Система мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений

Полезная модель относится к измерительной технике, конкретно к системе мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений производственного, спортивного, культурного, публичного и военного назначения с массовым скоплением людей. Система содержит не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) 1 контроля безопасности объектов 2 диагностики, соединенного через цифровую линию 3 связи и блоки 4 предварительной обработки сигналов с блоком 5 параметрических датчиков состояния конструкции объектов 2 диагностики, блоком 6 пожарных датчиков, блоком 7 датчиков химического состава воздуха и/или блоком 8 датчиков химического состава воды соответствующего объекта контроля. Линии 3 связи, связывающей компьютер 9 удаленных АРМ 1 с блоками 2 предварительной обработки объектов 2 контроля, использована магистральная цифровая сеть передачи данных регионального оператора связи. Система обладает повышенной точностью контроля безопасности эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений. Предварительная обработка показаний датчиков непосредственно на контролируемом объекте и циклический опрос результатов контроля с удаленного АРМ позволяет разрешить проблему противоречия точности и скорости измерений параметров периферийных объектов диагностики с удаленного АРМ. 10 з.п.ф., 1 ил.

Полезная модель относится к измерительной технике, конкретно к системе мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений производственного, спортивного, культурного, публичного и военного назначения.

Известна система мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений (RU 2327105, МПК: G01B 7/16; G01M 7/00, 2006), содержащая не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) контроля безопасности объектов диагностики, соединенного через цифровую линию связи и блок предварительной обработки сигналов с блоком параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики, причем АРМ снабжено компьютером для анализа состояния объектов диагностики, устройством цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и устройством аварийной сигнализации.

При этом АРМ контроля безопасности объекта диагностики установлена непосредственно на территории объекта контроля в радиусе действия беспроводной цифровой линии связи типа Wi-Fi, связывающей компьютер АРМ с блоком предварительной обработки сигналов датчиков. Датчики выполнены тензометрическими с аналоговыми выходами, а блок предварительной обработки выполнен в виде электронного коммутатора - маршрутизатора, снабженного аналого-цифровым преобразователем для соединения с аналоговыми тензометрическими датчиками. При этом функция опроса значений сигналов тензометрических датчиков, сравнение значений сигналов с пороговыми (допустимыми) значениями возложена на персональный компьютер АРМ.

Недостатком известной системы мониторинга безопасной эксплуатации конструкций зданий и инженерно-строительных сооружений являются недостаточная точность контроля безопасности эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений, связанная с использованием одного типа датчиков - тензометрических, обеспечивающих только контроль деформации элементов объекта контроля. То есть известная система мониторинга контролирует один элемент безопасности объекта контроля. Применяемые в системе мониторинга тензометрические датчики не улавливают малые и медленно меняющиеся усадки конструкции объекта контроля и дополнительно снижает точность измерения деформации конструктивных элементов объекта контроля. Выполнение блока предварительной обработки сигналов датчиков в виде электронного коммутатора - маршрутизатора, снабженного аналого-цифровым преобразователем, не позволяет использовать более точные датчики деформации с цифровым выходом, что дополнительно снижает функциональные возможности системы мониторинга по точности контроля. Функций опроса значений сигналов тензометрических датчиков, сравнение значений сигналов с пороговыми (аварийными) значениями возложенные на персональный компьютер АРМ также снижают возможности известной системы мониторинга по количеству обслуживаемых объектов контроля из-за перегрузки компьютера по скорости и объему перерабатываемой информации, поступающей от множества датчиков. Связь типа Wi-Fi ограничивает контроль в пределах одного здания, что также ограничивает возможности мониторинга.

Технической задачей полезной модели повышение точности контроля безопасности эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений. Техническим результатом, обеспечивающим решение этой задачи, является уменьшение ошибок контроля на АРМ конечного потребителя путем увеличения количества контролируемых параметров безопасности, дополнительное использование высокоточных датчиков с цифровым выходом и более глубокая переработка сигнальной информации датчиков непосредственно в блоках предварительной обработки каждого контролируемого объекта. Предварительная обработка показаний датчиков непосредственно на контролируемом объекте дополнительно позволяет разрешить проблему противоречия точности и скорости измерений параметров периферийных объектов диагностики с удаленного АРМ.

