一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统；该系统主要由若干个无线传感器节点和一个控制计算中心通过无线连接组成；本实用新型专利技术借助于无线传感网技术低成本、自组织的特点，构建了一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统，在功能上做到真正意义上的零线路布置，长期全天候工作；本实用新型专利技术利用检测到的加速度和角速度反应，进行数值分析计算得到结构的速度反应和层间位移反应，从而除了通过层间位移对整体结构和结构构件进行震害评估外，还可以通过结构的速度和加速度反应对非结构构件等速度或加速度敏感型构件进行震害评估，真正实现建筑结构基于性能的震害评估要求。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及建筑工程地震灾害评估领域和无线传感器网络
，尤其涉及一种适用于基于无线传感网的建筑结构震害评估系统。
技术介绍
既有建筑的震害评估是强震后的重要工作内容之一。各类房屋建筑的震害评估报告是合理确定灾后救助方案和灾后重建政策最原始的工程依据。其中尤为重要的是，震 后须对医院、避难场所(如大跨体育场馆)和学校等重要建筑进行迅速而准确的即时震害评估，以期更好地实现地震伤员的医务救助、受灾群众的临时安置以及灾区学校的开学复课。专业人员对震后建筑结构的排查鉴定是当前灾后震害评估的主要手段。受实际条件的制约，这种评估手段具有以下局限性〔I)对受灾建筑进行现场排查需结构工程和地震工程领域的专业人员参与，同时肉眼排查只能观察到结构的表面破坏，结构内部损伤则需借助仪器进行检测，因此大量人员和仪器的投入是这种评估手段所不可或缺的。②现场排查须在专业人员和仪器到达受灾现场后进行，排查工作也需一定的时间才能完成，因此评估时间往往较长，难以实现重要建筑的即时震害评估目标。CD现场排查大多局限于结构局部损伤的判定，通过结构的局部损伤情况进行结构整体的定性震害评估往往带有一定的片面性和主观性，也很难定量地分析地震对既有建筑正常使用功能所造成的破坏及由此所产生的经济损失。建筑结构的抗震分析计算也是既有建筑灾后震害评估的一种手段。然而，既有建筑的结构参数确定需进行大量的调研工作，单体结构的计算机建模和分析同样需投入大量的人力和物力，准确的地震动输入数据也要在地震工作者数据处理后才能获得，以上的各种原因也使得通过抗震分析获取结构地震反应继而进行既有建筑的灾后震害评估特别是即时评估变得十分困难。因此，突破传统的震害评估手段，利用现有的技术开发一种更为先进的震害评估系统，对进一步提升我们国家的抗震防灾能力和降低强震后的震害损失将是十分重要和迫在眉睫的。传感器技术、微机电系统和无线通信等技术的进步，推动了低成本、低功耗、多功能智能传感器的快速发展，使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。与传统的有线传感器系统相比较，由多个智能传感器组成的无线传感网无需通过电缆线传输工程测试信号，在大大降低其测量应用成本的同时，具有易布设、施工周期短和信号稳定等优点。无线传感网所具备的优点及其技术发展同样为既有建筑的地震反应检测提供了一种新的技术手段。正是基于以上的工程和技术背景，本技术提出了基于无线传感网的建筑结构震害评估系统及方法。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统。本技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统，它主要由若干个无线传感器节点和一个控制计算中心通过无线连接组成；其中，所述无线传感器节点由传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块和电源模块等组成；所述传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块分别与电源模块相连，传感器模块、无线通信模块分别与单片机处理模块相连；所述传感器模块包含三维加速度传感器和三维角速度传感器，单片机处理模块由处理器、存储器、A/D转换器和传感器信号调理电路等组成；三维加速度传感器和三维角速度传感器分别与传感器信号调理电路相连，传感器信号调理电路和A/D转换器相连，存储器和A/D转换器分别与处理器相连；所述控制计算中心由无线传感器模块、单片机处理模块、无线通信模块、数据分析模块和电源模块等组 成；传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块、数据分析模块分别与电源模块相连，传感器模块、无线通信模块分别与单片机处理模块相连，数据分析模块与无线通信模块相连；单片机处理模块由处理器、存储器、A/D转换器和传感器信号调理电路等组成，传感器信号调理电路和A/D转换器相连，存储器和A/D转换器分别与处理器相连；传感器模块包含三维加速度传感器和三维角速度传感器，三维加速度传感器和三维角速度传感器分别传感器信号调理电路相连。