基于物联网与多源数据融合的混凝土水化热预测系统的制作方法

本发明涉及混凝土检测，尤其涉及一种基于物联网与多源数据融合的混凝土水化热预测系统。

背景技术：

1、随着建筑行业的快速发展，混凝土在建筑工程中的应用越来越广泛。然而混凝土的施工过程和性能变化对环境的影响日益受到关注。其中混凝土水化热是一个关键因素，它不仅影响着混凝土的凝固时间，还可能引起结构温度波动，从而导致建筑物内部温度不均匀，进而引发各种问题，如裂缝和膨胀。现有技术在对采集数据进行异常处理时，通常侧重于对温度数值本身进行异常值检测，而缺少对数据空间对应关系的有效判断。当监测数据虽然数值处于正常范围，但其实际对应的空间位置发生错误时，仍可能被作为正常数据输入水化热分析模型，使不同空间位置的温度变化特征发生混叠，导致所构建的温度场不能真实反映混凝土内部实际温度分布。

2、中国专利公开号：cn120706128a，公开了掺矿渣粉的混凝土水化热和绝热温度预测方法、系统和设备，系统包括：水化热预测模型构建单元，配置为将硅酸盐水泥矿渣体系的总放热量表达为硅酸盐水泥的水化放热量与矿渣水化放热量之和，得到硅酸盐水泥矿渣水化放热预测模型；绝热温度预测单元，配置为将所述硅酸盐水泥矿渣水化放热预测模型计算出的硅酸盐水泥矿渣体系的总放热量与单方胶凝材料用量相乘，作为混凝土热传导微分方程的内热源项，并采用有限差分法求解所述混凝土热传导微分方程，得到绝热条件下混凝土的温度场分布；其中，所述硅酸盐水泥的水化放热量是根据硅酸盐水泥的水化程度计算得到的，所述硅酸盐水泥的水化程度是通过硅酸盐水泥的水化程度预测模型预测得到。

3、由此可见，所述掺矿渣粉的混凝土水化热和绝热温度预测方法、系统和设备存在由于预测过程与实际施工监测数据结合不足，异常数据无法被有效排除导致预测结果对实际混凝土温度变化的适应能力不足，导致混凝土水化热预测的可靠性低的问题。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种基于物联网与多源数据融合的混凝土水化热预测系统，用以克服现有技术中由于多源监测数据与混凝土空间单元之间的对应关系难以准确建立，以及异常监测数据容易传递至水化热预测过程导致水化热预测结果的可靠性低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种基于物联网与多源数据融合的混凝土水化热预测系统，包括：

3、数据采集模块，其用以获取待浇筑混凝土结构的结构图纸、材料属性以及施工参数；

4、空间划分模块，其用以根据所述结构图纸和所述施工参数确定所述待浇筑混凝土结构的浇筑基准以划分得到若干空间单元，并将材料属性和基准坐标绑定至对应空间单元；

5、布点确定模块，其用以判定所述若干空间单元类型，并根据判定结果和所述基准坐标确定传感器布点方案以部署温度传感器；

6、数据映射模块，其用以获取所述温度传感器采集的温度数据，并根据所述基准坐标将温度数据映射至对应的空间单元；

7、空间判别模块，其用以对所述温度数据表征的空间单元和映射空间单元进行空间一致性校验，并对校验未通过的温度数据进行修正以得到有效温度数据；

8、环境校验模块，其用以根据所述有效温度数据对所述空间单元进行环境耦合校验，判定所述空间单元是否具有水化热反应表征能力；

9、预测输出模块，其用以在水化热反应表征能力校验通过时，将所述有效温度数据输入混凝土水化热预测模型参与水化热预测以输出预测结果。

10、进一步地，所述空间划分模块用以根据所述结构图纸确定待浇筑混凝土结构的设计空间范围，并根据施工参数对设计空间范围进行修正以确定浇筑区域，以进行空间单元划分。

11、进一步地，所述布点确定模块用以根据所述浇筑基准确定深浅层临界距离值；

12、所述布点确定模块用以计算空间单元中心位置到待浇筑混凝土结构外表面的最短距离；

13、所述布点确定模块用以在所述最短距离小于或等于所述深浅层临界距离值时，判定所述空间单元为浅层空间单元；

14、所述布点确定模块用以在所述最短距离大于所述深浅层临界距离值时，判定所述空间单元为深层空间单元。

15、进一步地，所述布点确定模块用以根据所述空间单元的类型和所述浇筑基准对应的待浇筑混凝土的温度监测需求确定各空间单元的传感器布置位置，并记录所述传感器与空间单元之间的对应关系，形成传感器布点方案以部署温度传感器。

16、进一步地，所述空间判别模块用以获取与所述温度数据对应的温度传感器的实际安装位置信息，并根据所述实际安装位置信息和所述待浇筑混凝土结构的浇筑基准确定所述温度传感器实际所属的空间单元；

17、所述空间判别模块用以对所述温度传感器实际所属的空间单元和映射空间单元进行空间一致性校验；

18、所述空间判别模块用以在所述温度传感器实际所属的空间单元和映射空间单元一致时，判定空间一致性校验通过并根据所述温度数据生成有效温度数据；

19、所述空间判别模块用以在所述温度传感器实际所属的空间单元和映射空间单元不一致时，判定空间一致性校验未通过并得到校验未通过的温度数据。

20、进一步地，所述空间判别模块用以在空间一致性校验未通过时，根据传感器实际空间位置确定其对应的空间单元，将所述温度数据与原空间单元解除关联并将所述数据重新关联至根据实际空间位置确定的空间单元，更新所述传感器与空间单元之间的关联记录并进行一致性验证，验证通过后生成修正后的有效温度数据。