Достижение заявленного технического результата и, как следствие, решения поставленной технической задачи достигается тем, что система мониторинга безопасной эксплуатации конструкций зданий и инженерно-строительных сооружений, содержащая не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) контроля безопасности объектов диагностики, соединенного через цифровую линию связи и блок предварительной обработки сигналов с блоком параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики, причем АРМ снабжено компьютером для анализа состояния объектов диагностики, устройством цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и устройством аварийной сигнализации, согласно полезной модели она дополнительно содержит блок пожарных датчиков, блок датчиков химического состава воздуха и/или блок датчиков химического состава воды, установленных на объектах контроля и соединенных с их блоками предварительной обработки сигналов, каждый блок предварительной обработки сигналов выполнен с возможностью приема и регистрации сигналов датчиков, содержащих измерительную информацию, с возможностью сравнения упомянутой информации с заранее внесенными в его память пороговыми значениями и с возможностью хранения результатов измерений, АРМ выполнено удаленным от объектов диагностики, установлено в диспетчерской МЧС, диспетчерской службы спасения и/или в диспетчерской пожарной станции, компьютер удаленного АРМ выполнен с возможностью опроса измерений блоков предварительной обработки сигналов объектов контроля, а в качестве цифровой линии связи, связывающей их с компьютером удаленной АРМ, использована сотовая сеть регионального оператора связи. Блок параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики включает датчики деформации, датчики линейных сдвигов, датчики давления, и/или датчики вибраций с аналоговым и/или с цифровым выходом. Блок пожарных датчиков содержит термодатчики и/или датчики дыма с аналоговым и/или с цифровым выходом. Блок датчиков химического состава воздуха включает прибор химической разведки, прибор радиационной разведки и/или газоанализатор с цифровым и/или аналоговым выходом. Блок датчиков химического состава воды включает прибор биологической разведки и/или спектрофотометр с цифровым или аналоговым выходом. Блок предварительной обработки сигналов каждого объекта диагностики, выполненный с возможностью приема и регистрации сигналов датчиков, с возможностью сравнения текущих значений сигналов с пороговыми значениями и с возможностью хранения результатов измерений, содержит микроЭВМ, блок памяти и бесперебойный источник питания, причем микроЭВМ снабжена аналого-цифровыми преобразователями для соединения с датчиками с аналоговыми выходами и контроллерами ввода/вывода - для соединения с датчиками с цифровыми выходами и с цифровой линией связи. Компьютер удаленного АРМ, выполненный с возможностью опроса измерений блоков предварительной обработки сигналов объекта контроля, содержит установленные на двунаправленной активной шине сопряжения не менее чем двуядерный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство с программой управления и контроллеры ввода/вывода для соединения с цифровой линией связи, с устройством отображения цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и с устройством аварийной сигнализации. Устройство аварийной сигнализации включает источник звука и/или источник света с цифровым входом для соединения с компьютером АРМ. Устройство цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики выполнено в виде монитора, видеопроектора и/или светодиодного экрана с цифровым входом для соединения с компьютером АРМ. Монитор выполнен с возможностью отображения на его экране мнемосхемы контролируемых объектов, оценки состояния безопасности их отдельных элементов по изменению их цвета и возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов, непосредственным нажатием пальцем на интересующий оператора элемент контроля, отображенный на экране монитора, и/или с помощью наведения экранной метки ручного манипулятора типа «мышь» на данный элемент. При этом монитор с возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов, непосредственным нажатием пальцем на интересующий оператора элемент контроля, выполнен интерактивным и снабжен графическим планшетом управления, установленным на экране монитора, в виде матрицы из светопрозрачных пьезоэлементов, электрические обкладки которых соединены с интерфейсным выходом USB-2,0 для соединения с компьютером АРМ.