本技术的有益效果是I、借助于无线传感网技术低成本、自组织的特点，构建了一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统，在功能上做到真正意义上的零线路布置，长期全天候工作。2、本技术采用了低功耗设计。震害评估系统平时态时只有控制计算中心检测振动，无线传感器节点则处于休眠状态，传感器处于完全断电状态，从而实现真正意义上的低功耗工作。3、利用无线传感器节点中的加速度传感器和角速度传感器对各测点的地震响应进行实时检测和传输，并通过数据的融合处理和计算分析得到既有建筑的即时震害评估结果，整个评估过程将不再需要专业人员的参与现场检测仪器的投入。4、无线传感器节点的加速度传感器和角速度传感器将检测记录各测点结构地震响应的时程履历，从而可以跟踪和分析结构在整个地震中所受到的损伤过程，得到震害评估结果将更加精确合理。5、利用检测到的加速度和角速度反应，进行数值分析计算得到结构的速度反应和层间位移反应，从而除了通过层间位移对整体结构和结构构件进行震害评估外，还可以通过结构的速度和加速度反应对非结构构件(如天花板吊顶、吊灯、家具以及仪器设备)等速度或加速度敏感型构件进行震害评估，真正实现建筑结构基于性能的震害评估要求。附图说明图I为基于无线传感网的建筑结构震害评估系统示意图；图2为本技术的无线传感器节点硬件结构框图；图3为本技术的控制计算中心硬件结构框图；图4为本技术的无线传感器节点软件流程图；图5为本技术的控制计算中心软件流程图；图6为本技术的数据分析模块软件流程图。具体实施方式以下结合附图详细说明本技术，本技术的目的和效果将变得更加明显。如图I所述，本技术基于无线传感网的建筑结构震害评估系统主要由若干个无线传感器节点I和一个控制计算中心2通过无线连接组成。其中，无线传感器节点I根据需要布置在建筑物的楼板上，测量地震时建筑结构振动的加速度和角速度的信号，同时还具备路由功能。控制计算中心根据需要布置在建筑物底层地面上，以保证最先检测到地震信号。当两个无线传感器节点I之间的距离太远超过无线通信距离或者某条网络中断时，无线传感器节点I可以与周围其它无线传感器节点I自组织网络，将测量数据有效而可靠地传输至控制计算中心2。控制计算中心2不仅负责测量数据的接收储存和处理分析，而且控制计算中心2中的传感器还负责振动信号的全天候检测，当它检测到振动发生时，发送命令要求所有的无线传感器节点开始定时采样和保存数据；当检测到振动结束时，它发出命令要求所有的节点停止采集并发送数据至控制计算中心2，由此完成既有建筑的震害评估。如图2所述，无线传感器节点I由传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块和电源模块组成。传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块分别与电源模块相连，传感器模块、无线通信模块分别与单片机处理模块相连。其中，传感器模块包含三维加速度传感器和三维角速度传感器，单片机处理模块由处理器、存储器、A/D转换器和传感器信号调理电路组成。三维加速度传感器和三维角速度传感器分别与传感器信号调理电路相连，传感器信号调理电路和A/D转换器相连，存储器和A/D转换器分别与处理器相连。通过采用三维加速度传感器和三维角速度传感器实现加速度和角速度数据的采集，传感器调理电路将采本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感网的建筑结构震害评估系统，其特征在于，它主要由若干个无线传感器节点和一个控制计算中心通过无线连接组成；其中，所述无线传感器节点由传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块和电源模块组成；所述传感器模块、单片机处理器模块、无线通信模块分别与电源模块相连，传感器模块、无线通信模块分别与单片机处理模块相连。2.根据权利要求I所述基于无线传感网的建筑结构震害评估系统，其特征在于，所述传感器模块包含三维加速度传感器和三维角速度传感器，单片机处理模块由处理器、存储器、A/D转换器和传感器信号调理电路组成；三维加速度传感器和三维角速度传感器分别与传感器信号调理电路相连，传感器信号调理电路和A/D转换器相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏亮，熊前锦，任达千，张思建，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：