Автоматизированная система мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений
Автоматизированная система мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений относится к информационным системам сбора, передачи, хранения и обработки данных и предназначена для контроля геометрических характеристик зданий и сооружений гражданского и промышленного назначения. Система содержит центр обработки информации (ЦОИ) на основе ЭВМ (сервер статистики) и как минимум одну систему сбора и передачи информации (ССПИ), содержащую контроллер и датчики, причем датчики соединены с контроллером линией связи в виде витой пары. В центр обработки информации введено устройство широкополосного доступа к сети Интернет, соединенное с ЭВМ. В систему сбора и передачи информации введено устройство для доступа к сети Интернет по радиоканалу GSM, соединенное с контроллером. В качестве канала связи между системой сбора и передачи информации и центром обработки информации используется сеть Интернет. Контроллер производит опрос датчиков и передает собранную информацию в ЦОИ. ЭВМ, входящая в состав ЦОИ, накапливает и обрабатывает собранную информацию. Применение автоматизированной системы мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений приведет к повышению безопасности эксплуатации зданий и сооружений жилого или промышленного назначения за счет обеспечении непрерывного мониторинга и централизованного контроля их геометрических характеристик. При этом здания и сооружения могут быть территориально удалены от центра наблюдения и друг от друга.
Полезная модель относится к информационным системам сбора, передачи, хранения и обработки данных и предназначена для непрерывного наблюдения за геометрическими характеристиками зданий и сооружений.
В последние годы большая часть зданий, выработавших нормативные сроки эксплуатации, вновь восстанавливается и эксплуатируется. Такие здания требуют постоянного наблюдения за состоянием конструкций для обеспечения безопасной эксплуатации. Другой областью, где постоянный мониторинг необходим в такой же степени - это строительство новых зданий в непосредственной близости от уже имеющихся или же в районах со сложными инженерно-геологическими условиями, такими как:
подрабатываемые территории угольных бассейнов, просадочные грунты первого и второго типов, оползневые склоны рек и оврагов. Так же требует постоянного мониторинга определение состояния зданий после подземных толчков в сейсмоопасных зонах.
Технической сложностью является то, что изменения в зданиях происходят очень медленно и по однократно определенному изменению нельзя судить о процессах, проистекающих в объекте, требуется определенная статистическая информации об изменениях, происходящих в здании с течением времени. Еще одной сложностью является территориальная распределенность объектов наблюдения, которые могут находиться в соседних городах или соседних областях.
Настоящая автоматизированная система позволяет централизованно следить за геометрическими характеристиками зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения и отдельных их конструкций, прогнозировать и предупреждать возникновения аварийных ситуаций, обрушение зданий. При этом здания и сооружения могут быть территориально удалены от центра наблюдения и друг от друга.
Существует структурированная система мониторинга и управления инженерным оборудованием преимущественно многоэтажного здания, осуществляющая сбор информации от различных датчиков и передающая ее для анализа в центр [патент RU 2133490, G 05 B 15/00, G 05 B 23/00, 21/09 1998 г.]. Система содержит центр обработки информации, датчики контроля и/или измерения, подключенные через коммуникационные узлы к центру обработки информации. Система снабжена контроллерами, расположенными в местах размещения коммуникационных узлов, подключенных к центральному кроссу системы по схеме иерархической звезды или схеме шин. При этом центр обработки информации представляет собой программируемую серверную станцию с функциями, в соответствии с программным обеспечением, централизованного получения по информационным каналам в рамках единого сетевого протокола данных мониторинга. Данная система предполагает, что все ее модули связаны проводными каналами высокоскоростной связи (порядка 10 Мбит) и направлена на реализацию обмена данными в пределах стандартного ограничения длины кабеля 100 м. Это накладывает ограничения на расстояние между центром обработки информации и контроллерами. Система обеспечивает наблюдение только за состоянием инженерного оборудования одного здания и не предполагает расширения для централизованного мониторинга нескольких объектов.
