(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210692789.6 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 北京继祥科技发展 有限公司 地址 100089 北京市海淀区中关村东路18 号1号楼8层B-902 (72)发明人 石岩　杨治国　杨丽曼　王一轩　 孙治博　许少峰　王娜　蔡茂林　 (74)专利代理 机构 北京慕达星云知识产权代理 事务所 (特殊普通合伙) 11465 专利代理师 符继超 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01D 7/00(2006.01) H04W 84/18(2009.01)H04Q 9/00(2006.01) G08B 5/38(2006.01) G08B 21/18(2006.01) (54)发明名称 一种金属屋面在线监测与健康管理系统及 方法 (57)摘要 本发明公开了一种金属屋面在线监测与健 康管理系统及方法， 系统包括： 数据采集子系统、 数据传输子系统、 服务器和监测终端； 数据采集 子系统用于利用传感器网络采集金属屋面不同 区域的测量数据； 数据传输子系统用于按照 Zigbee通信协议对传感器网络进行区域组网， 并 将测量数据远程传输至服务器； 服务器用于结合 实时测量数据和/或历史测量数据对 金属屋面的 累积损伤和故障情况进行分析； 监测终端用于对 实时测量数据、 金属屋面的累积损伤和故障情况 分析结果、 以及传感器网络在金属屋面的布局和 工作状态进行 实时显示。 本发明可 实现在线监测 金属屋面的劣化趋势， 并及时对早期故障进行预 警。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 114923527 A 2022.08.19 CN 114923527 A 1.一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 包括： 数据采集子系统、 数据 传输子系统、 服 务器和监测终端； 所述数据采集子系统用于利用传感器网络采集金属屋面 不同区域的测量数据； 所述数据传输子系统用于按照Zigbee通信协议对所述传感器网络进行区域组网， 并将 测量数据远程传输 至所述服务器； 所述服务器用于结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障 情况进行分析； 所述监测终端用于对实时测量数据、 金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、 以及 所述传感器网络在金属屋面的布局 和工作状态进行实时显示。 2.根据权利要求1所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述传 感器网络包括多组传感器组和多个单片机； 每组所述传感器组分别对应安装在金属屋面的 不同区域， 并与多个所述单片机一 一对应连接 。 3.根据权利要求2所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 每组所 述传感器组均包括应 变片、 激光传感器和超声 波传感器； 所述应变片用于测量金属屋面对应位置的应力应 变； 所述激光传感器用于测量金属屋面对应位置的纵向弯曲位移； 所述超声 波传感器用于测量金属屋面对应位置的横向滑 移。 4.根据权利要求3所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述传 感器网络还 包括： 气象传感器； 所述气象传感器用于监测金属屋面所处区域的实时风向。 5.根据权利要求2所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述数 据传输子系统包括： 多个星型Zigbee网络、 多个协调器网关和一个基站； 多个所述星型 Zigbee网络与多个所述单片机一一对应连接； 多个所述协调器网关与多个所述星 型Zigbee 网络一一对应连接； 多个所述协调器网关和一个所述基站组成上层Profibus星型网络； 多个所述星型Zigbe e网络与所述上层Profibus星型网络组成双 层星型网络 拓扑结构。 6.根据权利要求1所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述服 务器包括： 数据管理模块、 数据分析模块和预警模块； 所述数据管理模块用于对金属屋面 不同区域的测量数据进行实时记录和处 理； 所述数据分析模块用于采用奇异谱分析方法对历史测量数据和实时测量数据进行分 析， 得到金属屋面对应区域的屋面累积损伤情况； 所述预警模块用于采用预先构建的决策树模型对测量数据进行分析， 得到金属屋面当 前状态； 所述金属屋面当前状态包括： 金属屋面 正常、 金属屋面故障类型和传感器故障。 7.根据权利要求1所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述监 测终端包括： 人机交互界面、 屋面布局显示模块、 实时数据显示模块、 数据变化显示模块和 切换模块； 所述屋面布局显示模块用于按照所述传感器网络中各传感器节点在金属屋面的实际 摆放位置， 构建并显示金属屋面布局模型 所述实时数据显示模块用于 显示所述传感器网络的实时测量数据； 所述数据变化显示模块用于 显示所述传感器网络采集的测量数据随时间变化的曲线；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114923527 A 2所述切换模块用于控制所述人机交互界面切换显示金属屋面布局模型、 实时测量数据 或测量数据随时间变化的曲线。 8.根据权利要求7所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述屋 面布局显示模块还用于根据所述传感器网络中各传感器节点的实际状态， 控制所述金属屋 面布局模型中对应位置的传感器节点显示 不同的颜色。 9.根据权利要求7所述的一种金属屋面在线监测与健康管理系统， 其特征在于， 所述监 测终端还包括： 警示灯； 所述警示灯用于根据金属屋面处于故障状态或正常状态显示不同 的颜色。 10.一种金属屋面在线监测与健康管理方法， 其特 征在于， 包括： 利用传感器网络采集金属屋面 不同区域的测量数据； 按照Zigbe e通信协议对所述传感器网络进行区域组网， 并将测量数据进行远程传输； 结合实时测量数据和/或历史测量数据对金属屋面的累积损伤和故障情况进行分析； 对实时测量数据、 金属屋面的累积损伤和故障情况分析结果、 以及所述传感器网络在 金属屋面的布局 和工作状态进行实时显示。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114923527 A 3