建筑結(jié)構(gòu)安全檢測機制下的語義傳感器Web關(guān)鍵技術(shù)研究

郭志偉

摘 要：從互聯(lián)網(wǎng)時代到物聯(lián)網(wǎng)時代，人們只用了短短的十幾年時間。從小樓庭院到高樓大廈，城市用了幾十年時間。。安全檢測系統(tǒng)在城市安全維護方面的重要性不言而喻，在伴隨著建筑物存在的風(fēng)風(fēng)雨雨十幾年內(nèi)更是要對海量的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，所以傳感器就成了安全檢測系統(tǒng)中至關(guān)重要的部件。僅僅一種或幾種傳感器也是無法滿足建筑安全檢測需求的。要關(guān)聯(lián)、運用好數(shù)量、種類如此眾多的傳感器很有難度，語義傳感器 Web技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)傳感器領(lǐng)域的引入很好的解決了安全檢測系統(tǒng)中的信息傳輸、維護等問題，加大其關(guān)鍵技術(shù)的研究具有重要的實用意義。

關(guān)鍵詞：建筑安全檢測；傳感器；語義技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)；

引言

20世紀(jì)的第二個年頭，物聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)勢而出，被稱作是繼互聯(lián)網(wǎng)后第二個過萬億產(chǎn)值的產(chǎn)業(yè)。由于建筑行業(yè)的飛速發(fā)展，城市中老舊建筑物的安全維護的重要性不言而喻，因此完善更新安全檢測技術(shù)是相關(guān)部門不可懈怠的事情與責(zé)任。在城市建筑結(jié)構(gòu)安全檢測的工作流程中，檢測系統(tǒng)有著硬件設(shè)備工作周期長、數(shù)據(jù)信息內(nèi)存量大的需求。語義傳感器 Web將語義技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)中的大量傳感器進(jìn)行關(guān)聯(lián)，提供了有效的數(shù)據(jù)表示、管理和共享技術(shù)手段，為基于知識的智能化傳感器數(shù)據(jù)處理提供理論基礎(chǔ)，有效的解決了傳統(tǒng)傳感器系統(tǒng)里“周期長”、“數(shù)據(jù)多”的問題，為城市建筑結(jié)構(gòu)安全檢測的進(jìn)步與完善貢獻(xiàn)了不容忽視的力量。因此，潛心研制建筑安全檢測機制下的語義傳感器Web技術(shù)，具有深遠(yuǎn)的社會建設(shè)意義與價值。

一、建筑安全檢測和語義傳感器Web概述

（1）建筑安全檢測概述

建筑安全檢測系統(tǒng)集傳感器、計算機、電子通信等多項技術(shù)為一體，成為了工程師實時全面掌握建筑數(shù)據(jù)的重要工具，進(jìn)而對建筑結(jié)構(gòu)的安全做出評估，防患于未然。該系統(tǒng)對于提高建筑維護的效率、制定維護計劃、避免出現(xiàn)重大災(zāi)害都能起到積極作用。同時，整個系統(tǒng)搜集、儲存起來的大量有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)安全的數(shù)據(jù)對日后的工程項目提供了可靠的數(shù)據(jù)參考，是一份不容忽視的寶貴知識與經(jīng)驗。隨著時間的推移，社會對建筑結(jié)構(gòu)安全系統(tǒng)的要求越來越高，設(shè)備使用周期長、數(shù)據(jù)信息量大成為了該系統(tǒng)急需解決的問題。

（2）語義傳感器Web概述

語義Web是計算機與互聯(lián)網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的下一階段的花束定義，其連接范圍不僅僅局限于網(wǎng)頁之間，更是要建立網(wǎng)絡(luò)之間的任何微小數(shù)據(jù)的鏈接，以致微小的數(shù)據(jù)都可以與其他信息進(jìn)行“溝通”。2009年W3C聯(lián)盟為了展現(xiàn)傳感器技術(shù)和語義Web技術(shù)相結(jié)合的實用價值成立了語義傳感器網(wǎng)絡(luò)工作組，專注于傳感器與傳感器網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，同時制定面向傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用的語義標(biāo)注語言。就目前而言，語義傳感器 Web 的研究剛剛起步，可以參照的應(yīng)用案例、模型也為之不多，面臨的問題也很多，但其優(yōu)勢己經(jīng)展現(xiàn)出來。

二、傳統(tǒng)安全檢測系統(tǒng)弊端淺析

安全監(jiān)測系統(tǒng)其實就是 數(shù)據(jù)的采集、傳遞、分析、處理的過程。所以說，傳統(tǒng)安全檢測系統(tǒng)的弊端也就是數(shù)據(jù)利用過程中存在的一些弊端。如下：

（1）數(shù)據(jù)量大

一個建筑結(jié)構(gòu)的落成、穩(wěn)定、拆除要經(jīng)歷風(fēng)風(fēng)雨雨的十幾年甚至幾十年時間。在這個歷程中需要多種、多量的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集檢測，其工作周期也會長達(dá)數(shù)年甚至伴隨建筑物終身。由此可見，隨著時間的推移，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量是十分可觀的。

