一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统的制作方法

1.本发明属于墙体安全管理技术领域，涉及到一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统。


背景技术：

2.随着经济的发展和科学技术的进步，城市高层建筑越来越多，由此造成的高空坠物伤人事故屡屡发生。除了楼层抛物以外，还存在建筑外墙体表面的瓷砖、水泥等装饰物随着时长增加而发生裂纹掉落，如何实时检测墙体外侧水泥等坠落进行及时预防、监测，已成为建筑墙体安全迫切需要解决的问题。
3.目前，为了解决墙体表面坠落等问题，工作人员会定期对墙体进行检测，并根据检测情况对墙体进行维修，以提高墙体表面的美观和使用寿命，但是，通过人工对墙体进行缺陷检测，不仅增加大量的人力、物力，而且检测效率低，无法实时对墙体表面进行监测，由于存在主观意识，无法准确地判断墙体表面的裂纹缺陷是否达到维护的程度，且无法根据墙体当前所处的环境状况提前预估墙体表面达到维护状态下的使用寿命，避免因墙体表面裂纹达到坠落状态时，无法及时进行维护，增加了高空坠物增加人员伤亡的可能性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供的一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统，解决了现有技术中存在的墙体缺陷检测的准确性差、无法预估墙体使用寿命等问题，进而无法实现对墙体维护的预警提醒。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统，包括图像采集模块、图像预处理模块、参数调取分析模块、云数据库、墙面环境采集模块、优化管理模块、云服务器、预估测评模块和监测预警模块；
7.图像采集模块安装在墙体外侧上，用于采集待监测墙体外表面的图像，并将采集的图像发送至图像预处理模块；
8.图像预处理模块用于接收图像采集模块发送的墙体外表面的图像，对采集的墙体外表面的图像进行图像信噪比处理，筛选出图像信噪比大于设定信噪比阈值的图像，并将筛选出的信噪比大于设定信噪比阈值的图像发送至参数调取分析模块；
9.参数调取分析模块用于接收图像预处理模块发送的信噪比大于设定信噪比阈值的图像，对信噪比大于设定信噪比阈值的图像进行墙体表面图像参数调节，以调整至设定的标准图像参数，并提取经图像参数调整后的墙体表面图像中的裂痕，将提取的裂痕分别与云数据库中存储的各裂痕长度等级对应的裂痕长度以及各裂痕宽度等级对应的裂痕宽度进行对比，获取经图像参数调整后的墙体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级，并将墙体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级分别发送至云数据库和云服务器，同时，将经图像参数调整后的墙体表面图像以及图像参数发送至云数据库，；
10.云数据库用于存储参数调取分析模块发送的经图像参数调整后的墙体表面图像、图像参数以及墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级，并存储各裂痕长度等级和裂痕宽度等级，各裂痕长度等级对应不同的裂痕长度范围，不同的裂痕宽度等级对应不同的裂痕宽度范围；
11.云数据库存储墙体所在环境中的温度、湿度、风速以及墙体表面的应力等环境参数，并存储各风速等级对应的风速范围以及各应力等级对应的墙体表面所受的应力数值范围，同时，接收预估测评模块反馈的墙体表面按照先前环境因素下的预期寿命；
12.墙面环境采集模块包括若干墙面环境采集单元，墙面环境采集单元安装在墙体周侧的外表面内，用于实时检测墙体表面的温度、湿度、风速以及墙体表面所受的应力，并将检测的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力分别发送至云数据库和优化管理模块；