Наиболее близкой по структуре к заявляемой является система контроля объектов электросвязи [RU 2274903, G 08 B 25/08, 20/04 2006 г.]. Система содержит центр обработки информации, состоящий из ЭВМ, подключенный через каналы связи к системам сбора и передачи информации, состоящим из контроллера и соединенных с ним датчиков контроля, осуществляющим сбор информации с датчиков контроля. В качестве каналов связи использованы линии электросвязи, в частности, электросвязь может быть осуществлена по выделенным физическим парам прямых проводов на расстояние до 15 км или по коммутируемым телефонным каналам городской телефонной сети, при этом датчики выполнены дискретными двухпозиционными, работающими в режиме «авария - неавария». Алгоритмы работы системы позволяют принимать, анализировать, собирать и передавать на ЭВМ информацию об авариях и своевременно оповещать диспетчера, принимающего
соответствующие меры по их ликвидации. Система позволяет производить непрерывный контроль состояния объекта.
Особенностью системы является то, что система использует линии электросвязи для передачи информации. Это либо требует наличия свободных коммутируемых каналов телефонной сети между центром обработки информации и системой сбора и передачи информации, либо при использовании выделенных физических прямых пар проводов, например, линий энергоснабжения, расстояние между центром обработки информации и системой сбора и передачи информации ограничено 15 км. Кроме того, такие линии связи создают дополнительные технические сложности в случае, если между объектом наблюдения и центром обработки информации находится множество трансформаторных подстанций, или объект имеет автономную (относительно центра обработки информации) станцию энергоснабжения. Кроме того, такая организация связи между центром обработки информации и системой сбора и передачи информации требует наличия выделенной пары для каждой отдельной подключаемой системы сбора и передачи информации, что так же создает дополнительные трудности при построении крупной распределенной системы мониторинга.
Настоящая полезная модель направлена на решение технической задачи по устранению указанных недостатков и созданию автоматизированной системы мониторинга, которая позволяла бы осуществлять непрерывное наблюдение и сбор информации об изменениях геометрических характеристик зданий и сооружений, в том числе значительно распределенных территориально. Что в итоге приводит к повышению безопасности эксплуатации зданий и сооружений жилого или промышленного назначения.
Указанный технический результат достигается тем, что в автоматизированной системе мониторинга, включающей центр обработки информации, содержащий ЭВМ, осуществляющий накапливание и обработку собранных данных и как минимум одной системы сбора и передачи информации, содержащей контроллер и датчики, причем датчики соединены с контроллером линией связи в виде витой пары, в центр обработки информации введено устройство широкополосного доступа к сети Интернет, соединенное с ЭВМ, в систему сбора и передачи информации введено
устройство для доступа к сети Интернет по радиоканалу GSM, соединенное с контроллером, а в качестве канала связи между системой сбора и передачи информации и центром обработки информации используется сеть Интернет.
Структурная схема построения системы представлена на фиг.1.
Автоматизированная система мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений состоит из центра обработки информации (ЦОИ) 1 и системы сбора и передачи информации (ССПИ) 2.
Центр обработки информации 1 состоит из ЭВМ (сервера статистики) 3 и устройства 4 широкополосного доступа к сети Интернет.
Система сбора и передачи информации 2 включает в себя контроллер 5, датчики 6 и устройство 7 для доступа к сети Интернет по радиоканалу GSM (GSM-модем).
Датчики 6 жестко закрепляются на конструкциях объекта наблюдения. Для определения необходимого количества датчиков и точных мест их закрепления, на стадии монтажа автоматизированной системы мониторинга требуется проведение предварительной экспертизы здания специалистами в области обследования технического состояния зданий и сооружений. Жесткая фиксация датчиков гарантирует перемещение, наклон или иное изменение физических характеристик датчиков одновременное с наблюдаемыми конструкциями объекта. Датчики 6 соединяются с контроллером 5 линией связи, представляющей собой витую пару. В качестве протокола обмена используется RS-485. Применение этого протокола позволяет обеспечивать длину линий связи до 1200 метров без потери устойчивого соединения и одновременную подачу питания на датчики. Датчики 6 связывают с контроллером 5 по топологии «разветвленная шина».
В качестве аппаратного обеспечения серверов ЦОИ 1 могут быть использованы любые серийные серверные ЭВМ достаточной мощности, например, Hewlett-Packard HP Proliant ML 110 G3. Устройство для доступа к сети Интернет зависит от конкретных условий подключения. В частности, это может быть ADSL модем, например D-Link 500 T.
