蔣一杰，相東明，鄧云高

（1.浙江理工大學(xué)信息學(xué)院；2.浙江理工大學(xué)啟新學(xué)院浙江杭州 310018）

0 引言

近年來，隨著我國城市化列車駛?cè)肟燔嚨?，廣告牌作為一種熱門媒體宣傳方式，被廣泛應(yīng)用于交通要道、經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)等人流量巨大的區(qū)域。其中，大型單立柱廣告牌數(shù)量尤為眾多，三面單立柱廣告牌甚至已經(jīng)成為我國特有的戶外廣告牌形式［1］。建成完工的單立柱廣告牌長期處于室外自然環(huán)境下，易遭受臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害的破壞，容易發(fā)生傾斜、倒塌，從而造成財(cái)產(chǎn)損失甚至威脅生命安全。因此，實(shí)時(shí)監(jiān)測單立柱廣告牌的狀態(tài)至關(guān)重要，現(xiàn)有企業(yè)常采用傳統(tǒng)人工巡檢方式，定期安排工作人員對(duì)廣告牌進(jìn)行肉眼觀察和簡單工具測量［2］，這種方式存在監(jiān)測周期長、難以及時(shí)察覺廣告牌微小狀態(tài)變化、主觀性誤差大等問題。然而，目前市場上為單立柱廣告牌提供遠(yuǎn)程監(jiān)測服務(wù)的系統(tǒng)相對(duì)較少。

在預(yù)防廣告牌倒塌方面，戴卓見［3］通過修改廣告牌內(nèi)套鋼管結(jié)構(gòu)等方式以盡量避免廣告牌結(jié)構(gòu)損傷，但其所做的大多是靜態(tài)模擬，沒有實(shí)現(xiàn)對(duì)廣告牌傾斜程度、振幅等方面的監(jiān)測。在集成監(jiān)測系統(tǒng)方面，裘偉敏［4］利用ZigBee與GSM 搭建的無線通信網(wǎng)絡(luò)和MMA845 三軸加速度傳感器實(shí)現(xiàn)無線鐵塔狀態(tài)監(jiān)測、傳感器多模塊測量和無線數(shù)據(jù)傳輸，但其對(duì)傳感器位置的可視化不足，沒有直觀的3D 模型進(jìn)行模擬；虞德群等［5］依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)與理論設(shè)計(jì)值及以往監(jiān)測的大數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)異常狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警，但其只訓(xùn)練了風(fēng)速和塔頂位移的關(guān)系模型，只能根據(jù)當(dāng)前風(fēng)速作出預(yù)警，沒有涉及長時(shí)間的數(shù)據(jù)預(yù)測操作。

為了實(shí)現(xiàn)單立柱廣告牌狀態(tài)的遠(yuǎn)程智能監(jiān)控，本文使用Spring Boot 和Vue 框架，設(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)的單立柱廣告牌監(jiān)測系統(tǒng)。從技術(shù)方面看，本文使用傳感器完成傾角、振幅、沉降等重要信息采集，引入GIS（地理信息系統(tǒng)）和BIM（建筑信息模型）幫助相關(guān)企業(yè)可視化智能管理。為了提高預(yù)警信息的準(zhǔn)確性，在數(shù)據(jù)分析模塊加入Prophet時(shí)間預(yù)測序列，讓用戶能多角度綜合判斷單立柱廣告牌的健康狀態(tài)。從功能方面看，這是一款集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、可視化管理于一體的系統(tǒng)，在單立柱廣告牌的運(yùn)營維護(hù)階段提供精準(zhǔn)的信息管控，使企業(yè)相關(guān)部門能夠高效便捷地管理單立柱廣告牌，提供及時(shí)的維修服務(wù)，降低意外發(fā)生概率，更好地維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定，保障人民生命安全。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 傳感器采集技術(shù)

傳感器采集技術(shù)是一種傳統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)［6］，從疫情防控中所采用的非接觸式紅外測溫儀，到工業(yè)中所應(yīng)用的溫度、壓力、視覺等各類傳感裝置，傳感器作為數(shù)據(jù)獲取的唯一功能器件，早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、資源開發(fā)、生物工程等各場景中。數(shù)據(jù)顯示，2020 年，全球傳感器市場規(guī)模達(dá)1 660 億美元，同比增長9.2%［7］。隨著萬物互聯(lián)時(shí)代的帷幕逐漸拉開，傳感器被廣泛應(yīng)用到于物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)，它作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的重要入口，決定著獲取信息的全面性、準(zhǔn)確性和便捷性，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的前提和基礎(chǔ)［7］。本文系統(tǒng)使用傳感器采集技術(shù)記錄單立柱廣告牌實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