13.优化管理模块用于接收墙面环境采集模块发送的墙体所受的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力，以等间隔时间t获取墙体所在环境的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力，求取每天墙体的平均温度、湿度，根据墙体的图像采集间隔天数，建立前后采集时间段内的平均温度集合、平均湿度集合，同时，优化管理模块将每天墙体内的风速与设定的各风速等级对应的流速范围进行对比，以筛选出墙体外表面在不同风速等级下的吹刮时间集合，将每天墙体内所受的应力与各应力等级对应的应力范围进行对比，以筛选出墙体每天所受的应力时间集合，优化管理模块将优化处理后的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合发送至云服务器；
14.云服务器用于接收参数调取分析模块发送的墙体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级，同时提取云数据库中存储的上一采集时间段采集的墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级以及获取前后两次采集的图像参数，提取图像参数中的图像采集时间，根据前后两次采集的图像参数获取前后两次采集的间隔天数m；
15.此外，云服务器用于接收经优化管理模块优化处理后的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合，云服务器根据前后两次采集的间隔天数m分别对应的墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级，以及前后两次采集的间隔天数m内对应的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合，统计墙体表面受环境影响下的裂痕演变影响系数，云服务器将墙体表面受当前环境影响下的裂痕演变影响系数发送至预估测评模块；
16.预估测评模块接收云服务器发送的墙体表面在当前环境影响下的裂痕演变影响系数，并获取墙体表面对应的裂痕长度等级阈值和裂痕宽度等级阈值，预估测评模块根据接收的墙体裂痕演变影响系数、裂痕长度等级阈值、宽度等级阈值以及当前的裂痕长度等级和裂痕宽度等级，预估墙体表面在当前环境影响因素下从当前到墙体裂痕阈值的预期维修寿命，并将预估的墙体在当前环境影响因素下的预期维修寿命分别发送至云数据库和监测预警模块；
17.监测预警模块用于接收预估测评模块发送的墙体预期维修寿命，并实时跟踪墙体表面的使用时间是否达到预期维修寿命。
18.进一步地，各裂痕长度等级分别为e1,e2,...,ei,...,en,各裂痕长度等级对应的裂痕长度范围分别为：l1-l2,l2-l3,...,li-l(i-1),...,ln-l(n-1)，各裂痕宽度等级分别为f1,f2,...,fj,...,fn，各裂痕宽度等级对应的裂痕宽度范围分别为：h1-h2,h2-h3,...,
hj-h(j-1),...,hn-h(n-1)，ei表示为第i个裂痕长度等级，fj表示为第j个裂痕宽度等级，li-l(i-1)表示为第i个裂痕长度等级对应的裂痕长度范围，hj-h(j-1)表示为第j个裂痕宽度等级对应的最大裂痕宽度。
19.进一步地，各裂痕长度等级对应的比重系数分别为pe1,pe2,...,pei,...,pen，pe1＜pe2＜...＜pei＜...＜pen，pe1 pe2 ... pei ... pen＝1，各裂痕宽度等级对应的比重系数分别为pf1,pf2,...,pfj,...,pfn，pf1＜pf2＜...＜pfj＜...＜pfn，pf1 pf2 ... pfj ... pfn＝1，pei表示为第i个裂痕长度等级所占的比重，pfj表示为第j个裂痕宽度等级所占的比重。
20.进一步地，所述墙面环境采集单元包括温度采集单元、湿度采集单元、风速采集单元和应力检测单元，温度采集单元为温度传感器，安装在墙体外表面，用于实时采集检测墙体外表面的温度，湿度采集单元为湿度传感器，安装在墙体内，用于实时采集检测墙体的湿度，风速采集单元为风速传感器，用于实时采集检测墙体外表面的风速，应力检测单元用于实时采集检测墙体内所受的应力数值。