Дополнительное введение на объектах контроля блока пожарных датчиков, блока датчиков химического состава воздуха и/или блока датчиков химического состава воды позволяет повысить точность контроля безопасности эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений. Предварительная обработка показаний датчиков непосредственно на контролируемом объекте и циклический опрос результатов контроля с удаленного АРМ через сеть регионального оператора связи позволяет разрешить проблему противоречия точности и скорости измерений параметров периферийных объектов диагностики с удаленного АРМ.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы мониторинга безопасной эксплуатации зданий и инженерно-строительных сооружений.

Система мониторинга безопасной эксплуатации конструкций зданий и инженерно-строительных сооружений содержит не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) 1 контроля безопасности объектов 2 диагностики, соединенного через цифровую линию 3 связи и блоки 4 предварительной обработки сигналов с блоком 5 параметрических датчиков состояния конструкции объектов 2 диагностики, блоком 6 пожарных датчиков, блоком 7 датчиков химического состава воздуха и/или блоком 8 датчиков химического состава воды соответствующего объекта контроля. Конкретное количество видов и количество датчиков 5÷8 определяется назначением объекта 2 контроля. Так для сооружений типа «спортивный бассейн» одним из важнейших объектов контроля безопасности его эксплуатации является качество воды и прочность опор и свода над бассейном. В этом случае достаточно ограничиться в системе мониторинга блоком 5 параметрических датчиков и блоком 8 датчиков химического состава воды. АРМ 1 выполнено удаленным от объектов 2 диагностики, установлено в диспетчерской МЧС, диспетчерской службы спасения и/или в диспетчерской пожарной станции (на фигуре не показано). АРМ 1 содержит компьютер 9 для анализа состояния объектов 2 диагностики, устройством 10 цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и устройством 11 аварийной сигнализации. Компьютер 9 каждого АРМ 1 выполнен с возможностью опроса измерений блоков 4 предварительной обработки сигналов объектов контроля. Каждый блок 4 предварительной обработки сигналов выполнен с возможностью приема и регистрации сигналов датчиков 5÷8 объекта 2 диагностики, содержащих измерительную информацию, с возможностью сравнения упомянутой информации с заранее внесенными в его память пороговыми значениями и с возможностью хранения результатов измерений. Он содержит микроЭВМ 12, блок памяти 13 и бесперебойный источник 14 питания, причем микроЭВМ 12 снабжена аналого-цифровыми преобразователями для соединения с датчиками с аналоговыми выходами и контроллерами ввода/вывода - для соединения с датчиками с цифровыми выходами блоков 5÷8 и с цифровой линией 3 связи. Блок 5 параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики включает датчики 15 деформации, датчики 16 линейных сдвигов, датчики 17 давления, и/или датчики 18 вибраций с аналоговым и/или с цифровым выходом. Блок 6 пожарных датчиков содержит термодатчики 19 и/или датчики 20 дыма с аналоговым и/или с цифровым выходом. Блок датчиков 7 химического состава воздуха включает прибор 21 химической разведки, прибор 22 радиационной разведки и/или газоанализатор 23 составляющих газов воздуха с цифровым и/или аналоговым выходом. Блок 8 датчиков химического состава воды включает прибор 24 биологической разведки и/или спектрофотометр 25 с цифровым или аналоговым выходом. Выходы датчиков 15÷25 каждого объекта 2 диагностики соединены через блок 4 и сеть регионального оператора связи 3 соединены с компьютерами 9 удаленных АРМ 1. Каждый компьютер 9 удаленного АРМ, выполнен по стандартной схеме персонального компьютера с возможностью опроса измерений блоков предварительной обработки сигналов объекта контроля и содержит установленные на двунаправленной активной шине сопряжения не менее чем двуядерный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство с программой управления и контроллеры ввода/вывода для соединения с цифровой линией связи 3, с устройством 10 отображения цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и с устройством 11 аварийной сигнализации. Устройство 11 аварийной сигнализации включает источник 26 звука и/или источник 27 света с цифровым входом для соединения с компьютером 9 АРМ 1. Устройство 10 цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики выполнено в виде монитора 28, видеопроектора 29 и/или светодиодного экрана 30 с цифровым входом для соединения с компьютером АРМ 1. Устройства 28, 29, 30 выполнены с возможностью отображения на его экране мнемосхемы контролируемых объектов, оценки состояния безопасности их отдельных элементов по изменению их цвета и возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов путем наведения экранной метки ручного манипулятора типа «мышь» на данный элемент. Монитор 28 может быть выполнен с возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов, непосредственным нажатием пальцем или пластиковым карандашом на интересующий оператора элемент контроля, отображаемый на экране монитора 28. Для этого монитор 28 выполняется интерактивным и снабжается графическим планшетом управления, установленным на экране монитора 28, в виде матрицы из светопрозрачных пьезоэлементов, электрические обкладки которых соединены с интерфейсным выходом USB-2,0 для соединения с компьютером АРМ 1 (на фигуре не показано). В качестве цифровой линии 3 связи, связывающей компьютер 9 удаленных АРМ 1 с блоками 2 предварительной обработки объектов 2 контроля, использована магистральная цифровая сеть передачи данных регионального оператора связи. Она выполнена по известной технологии IP MPLS с пакетной передачей данных по IP - адресам (В.Г.Олифер, Н.А.Олифер - Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: учебник для ВУЗов, 3-е издание, Санкт-Петербург, ООО "Питер Пресс", 2007, с.783-812) и снабжена маршрутизаторами 31 на электронных коммутаторах производства Cisco Systems серии 3800 или 3700 для кодирования (сжатия), декодирования и маршрутизации по IP-адресам с временным разделением направлений потоков цифровых сигналов между АРМ 1 и аппаратурой 4÷8 контроля безопасности, установленной на объектах 2.

