古建筑倾斜预警检测解决方案

一.行业现状  

古建筑是中华文化遗产的重要载体，承载着历史、艺术与科学价值。然而，受自然风化、结构老化、环境变化等因素影响，古建筑面临倾斜、开裂、坍塌等安全隐患。传统人工监测方式效率低、成本高，且难以及时发现隐患。通过部署倾角传感器与智能化监测系统，可实现对古建筑结构状态的24小时实时监测，结合多维度数据分析与预警机制，为古建筑保护提供科学化、精准化、高效化的技术支撑。

          

二.倾角监控系统   

2.1系统总功能   

本系统专为古建筑安全监测设计，集成高精度倾角传感器、多模式无线传输、智能云平台及可视化终端，实时监测古建筑结构倾斜状态，并通过智能分析提前预警潜在风险。系统由以下模块构成：

倾角传感器：实时采集古建筑关键部位倾斜数据（X/Y/Z三轴）。

无线传输模块：支持LoRa/LoRaWAN（低功耗长距离）、Cat1（4G/5G广域覆盖）、光纤网络（高带宽场景）。    

报警终端：本地实时显示监测数据与预警信息。

云平台：数据存储、分析、可视化及远程管理。

移动端APP：随时随地查看监测状态与接收预警通知。

以下是这一套系统的框图：

          

     

              

部署方式：   

1. 传感器部署

关键监测点定位：

结构脆弱部位：梁柱连接处、地基、承重墙、屋顶桁架等。

易倾斜区域：塔楼尖顶、飞檐翘角、砖石接缝等。

环境敏感区域：地下水位变化处、风化严重的砖石表面。

          

安装方式：

非侵入式固定：采用磁吸、粘合或轻型支架安装，避免破坏古建筑原貌。

隐蔽性设计：传感器外壳颜色与建筑材质匹配，或嵌入装饰结构中。

          

2. 供电方案

太阳能供电：在光照充足区域部署太阳能板，搭配储能电池（续航≥3年）。

电池供电：选用低功耗传感器（如HYS07），支持超长待机。

外接电源：对重点监测区域（如室内）就近取电，需符合文物保护用电规范。

          

          

2.2无线传输    

针对古建筑分布广、环境复杂的特点，系统支持三种无线传输技术：   

LoRa/LoRaWAN：适用于偏远地区，传输距离可达5-15公里，功耗极低，适合无市电供应的古建筑。   

Cat1（4G/5G）：覆盖范围广，适合城镇区域古建筑的实时数据传输。   

光纤网络：用于重点保护建筑的高带宽需求场景，确保数据零延迟传输。   

          

2.3云平台   

          

2.3.1平台概述   

本物联网平台是专为无线倾角传感器设计的综合性管理系统，支持Wi-Fi、LoRa/LoRaWAN和Cat1三种通信协议的设备接入，实现对各类倾角传感器的统一监控、数据管理和智能预警。    

          

2.3.2核心功能   

Ø多协议设备接入 

支持Wi-Fi、LoRa/LoRaWAN、Cat1等多种通信协议的倾角传感器接入

自动识别设备类型和通信协议

提供标准化的设备接入接口

Ø实时数据监测

接收并解析传感器上报的倾斜角度数据（X/Y/Z三轴）

实时显示设备状态和倾斜数据

提供2D/3D可视化展示界面

支持历史数据查询和回放

Ø智能报警管理

可设置多级倾斜报警阈值

支持短信、邮件、APP推送等多种报警通知方式

报警信息分级处理机制

报警记录存储和查询

Ø设备全生命周期管理

设备注册、配置和分组管理

设备状态监控（在线/离线）    

远程参数配置和固件升级

设备维护记录管理

Ø数据分析与报表

          

倾斜趋势分析

设备健康状态评估

自定义报表生成

数据导出功能

          

2.3.3技术特点   

Ø多协议支持

Wi-Fi设备：通过MQTT/HTTP协议接入

LoRaWAN设备：通过LoRa网关接入

Cat1设备：通过蜂窝网络接入

Ø高可靠性设计

数据加密传输

断网缓存机制

负载均衡设计

Ø灵活的部署方案

支持云端部署和本地化部署

提供标准API接口    

          

2.3.4用户价值   

统一管理：多种通信协议的设备统一管理平台

实时预警：及时发现安全隐患，避免事故发生

降低成本：减少人工巡检成本，提高管理效率

决策支持：基于数据分析的设备健康评估

          