В качестве контроллера 5 ССПИ 2 применяется схема, построенная на основе однокристальных микроЭВМ серии АТМеда фирмы Atmell. Например, это может быть контроллер серии ADAM-5000 производства компании Advantech. Конкретные типы датчиков выбираются в зависимости от типов
параметров, которые необходимо контролировать и требуемой точности измерения, например, прецизионные датчики угла отклонения от вертикали N2 производства Seika Mikrosystemtechnik с интерфейсом RS-485. В качестве GSM-модема может быть использован модуль Siemens M35i.
Программное обеспечение (ПО) контроллера 5 выполняет постоянный опрос датчиков 6 и регистрирует накопившееся изменение измеряемых параметров. Информация об изменениях параметров передается в центр обработки информации 1. Для связи с ЦОИ 1 используется GSM-модем 7, что позволяет обеспечивать связь во всех районах, находящихся в зоне покрытия любого оператора сотовой связи. ПО контроллера 5 отдает команду на установку связи по радиоканалу, GSM-модем 7 связывается с оператором сотовых услуг и устанавливает канал доступа к сети Интернет. После этого ПО контроллера 5 устанавливает соединение с ЭВМ 3 центра обработки информации 1 по его уникальному адресу в сети Интернет через устройство широкополосного доступа 4. По установленному соединению передается информация об уникальном номере системы сбора и передачи информации 2 в системе, показаниях, снятых с датчиков 6, общем состоянии системы. После окончания передачи на ЭВМ 3 передается запрос на команды для контроллера 5 ССПИ 2. После завершения приема команд ПО контроллера 5 останавливает соединение с ЭВМ 3 ЦОИ 1, после чего отдает команду GSM-модему 7 на обрыв связи с оператором сотовых услуг.
Программное обеспечение ЭВМ 3 обеспечивает обработку входящих соединений от систем сбора и передачи информации 2, находящихся на объектах, сохранение полученной информации в базе данных и обработку запросов к указанной базе данных от пользователей системы. Программное обеспечение ЭВМ 3 находится постоянно в режиме ожидания входящих соединений. При поступлении запроса на установку соединения от какой-либо ССПИ 2 ПО центра обработки информации 1 устанавливает соединение, принимает данные, полученные от ССПИ 2, по уникальному номеру определяется конкретный объект наблюдения и назначение каждого параметра, измеряемого датчиком 6, после чего информация заносится в соответствующие таблицы базы данных. При поступлении запросов от пользователей системы ПО ЭВМ 3 выполняет запрос к базе данных и пересылает результат клиенту в удобном для анализа виде. Взаимодействие
пользователей с ЭВМ 3 происходит по стандартному протоколу http [RFC 2616 World Wide Web Consotium], при этом рабочие места пользователей могут находится как в составе ЦОИ 1, так и за его пределами. В последнем случае доступ к ЭВМ 3 осуществляется так же через сеть Интернет через устройство широкополосного доступа 4.
Применение автоматизированной системы мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений позволит организовать централизованное наблюдение за целостностью и безопасностью эксплуатации зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения. Использование сети Интернет в качестве канала связи позволит централизованно контролировать геометрические характеристики зданий практически независимо от их территориального расположения. Доступ по радиоканалу GSM со стороны объекта наблюдения исключает необходимость прокладки специальных линий связи, что в свою очередь удешевляет стоимость монтажа системы и увеличивает скорость разворачивания системы сбора и передачи информации на объекте.
Автоматизированная система мониторинга геометрических характеристик зданий и сооружений, состоящая из центра обработки информации, содержащего ЭВМ, осуществляющего накапливание и обработку собранных данных и как минимум одной системы сбора и передачи информации, содержащей контроллер и датчики, причем датчики соединены с контроллером линией связи в виде витой пары, отличающаяся тем, что в центр обработки информации введено устройство широкополосного доступа к сети Интернет, соединенное с ЭВМ, а в систему сбора и передачи информации введено устройство для доступа к сети Интернет по радиоканалу GSM, соединенное с контроллером, причем в качестве канала связи между системой сбора и передачи информации и центром обработки информации используется сеть Интернет.
