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古建筑监测及预警解决方案

发布时间:2015-01-15 09:46:25   点击量:

  一、方案简介

  本方案是依据最前沿的物联网中的核心技术,即超低功耗、人工智能无线传感网络技术,针对不可移动文化遗产,进行的便捷、高效、高精度的结构安全监测与保护。通过这张无线传感网络的不断深化与实施,建立起一整套创新型的国家不可移动文化遗产的物联保护,科技之网。

  二、不可移动文化遗产的保护现状

  对于我国现有的不可移动文化遗产的保护力度,在各级政府的不断推动下,达到了空前的水平。我们常见的不可移动文化遗产,是以宝塔、寺庙、民居、古桥、地下墓藏等为主要的存在形式。在监测手段方面,基本上是以人工的巡检为主,结合配有一定权重比例的评分机制,由百姓、相关机构以及文物专家共同参与,进而评估出该遗产的所处状态与维护策略。

  这样就形成了传统的,以“人的客观视觉”加上“人为经验”为主导的监测现象。随之而来的问题就锁定在了:巡查频率极低;工作强度极大;严重缺乏科学的数据支撑的判断与评估;使得本就有限的人力、物力、财力无法得到科学有效的配置;让大量的更需更大力度保护的不可移动文化遗产,没有得到“按需”保护。而在世人面前,一件文化遗产,是无分重轻的,他们都是五千年来,中华文明的“唯一”见证人,是不可复制的,更不可以用照片、影像来传给后人的。

  三、无线传感网络监测技术

  物联网技术的实质是在行业专业的引导下,让物、事、状态,能够自己说话。“自行”形成了一个科学的反馈机制,让更多的重要参数,在传感网络的平台上,得到感知,采集,智能传递,汇聚、解析、评估。在让更多的传感数据成为重要的遗产保护信息的同时,提供不可替代的辅助决策依据。在让“人”得到解放的同时,让“物”得到最大程度的智能化。在让“物”告知其自身的结构安全状态的同时,让“有限的资源”得到最优秀的配置。该技术现在主要用于英国伦敦古老建筑的监测,如维多利亚车站,伦敦塔桥、伦敦地下铁隧道等地区。通过对于重要基础设施的精细化监测与管理,得到建设资源,维护资源的合理化消耗,符合未来庞大的不可移动文化遗产的维护需求。

  1. 监测目的

  A. 建立一套对于全国不可移动文化遗产的,无线无源的、高效的、便捷的结构安全监测与预警系统;

  B. 对于不可移动文化遗产保护区域内,所出现的长、中、短期的人为扰动,在地上、地下工程的建设之前、之中、之后的三个过程的控制、监测与评估。

  2. 监测原则

  A. 以文物局以及相关单位多年的检测、监测数据与成果为重要基础;

  B. 结合结构、岩土专家的实地勘测,制定出相应的专业的无线传感网络监测方案;

  C. 系统必须实现快速布置后的调试与交付,安装时必须避免出现任何对于古迹造成二次破坏的可能性;避免出现对于景观的观赏性的任何影响;

  D. 数据与分析结果并入已有的文物管理系统平台;

  E. 对于“问题”古迹数据的人员巡检,评估与决策,并制定相应的工程措施。

  3. 监测对象

  A. 地上建筑(群): 宝塔、民居、古城、古树、石窟、寺院、古桥等;

  B. 地下建筑(群): 墓、室等。

  4. 监测特点

  A. 安装方式

  a. 无线:无需铺设传输线路;  b. 无源:内置供电单元,保证系统持续工作24 个月以上;

  c. 数据丢包率:优于99.5%;  d. 快速实施:可采用捆绑式安装,或强胶粘贴式传感支点;

  e. 测点外形:体积小(如,60 x 60 x 40mm),质量轻(如,0.5kg以内);

  f. 安装时间:从硬件系统到达场地,8-24小时内完成;  g. 超高精度监测。

  B. 可调式采样速率与通讯频段

  C. 多方位、精密监测:保证数据完整性与提前趋势预警能力

  D. 监测参数:

  a. 倾斜倾覆;  b. 裂缝发展;  c. 结构应力;  d. 竖直沉降;  e. 振动响应;

  f. 山体滑坡;  g. 环境要素;  h. 气体环境。

  5. 监测模式

  A. 静态监测与动态模态监测

  a. 静态监测:将测点安装在古迹之上,对于主体结构进行实时监测,在确保主体结构不会出现重大倾覆破坏的同时,实现早期的趋势性预警。

  b. 动态模态监测:实时性或季度/年度性巡检性调查,通过对于该古迹的振动模态的识别,将结构内部出现的损伤精确定位。

  B. 常规安全监测与重点安全监测

  a. 常规安全监测:对于关键结构点的全天候监测,布点密度相对较小,监测频次少。

  b. 重点安全监测:对于关键结构点,辅助结构点以及其他多种参数的全天候监测,布点密度大,监测频次密集,系统响应速度快。
 

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