21.进一步地，所述裂痕演变影响系数的计算公式μm表示为m天后墙体图像中的裂痕宽度等级所对应的比重系数,u表示为m天前墙体图像中的裂痕长宽度等级所对应的比重系数,μm、u均属于pe1，pe2，...，pei，...，pen，表示为m天后墙体表面图像中的裂痕长度等级所对应的比重系数，表示为m天前墙体表面图像中的裂痕长度等级所对应的比重系数，均属于pf1,pf2,...,pfj,...,pfn，βk表示为裂痕长度对墙体外观的影响因子，γc表示为裂痕宽度对墙体外观的影响因子，d
km
表示为m天后墙体表面图像中的裂痕长度等级，dk表示为m天前墙体表面图像中的裂痕长度等级，d
cm
表示为m天后墙体表面图像中的裂痕宽度等级，dc表示为m天前墙体表面图像中的裂痕宽度等级，gvr表示为墙体在第r个风速等级下的权重系数，表示为第f天墙体在第r个风速等级下的时间，gyr表示为墙体表面所受应力在第r个应力等级下的权重系数，表示为第f天墙体表面所受应力在第r个应力等级下的时间，表示为墙体在第f天的平均温度，表示为墙体在第f天的平均湿度，α1、α2、α3和α4分别表示为风速对墙体外表面寿命的影响因子、墙体表面所受应力对墙体外表面寿命的影响因子、温度对墙体外表面寿命的影响因子和湿度对墙体表面寿命的影响因子，且α2＞α1＞α3＞α4，度对墙体表面寿命的影响因子，且α2＞α1＞α3＞α4，墙体表面受环境影响下的裂痕演变影响系数越大，表明墙体表面中裂痕的演变损坏速度越快，
22.进一步地，所述墙体表面在当前环境影响因素下从当前到墙体裂痕阈值的预期维修寿命修寿命表示为墙体在当前环境影响下的裂痕演变影响系数，d
k阈
表示为墙体中的裂痕长度等级阈值，d
c阈
表示为墙体中的裂痕宽度等级阈值。
23.本发明的有益效果：
24.本发明提供的一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统，通过参数调取分析模块对墙体图像中的裂痕长度和宽度进行分析，以获得墙体图像中裂痕长度等级和裂痕宽度等级，并通过前后两次采集图像中裂痕长度等级和宽度等级的变化，可清楚了解前后采集时间段内墙体裂痕的变化总量，便于对墙体中的裂痕长度和宽度进行定性整理，以直观地展示墙体缺陷的变化量。
25.通过墙面环境采集模块获取墙体所在环境的温度、湿度、风速以及墙体表面所受的应力，并通过优化管理模块对墙体所在环境的温度、湿度、风速以及墙体表面所受的应力进行优化处理，以获取墙体内的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合以及应力时间集合，同时结合云服务器，云服务器根据前后两次采集分别对应的墙体图像中裂痕长度等级、宽度等级，以及前后两次采集时间内对应的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合，统计墙体受环境影响下的裂痕演变影响系数，以获取墙体内的裂痕在前后两次采集时间段内受墙体内环境因素的影响程度，且能够准确且有效地构建墙体裂痕的演变模型，为后期预估墙体的使用寿命提供可靠的数据支撑。
26.通过云服务器统计获得墙体受环境影响下的裂痕演变影响系数，以及墙体在后次图像采集中的墙体裂痕长度等级、宽度等级，以预估墙体表面在当前环境影响因素下从当前到墙体裂痕阈值的预期维修寿命，能够准确地评估墙体在受当前环境影响下的预期使用寿命，便于及早或墙体表面即将坠落前进行墙体维护预警提醒，在保证墙体使用寿命前提下，对即将坠落的墙体表面进行维修，避免坠落伤人。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.一种针对建筑墙体的大数据安全监测管理系统，包括图像采集模块、图像预处理模块、参数调取分析模块、云数据库、墙面环境采集模块、优化管理模块、云服务器、预估测评模块和监测预警模块。
29.图像采集模块安装在墙体外侧上，用于采集待监测墙体外表面的图像，并将采集的图像发送至图像预处理模块；
30.图像预处理模块用于接收图像采集模块发送的墙体外表面的图像，对采集的墙体外表面的图像进行图像信噪比处理，筛选出图像信噪比大于设定信噪比阈值的图像，并将筛选出的信噪比大于设定信噪比阈值的图像发送至参数调取分析模块，通过图像预处理模块，可以筛选出质量高的墙体表面图像；