Система мониторинга безопасной эксплуатации конструкций зданий и инженерно-строительных сооружений работает следующим образом.

В процессе эксплуатации объектов 2 происходит изменение их технологических параметров (линейное растяжение, усадка сооружений), обусловленное старением и дефектами строительных конструкций. При этом датчики 15-18 регистрируют эти изменения и передают их на микроЭВМ 12. МикроЭВМ 12 сравнивает текущие значения показаний датчиков 15-18 с предельно допустимыми их значениями, заложенными в память 13 блока 4 предварительной обработки сигналов, и передает результаты сравнения в ячейки памяти 13 для хранения. При превышении численных значений параметров хотя бы одним из датчиков 15-18 предельно-допустимого значения или приближении значений к пороговому значению показаний нескольких датчиков 15-18 микроЭВМ 12 вырабатывает сигнал «Тревога», формирует пакет цифровых символьных и текстовых донесений о результатах предварительной оценки состояния контролируемого объекта 2 и заносит кодовые значения сработавших датчиков, абсолютные значения и скорости изменения их параметров в ячейки Alarm (донесений) памяти 13 блока 4. Одновременно компьютеры 9 удаленного АРМ 1 периодически во времени с заданной частотой производят циклический опрос (через сеть 3 регионального оператора связи) блоков 4 предварительной обработки сигналов датчиков 15-18 контролируемых объектов 2 на наличие сигналов «Тревога» и отображают результаты опроса на мнемосхеме монитора 28, светодиодном экране 30 или с помощью видеопроектора 29 на экране настенного планшета. В случае появления сигнала «Тревога» на контролируемом объекте 2 процесс опроса других объектов 2 временно приостанавливается, компьютер 29 автоматически переключается в режим контроля с удаленного АРМ 1 показаний датчиков 15-18 периферийного объекта 2, выдавшего сигнал «Тревога». При подтверждении компьютером 9 ухода технологических параметров контролируемого объекта 2 за допустимые пределы автоматически включается на АРМ 1 звуковые 26 и световые источники устройства 11 аварийной сигнализации. Дежурный диспетчер АРМ 1 визуально оценивает состояние объекта диагностики 2 по информации, отображаемой на мнемосхемах монитора 28 и настенном экране 30 и принимает решение на вызов ближайшей к объекту 2 аварийной бригады для выезда на место предполагаемой аварии и вывода массового скопления людей из помещений аварийного сооружения. Далее диспетчер АРМ 1 временно блокирует остановку компьютера 9 на аварийном объекте и включает его в режим циклического опроса других объектов 2. Опрос и контроль датчиков 19-25, характеризующих пожарное состояние, качество воды и воздуха в помещениях объекта 2 с массовым скоплением людей производится аналогичным образом.

