用于古建筑健康监测与智慧管理的系统及方法与流程

本发明涉及古建筑保护，尤其涉及一种用于古建筑健康监测与智慧管理的系统及方法。

背景技术：

1、古建筑作为重要的文化遗产，具有重要的历史、文化和艺术价值，其保护工作至关重要。随着时间的推移，古建筑会受到自然环境、人为因素等多种因素的影响，导致建筑结构老化、病害发生，甚至存在安全隐患。这些隐患如果不及时发现和处理，造成的损失不可估量。传统的人工巡检和定期检测方式存在效率低、费时费力、成本高、信息不及时、局限性多等问题，无法及时发现潜在的隐患，难以满足现代古建筑保护的需求。

2、现有技术的古建筑健康监测方法大多只注重数据的采集和存储，缺乏对数据的分析和智能化处理，无法有效进行预警和管理。主要缺点如下：

3、1、现有技术的监测设备通常需要安装在古建筑表面，会对古建筑物的外观和结构造成一定程度的影响，可能会破坏古建筑的原有风貌，甚至可能对古建筑的结构稳定性造成潜在威胁。

4、2、监测数据可能受到环境因素干扰，导致数据准确性不足，难以准确反映建筑的真实状况；且获取的数据大多依赖人工分析，尚未建立有效的预警和应急响应机制，难以及时发现潜在的隐患，效率低。

5、3、参与保护范围主要针对专业人员，缺乏公众的参与和对公众保护古建筑的引导，导致公众对古建筑的保护意识不足。

6、因此，需要提供一种用于古建筑健康监测与智慧管理的系统及方法，能够解决现有技术中监测设备安装时破坏古建筑、缺乏数据处理和预警、古建筑保护公众参与度低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于古建筑健康监测与智慧管理的系统及方法，能够解决现有技术中监测设备安装时破坏古建筑、缺乏数据处理和预警、古建筑保护公众参与度低的问题。

2、本发明是这样实现的：

3、一种用于古建筑健康监测与智慧管理的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：遍历古建筑的信息要素，研究古建筑的历时状态影响因素，确定影响因子及其影响程度；

5、步骤2：根据影响因子及影响程度，建立古建筑的健康状态分级体系；

6、步骤3：融合古建筑的各种信息要素，形成古建筑保护数据库，采用数据库分层设计，将静态数据和动态数据分别存储在不同层级的数据库中；

7、步骤4：依据影响因子设计软硬件实现功能，以传感器、摄像头、无人机的组合监测古建筑的结构及环境状况，并组网开发管理；

8、步骤5：基于孪生引擎设计开发智慧管理平台，以云服务串联各端口，实现数据存储、计算和分析，形成数据可视化看板；

9、步骤6：采用正逆向结合方式建立目标古建筑的实景孪生模型，针对古建模型特点，将实景孪生模型进行分层级转换；

10、步骤7：根据被监测古建筑的特征部署传感器，并组网测试，利用iot设备遮蔽装置融入古建筑中；

11、步骤8：针对实景孪生模型的特点进行编码组合与信息映射，利用编码体系将传感数据与实景孪生模型绑定，定位数据源；

12、步骤9：在古建筑的周边选定适宜位置，安装无人机自动启停驳机装置，利用无人机搭载rtk与视觉识别设备，与无人机控制系统联动，自主控制无人机对古建筑进行巡检，扩展监测范围；

13、步骤10：将传感器的监测数据和无人机采集的巡检数据传输至智慧管理平台，智慧管理平台对采集到的监测数据进行清洗和预处理，消除噪声和异常值；

14、步骤11：对清洗和预处理后的数据进行特征提取和模式识别，并融合生成可视化看板，连接保护阈值数据库，所监测数据达到各分级阈值时，发出预警信息并响应对应预警措施。

15、所述的步骤1中，影响因素包括古建筑的建造年代、材料、结构、使用环境、历史维护记录、周边环境变化，影响因子包括：自然因素：降雨、温度、湿度；人为因素：使用方式变化、维护保养不到位、周边环境污染；建筑自身因素：材料老化、结构缺陷、病虫害、风化。

16、所述的步骤2中，将古建筑的健康状态分为以下四个等级：

17、一级：正常，无明显异常，状态良好；

18、二级：警告，轻微损伤，局部出现轻微裂缝、风化、脱落或生物入侵现象；

19、三级：危险，中度损伤，出现较明显的结构性问题，包括大面积裂缝、变形；

20、四级：紧急，重度损伤，出现重大安全隐患，需要紧急维修或加固。

21、所述的步骤3中，静态数据包括古建筑的基本信息，如建筑年代、材料、结构、历史维修记录；动态数据包括实时监测数据、环境变化记录。

22、一种用于古建筑健康监测与智慧管理的方法的系统，包括终端应用设备、智慧管理平台、监测设备、数据传输架构和设备装置；监测设备包括无人机和传感器组件，设备装置包括无人机自动启停驳机装置和iot设备遮蔽装置，无人机通过无人机自动启停驳机装置布置在古建筑的周边并对古建筑进行巡检，传感器组件通过iot设备遮蔽装置融入古建筑中；智慧管理平台搭载于终端应用设备上，智慧管理平台通过数据传输架构与无人机和传感器组件连接。