31.参数调取分析模块用于接收图像预处理模块发送的信噪比大于设定信噪比阈值的图像，对信噪比大于设定信噪比阈值的图像进行墙体表面图像参数调节，以调整至设定的标准图像参数，并提取经图像参数调整后的墙体表面图像中的裂痕，将提取的裂痕分别与云数据库中存储的各裂痕长度等级对应的裂痕长度以及各裂痕宽度等级对应的裂痕宽度进行对比，获取经图像参数调整后的墙体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级，并将墙
体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级分别发送至云数据库和云服务器，同时，将经图像参数调整后的墙体表面图像以及图像参数发送至云数据库，其中,图像参数包括分辨率、亮度、图像大小尺寸和图像采集的时间等。
32.云数据库用于存储参数调取分析模块发送的经图像参数调整后的墙体表面图像、图像参数以及墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级，并存储各裂痕长度等级和裂痕宽度等级，各裂痕长度等级对应不同的裂痕长度范围，不同的裂痕宽度等级对应不同的裂痕宽度范围，其中，各裂痕长度等级分别为e1,e2,...,ei,...,en,各裂痕长度等级对应的裂痕长度范围分别为：l1-l2,l2-l3,...,li-l(i-1),...,ln-l(n-1)，各裂痕宽度等级分别为f1,f2,...,fj,...,fn，各裂痕宽度等级对应的裂痕宽度范围分别为：h1-h2,h2-h3,...,hj-h(j-1),...,hn-h(n-1)，且各裂痕长度等级越大，表明墙体表面裂痕的长度越长，各裂痕宽度等级越大，表明墙体表面裂痕中的最大宽度越大，各裂痕长度等级对应的比重系数分别为pe1,pe2,...,pei,...,pen，pe1＜pe2＜...＜pei＜...＜pen，pe1 pe2 ... pei ... pen＝1，各裂痕宽度等级对应的比重系数分别为pf1,pf2,...,pfj,...,pfn，pf1＜pf2＜...＜pfj＜...＜pfn，pf1 pf2 ... pfj ... pfn＝1，ei表示为第i个裂痕长度等级，fj表示为第j个裂痕宽度等级，pei表示为第i个裂痕长度等级所占的比重，pfj表示为第j个裂痕宽度等级所占的比重，li-l(i-1)表示为第i个裂痕长度等级对应的裂痕长度范围，hj-h(j-1)表示为第j个裂痕宽度等级对应的最大裂痕宽度，即当墙体表面图像中的裂痕宽度不一致时，提取裂痕中的最大宽度以筛选裂痕对应的宽度等级。
33.云数据库存储墙体所在环境中的温度、湿度、风速以及墙体表面的应力等环境参数，并存储各风速等级对应的风速范围以及各应力等级对应的墙体表面所受的应力数值范围，同时，接收预估测评模块反馈的墙体表面按照先前环境因素下的预期寿命。
34.墙面环境采集模块包括若干墙面环境采集单元，墙面环境采集单元安装在墙体周侧的外表面内，用于实时检测墙体表面的温度、湿度、风速以及墙体表面所受的应力，并将检测的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力分别发送至云数据库和优化管理模块；
35.墙面环境采集单元包括温度采集单元、湿度采集单元、风速采集单元和应力检测单元，温度采集单元为温度传感器，安装在墙体外表面，用于实时采集检测墙体外表面的温度，湿度采集单元为湿度传感器，安装在墙体内，用于实时采集检测墙体的湿度，风速采集单元为风速传感器，用于实时采集检测墙体外表面的风速，应力检测单元用于实时采集检测墙体内所受的应力数值。
36.优化管理模块用于接收墙面环境采集模块发送的墙体所受的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力，以等间隔时间t获取墙体所在环境的温度、湿度、风速和墙体表面所受的应力(间隔时间t取4h、6h或8h)，求取每天墙体的平均温度、湿度，根据墙体的图像采集间隔天数，建立前后采集时间段内的平均温度集合平均湿度集合其中，表示为墙体表面在第f天的平均温度，表示为墙体在第f天的平均湿度，同时，优化管理模块将每天墙体内的风速与设定的各风速等级对应的流速范围进行对比，以筛选出墙体外表面在不同风速等级下的吹刮时间集合将每天墙体内所受的应力与各应力等级对应的应力范围进行