Полезная модель разработана на уровне физических моделей и программного обеспечения.

1. Система мониторинга безопасной эксплуатации конструкций зданий и инженерно-строительных сооружений, содержащая не менее одного автоматизированного рабочего места (АРМ) контроля безопасности объектов диагностики, соединенного через цифровую линию связи и блок предварительной обработки сигналов с блоком параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики, причем АРМ снабжено компьютером для анализа состояния объектов диагностики, устройством цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и устройством аварийной сигнализации, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит блок пожарных датчиков, блок датчиков химического состава воздуха и/или блок датчиков химического состава воды, установленных на объектах контроля и соединенных с их блоками предварительной обработки сигналов, каждый блок предварительной обработки сигналов выполнен с возможностью приема и регистрации сигналов датчиков, содержащих измерительную информацию, с возможностью сравнения упомянутой информации с заранее внесенными в его память пороговыми значениями и с возможностью хранения результатов измерений, АРМ выполнено удаленным от объектов диагностики, установлено в диспетчерской МЧС, диспетчерской службы спасения и/или в диспетчерской пожарной станции, компьютер удаленного АРМ выполнен с возможностью опроса измерений блоков предварительной обработки сигналов объектов контроля, а в качестве цифровой линии связи, связывающей их с компьютером удаленной АРМ, использована сотовая сеть регионального оператора связи.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок параметрических датчиков состояния конструкции объектов диагностики включает датчики деформации, датчики линейных сдвигов, датчики давления, и/или датчики вибраций с аналоговым и/или с цифровым выходом.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок пожарных датчиков содержит термодатчики и/или датчики дыма с аналоговым и/или с цифровым выходом.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок датчиков химического состава воздуха включает прибор химической разведки, прибор радиационной разведки и/или газоанализатор с цифровым и/или аналоговым выходом.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок датчиков химического состава воды включает прибор биологической разведки и/или спектрофотометр с цифровым или аналоговым выходом.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок предварительной обработки сигналов каждого объекта диагностики, выполненный с возможностью приема и регистрации сигналов датчиков, с возможностью сравнения текущих значений сигналов с пороговыми значениями и с возможностью хранения результатов измерений, содержит микроЭВМ, блок памяти и бесперебойный источник питания, причем микроЭВМ снабжена аналого-цифровыми преобразователями для соединения с датчиками с аналоговыми выходами и контроллерами ввода/вывода - для соединения с датчиками с цифровыми выходами и с цифровой линией связи.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что компьютер удаленного АРМ, выполненный с возможностью опроса измерений блоков предварительной обработки сигналов объекта контроля, содержит установленные на двунаправленной активной шине сопряжения не менее чем двуядерный процессор, оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство с программой управления и контроллеры ввода/вывода для соединения с цифровой линией связи, с устройством отображения цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики и с устройством аварийной сигнализации.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство аварийной сигнализации включает источник звука и/или источник света с цифровым входом для соединения с компьютером АРМ.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство цветного мнемонического отображения текущего и аварийного состояния объектов диагностики выполнено в виде монитора, видеопроектора и/или светодиодного экрана с цифровым входом для соединения с компьютером АРМ.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что монитор выполнен с возможностью отображения на его экране мнемосхемы контролируемых объектов, оценки состояния безопасности их отдельных элементов по изменению их цвета и возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов, непосредственным нажатием пальцем на интересующий оператора элемент контроля, отображенный на экране монитора, и/или с помощью наведения экранной метки ручного манипулятора типа «мышь» на данный элемент.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что монитор с возможностью вызова текстовых сообщений о характеристиках объектов контроля и их элементов, непосредственным нажатием пальцем на интересующий оператора элемент контроля, выполнен интерактивным и снабжен графическим планшетом управления, установленным на экране монитора, в виде матрицы из светопрозрачных пьезоэлементов, электрические обкладки которых соединены с интерфейсным выходом USB-2,0 для соединения с компьютером АРМ.