老旧房屋健康智能监测云平台系统研究

老旧房屋健康智能监测云平台系统研究

陈艺宁 1 ，吴桐 2

广州建设工程质量安全检测中心有限公司，广州 510440 ； 广东省建设工程质量安全检测总站有限公司，广州 510500

摘要：通过对物联网与云计算概念、特征的研究和分析，结合目前老旧房屋主要损坏问题和结构健康监测的要求，提出建立以感知层、网络层、云平台、应用层为核心的监测物联网系统过程及关键技术设计与实现，使老旧房屋健康智能监测云平台系统在建筑物安全检测领域获得良好的应用推广效果。

关键词：老旧房屋安全问题；健康智能监测；云计算；应用研究

前言

二十一世纪以来，城市的基础设施建设越来越完善，在城市住宅区附件或上下方出现的高架桥、地铁隧道、大型商业中心和超高层写字楼等对老旧房屋造成一定的影响，特别是民用住宅和学校，随着时间推移和持续遭受外界因素的侵蚀，最终不可避免地发生坍塌。但在各地方老旧房屋的安全监管工作中，仍然存在治理效果不佳、房屋使用管控不力、相关制度和技术落后、政府治理专项资金缺乏及标准不统一等难题。为此，对老旧房屋的安全监控和预警问题研究以及设计健康智能监测系统就显得尤为重要。而随着智能无线传感技术、高速传输技术与智能中控技术的不断发展和更新换代，既有建筑健康监测与物联网和云计算的融合已成为我国实现数字化管理和建设智慧城市的一个必然趋势。

一、老旧房屋健康智能监测云平台系统的总体框架

针对目前城镇老旧房屋的安全现状和治理难题，可充分利用云计算服务平台和强大的计算资源，完成云计算技术在房屋健康监测中的应用和任务部署。一方面，为了实现物联网和云计算在老旧房屋健康监测中的应用，可借助物联网在其他行业的应用现状及物联网系统的通用构架^[1]，结合老旧房屋健康监测要求、系统架构和功能特点，通过云计算技术以设定老旧房屋健康智能监测云平台系统的主体框架，并确定系统内部各功能子层的内容和工作分工以及各结构层次的设计。另一方面，在老旧房屋健康智能监测物联网系统框架中，通过结构性设计建立的感知层和网络层，对目前主要老旧房屋的结构类型、破坏形式、损伤诱因，可采用基于物联网的传感器监测与智能巡检方式以实现老旧房屋健康监测。以往的房屋检测监测传统人工方式具有局限性，而采用智能传感器和综合物联组网技术，并基于物联网系统架构对老旧房屋健康智能传感器监测系统进行设计；通过分析房屋人工巡检、安全排查方式的弊端，利用工业级智能机和巡检软件，完成巡检APP任务驱动式的老旧房屋智能巡检系统设计，并通过蜂巢网络和定位技术，实现巡检任务与信息的实时更新及巡检工作的有效开展。在实际应用中，根据老旧房屋健康监测物联网系统的应用与实施特点，选择基于公有云服务模式中的阿里云平台进行开发，设计云上监测数据批处理的任务部署流程，并根据云平台计算资源的应用原理，利用python工具对监测数据进行预处理和后处理；利用老旧房屋健康智能监测云平台系统的功能，为房屋安全相关监管部门搭建老旧房屋监控中心，实现监测与巡检信息的实时接收、直观展示以及动态、全面的管理，从而实现对老旧房屋问题的有效监管与安全预警落实。