1.2 建筑信息模型與BIMFACE輕量化引擎

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）［8］是對(duì)建筑物實(shí)體與功能特性的數(shù)字表達(dá)形式，可以對(duì)建筑物所具有的真實(shí)信息通過數(shù)字信息的方式進(jìn)行仿真模擬，由Autodesk 公司于2003年引入中國，為“十二五”規(guī)劃中的重點(diǎn)研究課題。BIM 能夠使工程建設(shè)專業(yè)人員獲取相關(guān)分析結(jié)果及工具，從而更高效地規(guī)劃、設(shè)計(jì)、構(gòu)建和管理建筑物，是一種有效的建筑成果管理方式［9］。BIM 通過構(gòu)建之間的互動(dòng)性和反饋性形成一種三維立體實(shí)物圖，并整合了建筑物的物理、工程、進(jìn)度、運(yùn)維等關(guān)鍵信息，可以支持設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等全生命周期，實(shí)現(xiàn)較好的可視化操作［10］。本文系統(tǒng)主要將BIM 模型應(yīng)用于單立柱廣告牌運(yùn)維階段，其可有效協(xié)調(diào)施工單位各專業(yè)之間的碰撞問題，分析諸如建筑燈光布局的合理性等細(xì)節(jié)，并提供協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，解決整個(gè)項(xiàng)目的全局設(shè)計(jì)問題。

BIMFACE（廣聯(lián)達(dá)）是一款國內(nèi)領(lǐng)先的BIM 輕量化引擎，支持50 多種常見工程圖紙文件，覆蓋建筑、化工、機(jī)械、能源等行業(yè)。BIMFACE 通過真實(shí)感渲染，給模型增加真實(shí)的光影效果，提高模型的顏值；通過線框和SSAO 效果，極大程度地提升模型的立體感和顯示效果。BIMFACE使用者可以將實(shí)現(xiàn)構(gòu)建好的BIM 模型上傳到平臺(tái)上，并在BIMFACE 平臺(tái)申請臨時(shí)的訪問憑證viewToken，以確保模型數(shù)據(jù)的安全性，調(diào)用平臺(tái)提供的js 接口，即可將原本在專業(yè)軟件中才能查看的模型完好地展示在網(wǎng)頁界面，極大降低CPU、內(nèi)存、顯卡開銷。本文使用BIMFACE 輕量化引擎，將BIM 模型集成到前端頁面。

1.3 地理信息系統(tǒng)與高德地圖

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）［11］是一種以采集、儲(chǔ)存、管理、分析和描述整個(gè)或部分地球表面（包括大氣層）與空間和地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)［12］。GIS 主要研究計(jì)算機(jī)技術(shù)與空間地理分布數(shù)據(jù)的結(jié)合，通過一系列空間操作和分析方法，為各行各業(yè)提供對(duì)規(guī)劃、管理、決策和運(yùn)營有用的信息，回答用戶提出的有關(guān)問題，成為現(xiàn)代企業(yè)和各級(jí)政府管理部門制定科學(xué)經(jīng)營和管理的重要手段，它的作用正在深入各行各業(yè)，目前已形成諸如資源與環(huán)境、災(zāi)害監(jiān)測和防治農(nóng)林牧副漁、工商企業(yè)管理、城市管理、運(yùn)行和規(guī)劃、工礦生產(chǎn)管理及各部門辦公室的GIS 等［13］。本文依托高德地圖API 實(shí)現(xiàn)GIS 制作，實(shí)現(xiàn)單立柱廣告牌空間位置信息管理。

高德地圖擁有優(yōu)質(zhì)的2D/3D 電子地圖庫，并且已滲透到各行各業(yè)，游戲、社交、電商等都有相關(guān)合作案例［14］。高德定位SDK 通過GPS+基站（含5G 基站）+WIFI 的混合定位模式進(jìn)行定位，無論是高樓林立的城市峽谷，還是相對(duì)封閉的室內(nèi)環(huán)境，都可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位［15］。高德地圖基于全面的路網(wǎng)信息，結(jié)合精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)路況，可以在多端為用戶提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航服務(wù)。本文調(diào)用高德地圖提供服務(wù)API將單立柱廣告牌在地圖上進(jìn)行標(biāo)注定位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了前往廣告牌的路線規(guī)劃，為數(shù)據(jù)監(jiān)測員的站點(diǎn)信息查詢、工作人員的實(shí)地巡檢提供便捷可靠的幫助。