对比，以筛选出墙体每天所受的应力时间集合对比，以筛选出墙体每天所受的应力时间集合表示为第f天墙体风速在第r个风速等级下的时间，表示为第f天墙体表面所受应力在第r个应力等级下的时间，中q表示为风速等级的级别数，表示为q表示为应力等级的级别数，优化管理模块将优化处理后的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合发送至云服务器。
37.云服务器用于接收参数调取分析模块发送的墙体表面图像中裂痕长度等级和宽度等级，同时提取云数据库中存储的上一采集时间段采集的墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级以及获取前后两次采集的图像参数，提取图像参数中的图像采集时间，根据前后两次采集的图像参数获取前后两次采集的间隔天数m。
38.此外，云服务器用于接收经优化管理模块优化处理后的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合，云服务器根据前后两次采集的间隔天数m分别对应的墙体表面图像中裂痕长度等级、宽度等级，以及前后两次采集的间隔天数m内对应的平均温度集合、平均湿度集合、吹刮时间集合和应力时间集合，统计墙体表面受环境影响下的裂痕演变影响系数μm表示为m天后墙体图像中的裂痕宽度等级所对应的比重系数,u表示为m天前墙体图像中的裂痕长宽度等级所对应的比重系数,μm、u均属于pe1，pe2，...，pei，...，pen，表示为m天后墙体表面图像中的裂痕长度等级所对应的比重系数，表示为m天前墙体表面图像中的裂痕长度等级所对应的比重系数，均属于pf1,pf2,...,pfj,...,pfn，βk表示为裂痕长度对墙体外观的影响因子，γc表示为裂痕宽度对墙体外观的影响因子，d
km
表示为m天后墙体表面图像中的裂痕长度等级，dk表示为m天前墙体表面图像中的裂痕长度等级，d
cm
表示为m天后墙体表面图像中的裂痕宽度等级，dc表示为m天前墙体表面图像中的裂痕宽度等级，gvr表示为墙体在第r个风速等级下的权重系数，表示为第f天墙体在第r个风速等级下的时间，gyr表示为墙体表面所受应力在第r个应力等级下的权重系数，表示为第f天墙体表面所受应力在第r个应力等级下的时间，表示为墙体在第f天的平均温度，表示为墙体在第f天的平均湿度，α1、α2、α3和α4分别表示为风速对墙体外表面寿命的影响因子、墙体表面所受应力对墙体外表面寿命的影响因子、温度对墙体外表面寿命的影响因子和湿度对墙体表面寿命的影响因子，且α2＞α1＞α3＞α4，＞α3＞α4，墙体表面受环境影响下的裂痕演变影响系数越大，表明墙体表面中裂痕的演变损坏速度越快，云服务器将墙体表面受当前环境影响下的裂痕演变影响系数发送至预估测评模块。
39.预估测评模块接收云服务器发送的墙体表面在当前环境影响下的裂痕演变影响系数，并获取墙体表面对应的裂痕长度等级阈值和裂痕宽度等级阈值，预估测评模块根据
接收的墙体裂痕演变影响系数、裂痕长度等级阈值、宽度等级阈值以及当前的裂痕长度等级和裂痕宽度等级，预估墙体表面在当前环境影响因素下从当前到墙体裂痕阈值的预期维修寿命修寿命表示为墙体在当前环境影响下的裂痕演变影响系数，d
k阈
表示为墙体中的裂痕长度等级阈值，d
c阈
表示为墙体中的裂痕宽度等级阈值，并将预估的墙体在当前环境影响因素下的预期维修寿命分别发送至云数据库和监测预警模块，其中，墙体的预期维修寿命小于墙体实际可使用的寿命，进而保证墙体在可使用寿命前提前对墙体表面进行维护，同时又能最大程度地根据墙体寿命对墙体外表面进行美观。
40.监测预警模块用于接收预估测评模块发送的墙体预期维修寿命，并实时跟踪墙体表面的使用时间是否达到预期维修寿命，以提示墙面管理人员对到达预期维修寿命的墙体表面进行维护。
41.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。