一、项目背景
为满足房屋安全、地灾防治及桥隧工程等领域对结构健康监测的高精度、长期稳定、低功耗及多参数融合需求，现需设计一款集成裂缝、倾斜、加速度等多参数监测功能的一体化智能设备。设备需具备高可靠性、易部署性及智能化数据传输能力，实现对关键结构体的实时动态监测与预警。
二、核心功能需求
（一）多参数融合
监测设备需集成以下三类核心监测模块，所有模块需封装于同一设备内，实现数据同步采集与融合分析：
1.裂缝监测模块
· 测量范围：0～100mm（线性裂缝宽度）。
· 测量精度：±0.01mm（确保微小裂缝扩展的精准捕捉）。
· 角度测量范围：±90°（支持裂缝面倾斜角度监测）。
· 角度测量精度：0.1°（辅助判断裂缝形态变化）。
2.倾斜监测模块
· 测量类型：三轴（X/Y/Z方向）倾角测量，覆盖空间全方位倾斜状态。
· 角度测量范围：±30°（满足常见结构体倾斜监测需求）。
· 角度测量精度：0.005°~0.01°（高精度，支撑结构稳定性早期预警）。
· 加速度测量范围：±2g（覆盖常规振动/冲击场景）。
· 加速度测量精度：0.01mg（微小加速度变化的精准感知，用于振动分析）。
3.加速度监测模块
· 测量范围：±2g（适配建筑、地质等场景的振动强度）。
· 测量精度：0.01mg（高频振动或微小位移触发的加速度信号捕捉）。
（二）环境适应性设计
· 供电系统：集成太阳能板+内置高容量电池方案，支持低功耗运行模式，确保设备在无外接电源条件下长期稳定工作（≥3年续航），避免频繁维护扰民。
· 通信能力：支持4G无线通信，实现监测数据的实时远程传输（兼容主流运营商网络），支持断点续传与数据缓存机制，保障复杂环境下的通信可靠性。
（三）关键算法与数据处理
· 温度补偿：针对传感器受环境温度影响导致的测量漂移问题，集成温度传感器与补偿算法，动态修正测量数据，确保全温域（-20℃~60℃）精度稳定性。
· 滤波处理：采用硬件级（如MEMS芯片内置滤波）与软件级（如卡尔曼滤波、滑动平均滤波）结合的多级滤波策略，有效抑制高频噪声干扰，输出平滑、稳定的监测数据（倾斜精度最终稳定至0.01°以内）。
· 数据读取与转换：基于行业标杆MEMS原理芯片（如日本村田SCA3300系列），通过I²C/SPI接口实现电信号到数字信号的精准读取，结合芯片手册提供的校准参数与补偿公式，完成原始数据到物理量（角度/加速度/位移）的标准化转换。
三、应用场景适配
1.房屋安全监测
· 倾斜模块：监测房屋整体倾覆风险、关键梁柱/承重墙结构倾斜。
· 裂缝模块：跟踪墙体、地基等结构裂缝的宽度扩展与角度变化。
· 加速度模块：感知施工振动、地震等外部扰动对房屋的冲击响应。
2.地质灾害监测
· 倾斜+加速度模块：用于边坡表面位移（浅层滑移）的动态监测，识别滑坡早期形变特征。
· 扩展功能（可选）：支持深部位移、含水率、格构梁三维形变等参数的集成扩展。
3.桥隧工程监测
· 倾斜/挠度模块：监测桥梁墩柱倾斜、隧道拱顶沉降等结构变形。
· 加速度模块：分析桥隧在车辆通行、风荷载作用下的振幅-位移-时间频谱关系，评估结构健康状态。
四、其他非功能性需求
· 安装便捷性：设备体积小巧（具体尺寸可定制），支持壁挂、钻孔或支架固定，适配复杂现场环境（如建筑墙面、边坡岩体、桥隧内壁）。
· 维护友好性：支持远程参数配置（如采样频率、报警阈值）、故障自诊断（如传感器失效提醒），降低人工巡检频率。
· 数据安全性：通信链路加密（如HTTPS/TLS），存储数据防篡改，符合《信息安全技术 网络安全等级保护基本要求》相关规范。
五、交付物要求
· 原型样机（含硬件设备、配套安装支架及说明书）。
· 数据采集与分析软件（支持实时数据显示、历史数据查询、异常报警及导出功能）。
· 技术文档（包括硬件设计说明、传感器校准方法、通信协议及API接口文档）。