1.4 時(shí)間預(yù)測模型與Prophet時(shí)間序列預(yù)測

時(shí)間預(yù)測模型是根據(jù)研究變量本身的觀察值及其變動(dòng)模式推測其未來數(shù)值變化的模型，依次執(zhí)行樣本數(shù)據(jù)、預(yù)測算法、訓(xùn)練模型、模型應(yīng)用4 個(gè)過程。目前，常用的時(shí)間預(yù)測模型有ARMA 平穩(wěn)序列擬合模型、RNN 循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、LSTM 長短期記憶算法、Prophet 時(shí)間序列預(yù)測等，本文選用Prophet時(shí)間序列預(yù)測。

Prophet 是Facebook 公司在2017 年開源的一個(gè)專門用于大規(guī)模時(shí)間序列分析的模型，將時(shí)間序列P（t）分為趨勢項(xiàng)g（t）、季節(jié)項(xiàng)s（t）、假期因素h（t）［16］，表示形式如下：

其中，g（t）是趨勢增長項(xiàng)，它表示時(shí)間序列中非周期部分的波動(dòng)情況；s（t）代表年、月、日這種周期變化的量，給出它們的變化規(guī)律；h（t）是該時(shí)間預(yù)測算法中具有創(chuàng)新的一項(xiàng)，代表節(jié)假日等特殊事件對(duì)事件序列的影響；εt代表誤差項(xiàng)，表示模型所不能適應(yīng)的特殊變化。Prophet 還采用一種獨(dú)特的策略，在保證需要時(shí)能夠完全自動(dòng)化整個(gè)流程的前提下，允許數(shù)據(jù)分析學(xué)家通過一組關(guān)鍵的模型參數(shù)和選項(xiàng)在預(yù)測中加入自己的判斷。

趨勢增長項(xiàng)是Prophet 模型的核心部分，體現(xiàn)了時(shí)間序列的整體波動(dòng)趨勢。趨勢項(xiàng)g（t）包含基于邏輯回歸函數(shù)的飽和增長模型和基于分段線性函數(shù)的模型［17］。邏輯回歸的一般形式如下：

其中，C為承載力，k為增長速度，m為偏移參數(shù)。當(dāng)C=1，k=1，m=0 時(shí)形成sigmoid 函數(shù)形式［18］。但是實(shí)際的時(shí)間序列會(huì)存在突變點(diǎn)，式（2）中的C、k、m不可能為常數(shù)，很有可能隨著時(shí)間的遷移而變化，因此將這3 個(gè)參數(shù)設(shè)置為分段邏輯回歸模型，即令C=C（t），k=k（t），m=m（t）。

季節(jié)周期項(xiàng)s（t）體現(xiàn)了時(shí)間序列隨日、周、月、年等不同時(shí)間粒度的周期性變化。使用傅里葉級(jí)數(shù)模擬時(shí)間序列的周期性，表達(dá)形式如下：

其中，P表示時(shí)間序列的周期，若以年為周期，可以將P=365.25，N設(shè)置為10，若以周為周期，P設(shè)置為7，N設(shè)置為3。這里的參數(shù)可以用列向量的形式表示，具體如下：

當(dāng)以年為周期時(shí)，可表示X（t）：

則季節(jié)周期項(xiàng)可以表示為：

假期因素h（t）表現(xiàn)節(jié)假日對(duì)時(shí)間序列的影響。由于不同節(jié)假日的重要程度、時(shí)間長短等不同，它們對(duì)時(shí)間序列的印象也不相同。因此，設(shè)置參數(shù)ki表示假期因素的影響范圍，假設(shè)由L段假期，具體如下：

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的單立柱廣告牌監(jiān)測系統(tǒng)，采用B/S 模式，包含信息采集系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)及后臺(tái)管理系統(tǒng)系統(tǒng)。系統(tǒng)原理是，通過監(jiān)測分析單立柱廣告牌在一定時(shí)間周期內(nèi)單立柱柱頂?shù)膬A角和廣告牌自身的自振周期反映該廣告牌的安全情況，當(dāng)某一單立柱廣告牌在系統(tǒng)上建立時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)該廣告牌的實(shí)際情況計(jì)算模型，通過歷史數(shù)值與預(yù)測數(shù)據(jù)對(duì)比分析，綜合判斷廣告牌是否處于健康狀態(tài)，并對(duì)巡檢任務(wù)作出規(guī)劃，具體如圖1所示。