二、云计算工作原理

云计算的应用类别可分为三种：流计算、批处理和即席查询分析。流计算是指数据在流入数据库前先进行的低时延计算操作，得到结果后再入库，高时效性处理能尽可能快地对最新的数据进行分析，实现数据的实时处理，达到节约数据库储存空间的目的，常用于数据的清洗与过滤。而老旧房屋健康监测采集的各类异构原始监测数据存在噪声、缺失、异常、冗余等数据缺陷，流计算便可对监测信息进行预处理，消除上述缺陷，并对数据进行实时分析和使数据后处理的输入值更准确。批处理指将庞大的计算任务问题分而治之，调用数据库中的数据进行挖掘式计算分析，把计算推到数据而非把数据引入计算中，避免了海量数据互传中产生的大量通信负担，很适合完成时效性要求不高的大量级计算任务，适合部署在监测物联网系统应用层中的数据处理子层，执行老旧房屋健康状况预测预警、损伤识别、模型修正、健康评估等应用分析。即席查询分析应用于对监测数据信息的搜索查询功能，能根据用户的需求灵活动态地自定义查询条件，对临时产生的和未优化的搜索查询需求进行分析，其良好的时效性与灵活性是对批处理、流计算两大计算模式有力补充，满足不同用户对数据查找和应用需求的快速请求。老旧房屋健康监测中云计算的海量数据处理部署情况^[2]如下图1所示。

图1 云计算大数据处理任务部署图

三、云计算技术部署与应用

云计算对于监测物联网系统的技术支持，除了突显其高度集群的计算资源在监测系统中多个应用环节对监测大数据的计算处理能力，还包括其弹性可扩展的系统结构实现监测数据信息的传输、存储、管理等分布式处理，而这些功能应用的实现都得益于低下强大的数据中心，传统的数据中心是一整套复杂的设施，不仅包括计算机系统和其他与之配套的通信和存储系统等设备，还包括冗余的通信连接、环境控制设备、监控设备以及各种安全装置，在网络基础设施上实现数据信息的传递、加速、计算、存储与展示

^[3]。

云数据中心则是建立在传统数据中心和云计算的思想架构上，完全虚拟化各种IT基础设施设备，并采用改进型树结构的云中网络部署如下图2。改进型树结构消除了结构上层链路对吞吐量的限制，内部节点间通信提供多条并行链路带来了良好的可扩展性，有效降低横向扩展的成本及提高各服务器间的兼容性，实现计算、存储及网络资源的松耦合^[4]。

图2 改进型树网络拓扑结构

通过构建大规模数据中心，同时在虚拟化技术的支持下，形成了云计算核心服务模式底层的基础设施即服务IaaS，IaaS层为上层云计算对大数据计算处理、存储与管理等服务提供海量IT硬件资源基础，实现硬件资源的按需配置与提供个性化的基础设施服务，IaaS作为云计算的基础层，为各类用户按需提供实体或虚拟的计算、存储和网络等资源。（如图3所示）

图3 云计算平台相关技术体系架构图

四、结论

（1）基于物联网通用体系架构，根据老旧房屋健康监测的应用特点，提出了物联网应用于老旧房屋健康监测的系统设计原则，并在此基础上搭建了监测物联网系统的总体架构，总体架构的设计需具备感知信息采集与传输、监测数据处理与可视化、数据存储和系统管理三大功能。

（2）面对老旧房屋健康监测面对的海量监测数据信息处理挑战，分析了大数据处理策略，采用云计算对物联网系统进行技术支持，利用云计算的流计算、批处理和即席查询应用模式分别在监测物联网系统中进行任务部署；分析了虚拟化技术下的云计算平台相关技术体系架构。

综上所述，利用云计算技术在我国老旧房屋的安全问题治理方面能够采取更为主动、全面的方式，为监测机构开展的老旧房屋健康监测业务带来新变革。

参考文献

[1]甘志祥.物联网的起源和发展背景的研究[J].现代经济信息,2010(01):158+157.

[2]Aktan A E , Catbas F N , Grimmelsman K A,et al. Issues in Infrastructure Health Monitoring for Management[J]. Journal of Engineering Mechanics, 2000, 126(7):711-724.

[3] 杨泉,黄妤.物联网中云计算的特点与关键技术的应用[J].通讯世界,2019,26(01):101-102.

[4] 涂成力. 结构健康监测的物联网特征与云计算的应用研究[D].哈尔滨工业大学,2012.