21、进一步地，所述环境校验模块用以根据同一空间单元内连续时间段的温度数据计算温度变化量，并根据所述温度变化量确定对应空间单元的温度变化方向和变化速率；

22、所述环境校验模块用以在所述空间单元内温度变化方向连续且变化速率符合混凝土水化热过程中的变化规律时，判定所述空间单元内温度趋势一致；

23、所述环境校验模块用以在所述空间单元内温度变化方向不连续或变化速率不符合混凝土水化热过程中的变化规律时，判定所述空间单元内温度趋势异常。

24、进一步地，所述环境校验模块用以在所述空间单元内温度趋势一致时，判定所述空间单元具有数据表征能力；

25、所述环境校验模块用以在所述空间单元内温度趋势异常时，判定所述空间单元不具有数据表征能力，并将所述空间单元对应的有效温度数据标记为待修正温度数据。

26、进一步地，所述环境校验模块用以获取待修正温度数据，并根据所述待修正温度数据相邻时序的温度变化趋势确定温度修正轨迹；

27、所述环境校验模块用以根据所述温度修正轨迹确定所述待修正温度数据对应时间节点的修正温度值并利用相邻空间单元之间的温度变化关系对所述修正温度值进行调整，以得到修正后的温度数据；

28、所述环境校验模块用以将所述修正后的温度数据重新进行环境耦合校验，并在校验通过后将所述修正后的温度数据作为有效温度数据输出。

29、进一步地，所述预测输出模块用以将所述有效温度数据输入混凝土水化热预测模型，模型结合水化热释放以及不同空间单元之间的热传递关系，计算各空间单元在未来预测时间节点的温度变化，并根据各空间单元的预测温度形成未来时刻的混凝土内部温度预测趋势。

30、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明所述系统根据空间单元的分层属性确定传感器布点方案，使温度传感器能够根据混凝土结构不同深度区域进行合理布置，提高传感器布设的针对性，使采集得到的温度数据能够更加全面地反映混凝土内部温度场的空间分布及演化过程，通过空间一致性校验，能够识别由于传感器数据关联错误、空间映射关系偏差等原因造成的空间归属不准确数据，避免错误空间信息进入后续水化热预测过程，提高预测模型输入数据的空间准确性，通过对各空间单元的数据表征能力进行判定，能够判断各空间单元采集数据是否符合混凝土水化热过程中温度随时间变化以及空间传递的实际规律，使输入水化热预测模型的数据同时具备空间一致性和变化合理性，克服了由于传感器采集数据与实际空间位置对应关系不明确、异常温度数据未及时识别处理以及无效监测数据参与预测导致水化热预测结果偏差较大的问题，提高了混凝土水化热预测的准确性。

31、进一步地，本发明所述系统通过对空间单元进行分层属性判定，使不同空间位置对应不同的温度变化特征，由于混凝土内部区域受水化热影响较大，温度变化速度较慢，而靠近外表面的区域受环境散热影响较明显，温度变化较快，对空间单元进行分层判定，能够区分不同热传递条件下的温度监测需求，提高传感器布置的针对性，使温度传感器能够针对深层区域、浅层区域以及关键温度变化区域进行合理配置，避免传统方法中采用固定间距或随机布点方式造成部分关键区域监测不足、部分区域重复监测的问题，提高了温度监测方案与实际混凝土结构的匹配程度，克服了由于传统传感器布点方式无法适应不同区域热传递差异，导致温度采集不全面、空间温度分布分析准确性不足以及水化热预测结果偏差较大的问题，进一步提高了混凝土水化热预测的准确性。

32、进一步地，本发明所述系统通过对温度数据与其映射空间单元之间进行空间一致性校验，能够判断温度传感器采集数据与实际对应空间位置之间的关联关系是否准确，避免由于传感器安装位置变化、数据映射错误或空间关联记录偏差等因素导致温度数据被错误关联至非对应空间区域的问题，当空间一致性校验未通过时，解除温度数据与原空间单元之间的错误关联，将其重新映射至正确空间单元，从而实现对空间关联错误数据的自动修正，提高数据利用率，避免因局部空间关联异常导致有效监测数据丢失，避免错误关联再次进入后续分析过程，克服了由于传感器数据空间映射错误、温度数据空间归属不准确导致水化热预测模型输入数据失真，进而造成混凝土内部温度场预测结果偏差较大的问题，进一步提高了混凝土水化热预测的准确性。

33、进一步地，本发明所述系统通过对空间单元内温度趋势进行校验，能够判断单个监测区域的温度变化是否符合自身水化热发展特征，对温度变化方向的连续性以及变化速率进行判断，能够区分正常的温度波动与异常温度变化，避免仅依据单一温度值进行判断造成的误判，克服了由于传感器采集波动、数据传输异常或局部数据突变导致错误温度数据参与后续预测，提高了温度监测数据对实际温度场分布的表征能力，通过对空间单元的数据表征能力进行综合判定，针对不具有表征能力的待修正温度数据，建立温度修正轨迹，并结合空间温度关联关系对修正结果进行调整，使修正后的温度数据同时满足时间变化连续性和空间分布合理性，提高了温度监测数据对混凝土水化热过程的真实表征能力，增强了输入预测模型数据的准确性和稳定性，克服了由于温度传感器采集数据存在局部波动、单点异常以及空间温度变化关系不明确，导致水化热预测结果偏差较大，无法准确反映混凝土内部温度场演化过程的问题，进一步提高了混凝土水化热预测的准确性。