Fig.1 Single column billboard monitoring system overall architecture圖1 單立柱廣告牌監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 數(shù)據(jù)分析模塊

對(duì)于信息采集系統(tǒng)收集到的信息，在服務(wù)器端存入數(shù)據(jù)庫之前，本文進(jìn)行了一系列數(shù)據(jù)預(yù)處理操作。首先對(duì)原始數(shù)據(jù)使用PauTa 法則，剔除超過一定區(qū)間的異常值；對(duì)于因剔除而缺失的值，使用朗格朗日插值法進(jìn)行填補(bǔ)；對(duì)于采集數(shù)據(jù)過程中的背景噪聲，使用小波變化去噪法抑制，使數(shù)據(jù)盡可能地接近真實(shí)值。數(shù)據(jù)分析方面，本文通過ADF 平穩(wěn)性監(jiān)測與Mann-Kendall 趨勢檢測，結(jié)合無監(jiān)督算法對(duì)異常模式進(jìn)行識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的初步分析。在數(shù)據(jù)預(yù)測環(huán)節(jié)，針對(duì)長短時(shí)預(yù)測分別對(duì)Prophet 模型采用不同的季節(jié)性參數(shù)、變點(diǎn)參數(shù)及趨勢項(xiàng)進(jìn)行模型搭建，具體如圖2所示。

Fig.2 Main functions of data analysis module圖2 數(shù)據(jù)分析模塊主要功能

2.3 后臺(tái)管理系統(tǒng)

后臺(tái)管理系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象主要是對(duì)所有單立柱廣告牌片區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理的工作人員，該平臺(tái)分為數(shù)據(jù)管理和系統(tǒng)管理兩個(gè)板塊，具體如圖3 所示。數(shù)據(jù)管理包含了以GIS 和BIM 為核心的單立柱廣告牌信息模塊、以Prophet 時(shí)間預(yù)測序列為核心的監(jiān)測數(shù)據(jù)模塊和承接傳統(tǒng)人工巡檢的信息管理模塊。系統(tǒng)管理包含人員管理、賬號(hào)管理等常見的企業(yè)管理模塊。

3 關(guān)鍵部分實(shí)現(xiàn)

3.1 信息采集系統(tǒng)

信息采集系統(tǒng)主要分為中心處理芯片模塊、傳感器采集模塊、無線通信模塊、供電模塊四大組成成分。本文主要采用以下組件模塊：①中心處理芯片模塊，采用STM32系列單片機(jī)處理芯片，減少了采集模塊的體積，總體成本得以降低；②傳感器采集模塊，主要采用MPU-6050 三軸加速度—陀螺儀傳感器和ADXL345 三軸重力加速度傳感器，分別用于監(jiān)測廣告牌所需的核心數(shù)據(jù)傾斜程度、振幅；③通信模塊，采用基于ZigBee 協(xié)議棧的CC2530 射頻芯片，以較低的成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；④供電模塊，采用3.7v 聚合物鋰電池，具體如圖4 所示。在具體的大型單立柱廣告牌的監(jiān)測環(huán)境下，可根據(jù)實(shí)際情況制作相關(guān)信息采集系統(tǒng)，包括可以批量生產(chǎn)的高質(zhì)量監(jiān)測主機(jī)、以較高精度測量傾角、振幅、溫濕度等數(shù)據(jù)的傳感器，覆蓋4G、5G 網(wǎng)絡(luò)的新型通信單元和具有主電源和太陽能電池兩級(jí)電池結(jié)構(gòu)的供電模塊。

3.2.1 通信模塊

Fig.3 Main function modules of background management system圖3 后臺(tái)管理系統(tǒng)主要功能模塊

本文通過ZigBee 無線組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)短距離的傳感網(wǎng)絡(luò)，并將ZigBee 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置為網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含一個(gè)Co-ordinator（協(xié)調(diào)器）和一系列Router（路由）和End Device（終端），每一個(gè)Router 都可以和附近的其他Router 和Co-ordinator 進(jìn)行通信，使得節(jié)點(diǎn)之間可自行組織網(wǎng)和采用多跳方式進(jìn)行通信，具體如圖5所示。

Fig.4 Main components of information acquisition system圖4 信息采集系統(tǒng)主要構(gòu)成

Fig.5 Design of ZigBee network topology圖5 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)