2.3.5系统架构   

设备层：各类无线倾角传感器

通信层：Wi-Fi/LoRaWAN/Cat1网络

平台层：数据接收、处理、存储和分析

应用层：Web管理端、移动APP、API接口

2.4倾角传感器   

   HYS07倾角传感器，具有高精度、低功耗、稳定性强等特点，能够实时监测物体的倾斜状态，并通过LoRa/LoRaWAN/Cat1/WIFI网络实时上报数据至云端平台，便于用户远程监控和管理。该款产品采用金属外壳，搭载大容量电池，可选外接电源，同时具备智能报警功能，支持TCP、UDP、MQTT等多种协议，内置SD卡，支持断网自动补发数据功能，可广泛应用于楼宇建筑、地质勘查、铁塔监测、智慧城市、工业自动化等行业。    

          

          

          

 

接口名称	规格	说明
供电	DC9~36V	宽压供电
RS485	1路	标准MODBUS
LORA	天线外置	支持LORA/LORAWAN
外壳	CNC	IP67(防喷洒)
安装	螺丝固定
倾角精度	±0.01°
倾角分辨率	0.0055°
倾角检测范围
开关量输出	开关量输出，负载电流1A,最大电压60V	应用于无平台场景，外接一个声光报警器的应用

          

              

2.5报警终端   

报警终端用于对多个倾角传感器进行统一管理。它能同时将多个倾传感器显示在屏幕上。

          

          

 

项目		参数	备注
显示功能	显示屏种类	TFT真彩色
	显示分辨率	1024X600
	触控种类	高精度电容屏
	传感器显示数量	支持多种显示风格，可以全屏显示一个，也可以是2个，最大可以同时显示16个
	显示尺寸	10.1寸
系统功能	实时数据	能在屏幕上用多种方式将传感器实时数据显示出来
	历史数据	能存储超过一年的历史数据，可以方便的通过触控控屏将历史数据显示出来
	操控方式	直接用手在屏幕上操作，可以对显示进行放大缩小
	支持传感感器种类类	支持温湿度，温度，PM2.5/PM10,TVOC,甲醛，CO2等多种传感器数据
	数据上传	10/100M以太网和3G/4G/5G	默认不支持5G
	通讯协议	本地支持LORA,LORAW WAN对接传感器， 远程支持MQTT对接云平台。
	本地无线	支持LORA无线通讯，频段为31MHZ~915MHZ	无线通讯为选配件，默认的频段为470MHZ
产品规格	工作温度	-30℃~65℃
	工作湿度	5%RH~90%RH
	认证	CE/FCC
	电源	6V~12V

          

三、方案价值  

文化传承保障：实时预警结构异常，避免珍贵文化遗产损毁。        

运维成本降低：减少80%人工巡检频次，延长古建筑生命周期。      

科学决策支持：基于数据分析制定精准维护方案，符合《古建筑结构健康监测技术规范》。    

合规性：满足国家文物局《不可移动文物监测导则》要求。

          

          

四、适用场景：   

          

木结构古建筑（如寺庙、塔楼）   

木结构古建筑因其独特的榫卯结构和天然材料特性，易受虫蛀、潮湿变形及地震影响，导致构件松动或整体倾斜。本方案通过部署高精度倾角传感器与温湿度传感器，实时监测梁柱倾斜角度、木材含水率及环境温湿度变化，结合LoRaWAN低功耗传输，确保偏远地区数据稳定回传。云平台基于历史数据构建结构健康模型，智能分析榫卯节点位移趋势，预警潜在断裂风险。例如，某千年木塔安装本系统后，成功识别出顶层檐角0.3°倾斜异常，及时加固避免坍塌，为文化遗产保护提供“数字防线”。    

          

砖石古建筑（如城墙、陵墓）   

砖石古建筑长期面临风化剥落、地基沉降及温差应力等问题，传统检测难以量化细微裂缝扩展。本方案采用三维激光扫描仪与微应变传感器，精准捕捉墙体倾斜、裂缝宽度及基础沉降数据，通过光纤网络实现毫米级精度传输。云平台融合AI图像识别技术，自动标注裂缝形态并预测扩展路径，同时结合气象数据评估冻融循环影响。以某明代城墙为例，系统监测到局部墙体年沉降量超5mm，触发预警后采取灌浆加固，有效延缓结构劣化，为砖石文物提供“全天候守护”。    

   

          

历史街区整体监测    

历史街区建筑群密度高、年代跨度大，环境振动与地下水位变化易引发连锁结构风险。本方案通过分布式倾角传感器网络与振动监测仪，实时采集建筑倾斜、地面微震及地下水数据，利用5G+边缘计算实现多源数据融合分析。平台基于GIS地图呈现街区整体安全态势，智能识别“高危建筑”并模拟倒塌影响范围。例如，某江南古镇部署后，系统发现河道旁三栋清末民居因地下水位上涨倾斜加剧，及时疏散居民并启动加固工程，实现“片区联动防护”。