23、所述的终端应用设备包括pc端、移动端、开发于pc端和/或移动端上的小程序；在智慧管理平台上拓展访客用户模块，基于微信小程序开发后端链接，游客用户通过微信小程序体验虚拟数字场景，当游客发现古建筑即时状态异常时，通过小程序拍照上传并描述即时状态异常的信息，提供保护建议；

24、所述的数据传输架构包括lora网关、无线路由、宽带；

25、所述的传感器组件包括应变计、位移传感器、静力水准仪、裂缝计、倾角仪、风速仪、温度计、湿度计、光照传感器、摄像头。

26、所述的无人机自动启停驳机装置包括底座、角柱、灯箱和顶板、停机坪和启停驳机组件；角柱竖向固定于底座上，灯箱固定于角柱的顶部，停机坪可升降式嵌装在灯箱的顶部，启停驳机组件设置在灯箱且位于停机坪的下方；若干块顶板轴向布置在灯箱的顶部边缘处，若干块顶板通过电动铰链可转动开合式形成屋脊状顶盖，屋脊状顶盖与灯箱的顶面之间形成空腔，无人机停驳在该空腔内的停机坪上。

27、所述的启停驳机组件包括无线充电模块和弱电控制模块；灯箱的顶面上形成有控制槽，停机坪通过若干根电动伸缩杆可升降式嵌装在控制槽内；无线充电模块嵌装在控制槽的中部，无人机停驳在降至控制槽底部的停机坪上并通过无线充电模块无线充电；若干个弱电控制模块分别嵌装在控制槽内且位于无线充电模块的旁侧。

28、所述的控制槽为矩形结构，该矩形结构的一条对角线两端分别设置排水孔，该矩形结构的另一条对角线两端分别设置供弱电控制模块布线的弱电线孔。

29、所述的无人机自动启停驳机装置控制无人机对古建筑进行巡检的方法包括以下步骤：

30、s1：在无人机起飞前，根据预设程序发送无人机巡检请求；

31、s2：通过智慧管理平台调用外部环境参数信息，自主判断是否起飞，若是，则执行s3，若否，则等待合适巡检机会，返回s1；

32、s3：启动巡检程序，向启停驳机组件发送无人机起飞的请求；

33、s4：启停驳机组件接收请求，开启屋脊状顶盖的各顶板；

34、s5：屋脊状顶盖完全打开后，通过启停驳机组件控制电动伸缩杆伸出，提升停机坪和无人机上升至与灯箱的顶面齐平；

35、s6：启动无人机并起飞，无人机起飞后控制各顶板闭合形成屋脊状顶盖，无人机按照设定的航线进行巡检，无人机执行巡检任务时将采集到的实时数据通过数据传输架构传输至智慧管理平台；

36、s7：无人机巡检结束后，飞回至屋脊状顶盖的上方，屋脊状顶盖开启；

37、s8：定位停机坪，调整姿态并降落至停机坪上；

38、s9：关停无人机，通过启停驳机组件的弱电控制模块控制电动伸缩杆收回，使停机坪下降，并闭合屋脊状顶盖；

39、s10：启动无线充电模块的无线充电程序，为无人机自主供电；

40、s11：充电完成后关闭无线充电模块的无线充电程序，等待下一次巡检。

41、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

42、1、本发明针对古建筑保护与仿古建筑健康监测与管理领域，开发了智慧管理平台，建立数字模型与实体建筑的数据互动机制，解决了传统建筑状态有效数据实时传输与协作处理的难题，实现了数据可视化和智能预警，为传统文化的保护和传承提供了有力支持，同时也适用于仿古建筑领域。

43、2、本发明通过将模型管理、数据采集、数据处理、智能识别、模拟分析、可视化管理、预警和终端应用等模块有机结合，构建了一个全面而高效的古建筑健康监测与智慧管理系统；该系统不仅能优化数据流动和处理流程，还能提高系统的操作效率和响应速度，使得古建筑的监测和管理更加精准和及时。基于传感器和无人机的多维一体的全方位监测手段，能够全面捕捉古建筑的微小变化，确保了监测数据的全面性和准确性，为后续的分析和预警提供了可靠的信息来源。本发明设计了具有传统形式的无人机启停驳机装置和自主巡检方法，扩展了监测范围，不仅提高了巡检工作的效率和安全性，还避免了对古建筑造成不必要的干扰。通过自动化的监测和智慧管理，提高预警准确性，及时发现潜在风险，有效地提高古建筑的监测效率、预警精准度和管理水平，为古建筑的保护提供科学、高效的保障。本发明同时基于小程序拓展开发了访客模式，进行可视化展示，提升管理交流与公众参与度。将传感、计算、人机交互等多种新技术有机融合，极大提升了传统建筑的智慧管理能力。