3.2 建筑信息模型

本模塊利用BIM 建筑信息模型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單立柱廣告牌數(shù)據(jù)信息整合，并在監(jiān)測系統(tǒng)中顯示三維模型，使用戶可以便捷直觀、多視角地看到廣告牌結(jié)構(gòu)、傳感器位點(diǎn)等信息。

3.2.1 BIM模型制作

本模塊根據(jù)單立柱廣告牌的工藝流程及主要尺寸，在Revit 軟件中以族文件的形式創(chuàng)建三維幾何模型。單立柱廣告牌主材為鋼結(jié)構(gòu)柱單元，柱體底部采用混凝土柱單元，柱體上部為由型鋼焊接而成的鋼管梁與表面鐵皮構(gòu)成的廣告牌面，將廣告牌面的主梁簡化為剛結(jié)或鉸結(jié)在鋼立柱上的懸臂結(jié)構(gòu)，主梁之間由橫梁及斜撐鉸結(jié)形成空間平行組合桁架固定［19］。搭建完單立柱廣告牌的三維模型后，在模型中添加構(gòu)件的力學(xué)參數(shù)和荷載信息等詳細(xì)信息，力學(xué)參數(shù)包括彈性模量、泊松比等；荷載包括振幅荷載、風(fēng)力荷載等。創(chuàng)建后模型的三維視圖如圖6所示。

3.2.2 BIMFACE二次開發(fā)BIM

使用Revit 軟件搭建好BIM 模型后，需要利用BIMFACE 輕量化引擎對(duì)BIM 模型進(jìn)行二次開發(fā)，將BIM 模塊嵌套至本系統(tǒng)中。在BIMFACE 開發(fā)者平臺(tái)注冊并創(chuàng)建項(xiàng)目后，將BIM 工程文件上傳到BIMFACE 平臺(tái)，等待文件模型狀態(tài)變?yōu)檗D(zhuǎn)換成功，即可預(yù)覽應(yīng)用模型。

Fig.6 Three-dimensional view of single column billboard structure圖6 單立柱廣告牌結(jié)構(gòu)三維視圖

為了在前端顯示BIM 模型，需要先在頁面的HTML 代碼中新建一個(gè)用于顯示模型或圖紙的DOM 元素，代碼如下：

3.2.3 BIM前端展示模塊

隨著光標(biāo)移入到BIM 模型上，可以調(diào)出目錄樹和工具箱。在目錄樹中，可以查看當(dāng)前單立柱廣告牌上的傳感器，點(diǎn)擊其中的傳感器列表，可以展開傳感器的相關(guān)信息，呈現(xiàn)近期的監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時(shí)BIM 模型中的傳感器位點(diǎn)會(huì)閃爍，雙擊，即可放大以當(dāng)前傳感器為焦點(diǎn)的BIM 模型；在工具箱中，有距離測量工具、構(gòu)件信息查看工具等，可以實(shí)現(xiàn)測量BIM 模型中不同位點(diǎn)的距離、查看單立柱廣告牌構(gòu)件信息、顯示傳感器檢測數(shù)據(jù)等功能。

3.3 GIS地理信息系統(tǒng)

本模塊利用GIS 地理信息系統(tǒng)，集成了具有視覺化效果的地圖和包含數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)計(jì)分析等功能的地理分析模塊，使管理人員能快速、便捷地查找到單立柱廣告牌的地理位置信息及周圍環(huán)境情況。

3.3.1 廣告牌位點(diǎn)標(biāo)注功能和BIM模型綁定

本文首先在高德地圖API 控制臺(tái)中自主設(shè)計(jì)了3D 地圖的樣式，然后通過調(diào)用AMap 的Map 函數(shù)構(gòu)造地圖實(shí)例，具體參數(shù)值如表1 所示。在新建的Map 實(shí)例中使用AMap.Marker 函數(shù)在地圖上標(biāo)出已經(jīng)存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中的單立柱廣告牌位點(diǎn)。

Table 1 Parameter list for AMap表1 AMap的參數(shù)列表

為了將單立柱廣告牌在地圖上的位置信息和BIM 模型相結(jié)合，本系統(tǒng)在錄入單立柱廣告牌信息的同時(shí)，將位點(diǎn)與BIM 模型一一對(duì)應(yīng)；在Map 標(biāo)注的位點(diǎn)的同時(shí)，給每一個(gè)位點(diǎn)加上返回MapsEvent 對(duì)象的地圖點(diǎn)擊事件，以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)擊位點(diǎn)跳轉(zhuǎn)BIM 模型的目的。

