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多传感技术在国内倾斜古塔预防性保护中的应用实例

作为我国文化遗产的杰出代表,多年来,因地基沉降、地下水位变化、边坡松弛及地震影响等原因,倾斜变形成为我国各地现存古塔中普遍存在的问题,并成为古塔面临的主要安全风险之一。

 

护珠塔,资料图


近年来,为掌握上海市区古塔倾斜变形的现状及变化趋势,上海市文保单位和相关企业,以松江区的斜塔护珠塔为研究对象,开展了对上海古塔安全远程实时监测系统的课题研究。课题基于智能传感、网络通信、自动控制、大数据技术,构建了古塔物联网远程实时监测系统,实现了对护珠塔的远程实时监测。

据了解,该系统基于最小干预原则,采用先进低功耗智能传感器,通过大数据采集、处理、存储、分析和挖掘等技术应用,实现了对古塔风险的精准识别和及时预报。

 

无线倾角、加速度、温湿度等传感器构成了护珠塔的倾斜监测子系统。资料图


在上海市护珠塔物联网远程实时监测系统中,通过固态高清摄像机、无线倾角传感器、风力风向传感器以及加速度传感器、温湿度传感器等智能监测传感器构建了倾斜监测子系统、风荷载监测子系统、振动监测子系统、环境监测子系统,进而对古塔倾斜状况及相关影响因素进行了较为全面的监测。

例如,在该系统感知层建设中,为完善对塔体的倾斜变形监测,塔体上特定位置部署有若干双轴无线倾角传感器,以监测塔体各层的局部变形情况。

另外,由于温湿度、风速风向等环境因素的变化会对古塔结构安全产生影响,同时也会引发砖石古塔的风化、酥碱问题,所以温湿度传感器、风速风向传感器也运用在了护珠塔物联网远程实时监测系统中。

 

护珠塔物联网远程实时监测系统网络拓扑图,资料图


我们知道,传感系统根据数据的传输方式,可以分为有线传输和无线传输两种。随着数字无线技术的发展,Zigbee近距无线组网通信技术以及3G/4G远程通信传输技术已广泛应用于物联网系统的构建。

具体到该系统的网络层建设中,系统以Zigbee自组网的方式通过网关节点连接各数据采集节点,并利用3G/4G无线通信网络的方式与远程监控中心节点连接,从而实现了对塔体结构健康状况的远程实时监测。

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