（2）數(shù)據(jù)錯誤

在安全檢測系統(tǒng)中，傳感器如同“電子外衣”一般依附在建筑結(jié)構(gòu)身上，但是數(shù)據(jù)集散中心大多數(shù)會被建立在距離較遠(yuǎn)的另一個地點。由此一來，數(shù)據(jù)信息的采集、傳遞、分析、處理要經(jīng)歷多個環(huán)節(jié)，任何一個環(huán)節(jié)都有可能會出現(xiàn)問題（硬件故障、網(wǎng)絡(luò)失聯(lián)等），這些都將導(dǎo)致生成錯誤的數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)無用

數(shù)據(jù)的采集是一個復(fù)雜繁瑣的過程。由于外部影響的不確定性，大多數(shù)其情況下需要進(jìn)行密集采樣以滿足對數(shù)據(jù)信息的搜集，這就需要將觸發(fā)自動采樣的標(biāo)準(zhǔn)降低，以致產(chǎn)生誤觸發(fā)現(xiàn)象，但這也是為了采集到準(zhǔn)確信息、真實數(shù)據(jù)不可避免的，所以在很大程度上會產(chǎn)生相當(dāng)體量的無用數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)復(fù)雜

為了全面完整的反映整個建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，傳感器的布置是一個非常講究的事情，需要將所有的結(jié)構(gòu)力點等考慮進(jìn)去。所以監(jiān)測數(shù)據(jù)因為檢測范圍的重復(fù)難免會生成重復(fù)數(shù)據(jù)，浪費儲存資源。

（5）數(shù)據(jù)多樣

單個傳感器的功能是相對比較單一的，一個檢測點往往會安裝多種檢測傳感器，從不同的角度、方向去檢測建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)變化，以便為全面認(rèn)識建筑結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀提供全面的數(shù)據(jù)，這也是一個安全監(jiān)測系統(tǒng)要達(dá)到數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)。

（6）數(shù)據(jù)封閉

由于數(shù)據(jù)表達(dá)和網(wǎng)絡(luò)安全等技術(shù)因素，傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)往往局限在單體建筑一處，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，具有較強的封閉性。

三、建筑結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)中的與其傳感器Web技術(shù)運用

語義傳感器Web技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的應(yīng)用核心便是傳感器結(jié)合Web 服務(wù)建立面向傳感器數(shù)據(jù)處理的過程，并用于振弦應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)的自動化處理，從而有效的利用 Web 中的服務(wù)資源。

（1）傳感器結(jié)合Web技術(shù)的語言技術(shù)

要實現(xiàn)傳感器與Web技術(shù)的完美結(jié)合就要嚴(yán)格遵循W3C聯(lián)盟制定的技術(shù)規(guī)范：Web 服務(wù)描述語言，其規(guī)定的訪問協(xié)議成為當(dāng)前主要的服務(wù)實現(xiàn)技術(shù)。WSDL 是一種使用 XML 編寫的文檔。這種文檔可描述某個 Web 服務(wù)，規(guī)定服務(wù)的位置，以及此服務(wù)提供的方法。

Web服務(wù)標(biāo)記語言的標(biāo)準(zhǔn)是OWL-S。相較于WSDL，OWL-S可以更高效、更準(zhǔn)確的向客戶描述服務(wù)資源。語義 Web服務(wù)的主要方法是利用 Ontology 來描述 Web服務(wù)，然后通過這些帶有語義信息描述的 Web 服務(wù)來實現(xiàn)服務(wù)的自動發(fā)現(xiàn)，調(diào)用篩選并組合。

（2）振弦應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)的自動化處理

振弦應(yīng)變傳感器數(shù)據(jù)的自動化處理即振弦傳感器對采集數(shù)據(jù)的融合服務(wù)，是一個復(fù)雜的過程。其具體流程如下：

（3）數(shù)據(jù)歸納與匯總

基于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)安全檢測系統(tǒng)的弊端，傳感器與Web結(jié)合正是以解決此問題為目的的技術(shù)集合。語義傳感器Web技術(shù)在不改變原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的情況下，將相關(guān)的資源劃分為多層次機構(gòu)組織，包括原始數(shù)據(jù)、語義數(shù)據(jù)、多源知識。在分析數(shù)據(jù)處理流程的基礎(chǔ)上，Web技術(shù)一方面利用 Web服務(wù)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性分析；另一方面將 Web服務(wù)中的特定算法進(jìn)行結(jié)合，達(dá)到對采集數(shù)據(jù)的自動化處理，有效地解決了傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)中信息量大、重復(fù)、復(fù)雜等問題。

四、結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，將物與物之間的聯(lián)系上升到了一個全新的層面，相應(yīng)的也給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的管理與處理帶來了巨大考驗。語義傳感器Web技術(shù)的出現(xiàn)有效地解決了傳統(tǒng)安全檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析處理的弊端，大大拓展了傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)了相關(guān)資源的共享，這對智慧城市工程的建設(shè)具有巨大貢獻(xiàn)。

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