害。

为了做到在不影响居民的正常使用与工业的正常生产的情况下，及时的发现房屋建筑存在的隐患和已经存在的问题，为后续的修补与加固提供具有时效性的倾斜预报，为居民的生活和工业生产提供保障，我们需要有一套成熟的房屋倾斜监测技术。这一套技术必须要能够准确地将房屋倾斜程度反映出来，还要能够做到实时报告、反映倾斜角度的变化趋势。房屋的安全是正常工农业生产和居民生活的保障，实时监测房屋倾斜程度是及时发现问题并采取补救措施的重要手段。现有的倾角测量方法主要是传统人工测量和自动化测量。传统的人工测量方法有很多种，如利用全站仪、经纬仪、水准仪、激光铅直仪等仪器进行测量，但这种方法存在很多局限性，需要大量的人力物力，不能实时的准确的反映出现场实际情况，通常现场测量完以后，过一段时间，倾角又会有新的变化，数据的时效性得不到保障。自动化测量主要利用倾角传感器测量，这种方法方便快捷，但此类传感器影响因素较多，稳定性不高。特别是气体倾角传感器中，气体运动极为复杂，因此不宜推广。

在当今信息化的时代，物联网技术高速发展。物联网利用电子设备实现了人与人、人与物、物与物的连接，方便技术人员的管理和控制。现如今，将这种技术运用到房屋倾斜监测技术中将大大提高系统的效率和测量的精度。

1 监测系统基本原理

采用物联网系统，将计算机、网络、传感器、微处理器实现智能化、网络化的结合，把接收到的一系列数据信息通过无线传感器网络智能监测软件处理后生成房屋倾斜角度的时间连续图像。由于物联网技术的智能化、无人化和自动化，我们可以在任何时间、任何地方获得精确数据。该方法采用的是将应变片作为转换元件，将房屋倾斜产生的应变转换为电阻的变化，应变的变化会产生电阻的变化，从而我们通过微处理器得到电压的变化信号U=f（ε），并传输到无线传感器智能监测软件，这样可以直接得到倾角θ与应变ε的关系。传感器在使用过程中，应变片的应变不可能只受荷载的影响。因此，需要把影响最大的温度、湿度等因素考虑进去。受温度、湿度影响，应变片将会产生虚假应变，所以需要对应变片进行温度、湿度补偿来获得精度更高的数据[1]。

2 数据查询系统设计

传感器采集到的数据通过GPRS网络发送到服务器，经过GPRS服务器接收软件的处理后，将数据储存到MySQL数据库中，在通过JAVA语言编写的APP查询数据，了解房屋倾斜情况，对房屋整体安全做客观评价。主要实现的接口有：①登录验证②获取各检测参数列表③获取参数数据④获取参数近30天的折线图和变化趋势[2]。

3 创新特色

该技术的创新之处在于将物联网技术应用于房屋倾斜监测，可以实现任何时刻、任何地点都能及时获取数据，本项目将开发一套无线传感器网络智能监测软件用于对传感器传出数据的处理分析，绘制图像。在监测速度、安全系数、数据时效、数据精度、技术难度、环境保护和成本预算方面都更好的解决了现有监测方法存在的诸多问题，具有较强的综合优势[3]。

（1）倾斜传感器的设计：传感器采用应变式传感器，应变式传感器是基于物体受力变形所产生的应变的一种传感器。应变式传感器精度高，测量范围广。应变式传感器结构简单，尺寸小，质量轻，可在高（低）温、高速、高压、强烈振动、化学腐蚀等各种恶劣条件下正常工作，这样可以保证我们研发的测量系统在雨雪、酷暑等天气下正常运行，避免了监测人员和恶劣环境的直接接触，减少不必要的损失，安全系数有了保障。应变式传感器易于实现小型化、固态化和大规模生产推广。传感器中被测试件采用竖直悬臂梁，通过悬臂梁自重沿梁方向所产生的应变变化来反映房屋的倾角变化。

（2）在传输性能方面：将监测房屋倾斜程度和智能传感器相结合，具有自我诊断、自我校准功能，可对数据进行感知、分析、修正和误差补偿，提高了可靠性和测量精度。智能传感器有存储功能，可随时检测数据；时效性强，反应速度快，可在短时间内获取实时有效的数据。

（3）物联网技术的应用是最大的亮点，物联网技术的高速发展，实现了自动化、智能化、无人化的控制。本方案运用物联网技术，将智能传感器监测到的数据及时传输到网络智能监测软件以及手机APP，这样可以使监测人员在任何时间、任何地点获取房屋倾斜角度，以便于及时发现问题和采取加固措施。这样可以不用监测人员到现场监测，大大减轻了工作量。手机APP在本项目中的应用体现了监测技术集成化、易携带的特点。

（4）在倾斜传感器装置上安装太阳能电池板，利用清洁能源供电，无环境污染，在成本上也大大节约了人力物力资源[4]。

4 结束语

目前传感器的高速发展使得传感器在生活中的应用越来越广泛，基于物联网的房屋倾斜监测技术充分发挥了传感器的体积小、质量轻、低成本、高可靠性、低功耗、大量程、易于数字化、智能化的优点，操作简单，易于普及。物联网技术将互联网与传感器相结合，数据采集具有准确性和时效性，还能及时记录储存，是信息化时代房屋倾斜监测的必然趋势。