3.3.2 GIS導(dǎo)航系統(tǒng)

如果登錄系統(tǒng)的設(shè)備開啟GPS 定位功能，則可以通過GIS 系統(tǒng)的導(dǎo)航功能，規(guī)劃出一條前往廣告牌的路線。該模塊具體使用了AMap 中的Driving、Walking 和Riding 接口，分別提供了駕車、步行和騎行的路線規(guī)劃。

3.4 Prophet時(shí)間序列預(yù)測

3.4.1 數(shù)據(jù)收集與模型訓(xùn)練

本模塊的數(shù)據(jù)由單立柱廣告牌監(jiān)測行業(yè)的相關(guān)企業(yè)提供，包括2020.01.08-2020.04.28的單立柱廣告牌應(yīng)力、沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)。

根據(jù)Prophet 時(shí)間序列預(yù)測模型的理論知識(shí)可知，Prophet 通過函數(shù)變換將時(shí)間序列分解為年、月、日等不同維度，然后通過整合疊加，得到需要預(yù)測的數(shù)據(jù)與總時(shí)間的變化趨勢，本文將以單立柱廣告牌沉降數(shù)據(jù)的時(shí)間序列預(yù)測過程為例進(jìn)行講解。本模塊首先確定了構(gòu)建Prophet模型需要的相關(guān)參數(shù)，并初始化Prophet 模型，具體參數(shù)如表2所示。

Table 2 Prophet model parameter setting表2 Prophet模型參數(shù)設(shè)置

Prophet 的模型輸入只有日期和單立柱廣告牌的沉降數(shù)據(jù)，圖7 給出了單立柱廣告牌沉降時(shí)間序列的分析結(jié)果。從圖中可以看出單立柱廣告牌的沉降總體呈上升趨勢，并在周、日為時(shí)間單位的小范圍中有規(guī)律波動(dòng)。

Fig.7 Prophet component of settlement圖7 沉降的Prophet組成部分

在使用均方誤差MSE 對(duì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)，如圖8 所示?？梢?4天的短期預(yù)測內(nèi)，模型的MSE 在0.16以下。

Fig.8 MSE renderings of Prophet time prediction sequence圖8 Prophet時(shí)間預(yù)測序列的MSE效果

3.4.2 Prophet時(shí)間序列預(yù)測前端展示模塊

在使用Prophet 時(shí)間序列預(yù)測模型得到預(yù)測數(shù)據(jù)后，調(diào)用Echarts圖表庫構(gòu)建數(shù)據(jù)駕駛艙，實(shí)現(xiàn)預(yù)測數(shù)據(jù)的可視化。該模塊統(tǒng)計(jì)了當(dāng)前監(jiān)測區(qū)域的異常數(shù)據(jù)，包括傾角、沉降異常次數(shù)等數(shù)據(jù)，使用折線圖的形式給出了通過Prophet 時(shí)間序列預(yù)測模塊得到的預(yù)測數(shù)據(jù)，包括最高值、最低值等，結(jié)合廣告牌的歷史數(shù)據(jù)，直觀地體現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢，幫助工作人員對(duì)廣告牌的狀態(tài)做出準(zhǔn)確判斷。

4 結(jié)語

單立柱廣告牌是一種特殊的高聳懸臂構(gòu)筑物，容易受到自然因素的影響，發(fā)生傾斜甚至倒塌。本文基于Spring-Boot+Vue 框架構(gòu)建了一款單立柱廣告牌監(jiān)測系統(tǒng)，包括信息采集模塊、廣告牌可視化管理和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析三大方面。該系統(tǒng)應(yīng)用傳感器監(jiān)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單立柱廣告牌信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測；將GIS 地理信息系統(tǒng)和BIM 建筑信息模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了單立柱廣告牌的可視化管理，增強(qiáng)了相關(guān)企業(yè)團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)調(diào)性，能夠有效地進(jìn)行控制；將Prophet時(shí)間序列預(yù)測和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，提高了預(yù)警報(bào)警的可靠性。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單立柱廣告牌的實(shí)時(shí)監(jiān)測，降低了意外風(fēng)險(xiǎn)，有利于保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在完成Web 開發(fā)后可以向相關(guān)公司推薦，并在社會(huì)上予以推廣，以期為相關(guān)行業(yè)提供技術(shù)方案和系統(tǒng)支持。