CN102721406A - 施工便梁姿态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种施工便梁姿态监测系统，其包括测量系统、数据传送系统(3)和数据处理系统(4)；测量系统包括静力水准仪和静态数据采集仪(2)，静力水准仪布设在施工便梁上；数据传送系统(3)连接在测量系统与数据处理系统(4)之间，实现将测量系统监测的位置或位置变化信息传送给数据处理系统(4)；数据处理系统(4)包括计算机系统和数据处理模块，数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对接收的数据进行加工并作出分析、处理。其可以对施工便梁及施工便梁上的线路的实时状况实现动态监测，对施工便梁达到实时监测的效果，大大提高了工作效率、减少安全事故的发生。

Description

施工便梁姿态监测系统

技术领域

本发明涉及一种施工便梁沉降、变形、位移等变化的监测系统，特别是一种施工便梁姿态监测系统。

背景技术

在有线施工中，都要先做好施工防护工作，对线路进行加固处理，可以根据现场情况选定加固措施。采用施工便梁是有线施工中通常的加固措施。例如在铁路涵洞施工中，施工便梁是铁路下穿立交中线路架空的常用设备，它直接关系到铁路行车安全。由于铁路轨道直接定位在施工便梁上，施工便梁的姿态变化将直接影响铁路轨道的方向与水平，从而影响铁路行车安全。施工便梁本身是一个成熟的定性产品，其结构本身承载行车荷载没有问题，但由于其支点是设置在临时加固的基础上，且由于下穿立交在顶进开挖过程中对临时的基础有明显影响，而支承的沉降与变形将直接影响施工便梁的姿态，故在顶进过程中必须对施工便梁姿态变化进行安全过程监测。

目前，对铁路线路中的施工便梁的监测主要采用三种手段：                                                利用轨道尺测量施工便梁上的铁路（铁轨）水平，以确定施工便梁的姿态；

安排熟练的线路工目测线路（铁轨）方向，以确定施工便梁的姿态；

安排专职测量人员采用水准仪测量施工便梁支点沉降，以确定施工便梁的姿态。其中前两种手段为快速测量，一般实行趟检制（即每过一趟列车检测一次），第三种手段为每顶必测（即每顶进启动或开挖一段时测量一次），以确定施工便梁上的线路（铁轨）几何状况是否达标。这些方法虽然可以达到了解施工便梁的姿态，从而撑握线路的状况，防止意外故事的发生，但是目前的这些施工便梁的监测手段存在以下不足：

这些通过人工测量进行监测，以人工直接操作（依靠人感官）为主，这样对于线路逐级提速、运营日渐繁忙的状况下（例如，京沪干线行车密度达280余对/昼夜，动车连发每5分钟一趟），需要大量的人力，并且人工测量难以满足安全全过程动态监测的需要；

这些通过人工测量进行监测，需要不分昼夜三班制的作业方式，容易在铁路线路上出现人身安全隐患； 

人工测量进行监测需要一定的内业处理时间，在测量到发现问题的时间段中，线路几何变化隐患信息不能及时传递，使安全隐患得不到及时整治，即存在监测迟后性，实效性难以保证，存在安全隐患；

大量人工测量作业，大大增加了差错率，并且各作业人员之间的信息传递也会在差错和延误，从而可能出现虚报警或未报警，造成大量的安全隐患。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种施工便梁姿态监测系统，其可以对施工便梁及施工便梁上的线路的实时状况实现动态监测，对施工便梁（施工便梁上的线路）的测量、数据传送、数据处理准确及时，达到实时监测的效果，可以大大提高了工作效率、减少安全事故的发生。

本发明的技术方案是：一种施工便梁姿态监测系统，其包括测量系统、数据传送系统和数据处理系统；测量系统包括位移传感器，使用时，位移传感器布设在施工便梁上，其可以监测出施工便梁的位置及位置变化；数据传送系统连接在测量系统与数据处理系统之间，实现将测量系统监测的位置或位置变化信息传送给数据处理系统；数据处理系统包括计算机系统和数据处理模块，计算机系统通过其数据接口与数据传送系统相连接，接收数据传送系统自测量系统传送过来的监测数据（即监测的施工便梁的位置及位置变化信息数据），数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对接收的数据进行加工并作出分析和处理。

本发明进一步的技术方案是：位移传感器为静力水准仪；静力水准仪包括两个以上的静力液位传感单元；静力液位传感单元包括液缸、液位传感器、浮筒和保护罩；液位传感器安装在液缸的上部并位于保护罩内，浮筒位于液缸内并通过连杆与液位传感器相连接，液位传感器可以探测到浮筒的高度位置，并通过传输线向外传送浮筒的高度位置数据信息；各静力液位传感单元之间通过气管和液管相连接。

本发明更进一步的技术方案是：静力水准仪的各静力液位传感单元分别布置在要监测姿态的各施工便梁及固定基准上，即静力液位传感单元安装在施工便梁的端部，采用可调支架与施工便梁连接。 

本发明再进一步的技术方案是：测量系统还包括静态数据采集仪，静态数据采集仪与静力水准仪相连接，即静态数据采集仪与静力水准仪的各静力液位传感单元相连接，实现对静力水准仪的各静力液位传感单元的监测数据的采集与传送。

本发明还进一步的技术方案是：数据传送系统连接在测量系统(静态数据采集仪)与数据处理系统之间，实现将测量系统（静态数据采集仪）的数据传送给数据处理系统；数据传送系统包括数据转换接口与传送组件，传送组件为数据线传送件、互联网（INTERNET）传送组件、无线公用网络传送组件或者无线自主多跳网传送组件, 传送组件将接收到的测量系统的信号传送给数据转换接口，数据转换接口实现数据转换并传送给数据处理系统。

本发明进一步的技术方案是：数据处理系统包括计算机系统与数据处理模块，计算机系统包括数据接口、存储器、处理器和显示器，数据接口与数据传送系统连接，接收测量系统传送过来的实时监测数据，以存储到存储器；数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对从数据传送系统接收来的数据进行加工，以及作出分析处理结果，并以数据、图表或者动画的形式通过显示器或者打印机等输出设备输出，或者发出报警操作。

本发明进一步的技术方案是：在计算机系统与施工便梁之间还设有摄像装置，以使计算机系统同时显示监测数据及处理画面和现场实况画面，达到更好的实时监测效果。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、本发明将现有技术的人工监测量实现监测方式转变为计算机系统监测方式，消除传统手段的人工作业中离散性的错误等不可控因素，使监测结果更可靠；

2、本发明通过静力水准仪实时测量、计算机快速（3秒/点）分析实现对施工便梁姿态的监测，实现遥测与分析一体化，可轻易实现对线路（铁路）几何状况的全天候、全过程连续适时监测，及时发展问题；而现有技术需要人工不断地周期性测量作业且不能遥控测量，除需要大量的人力外，且施测（测量及分析）周期长，得出的数据实效性差，不能及时发现的问题，存在严重的安全隐患；

3、本发明实现了遥控测量，避免了大量人员线上（铁路）上作业，有效消除了现有方式作业中的人身安全隐患及行施的车辆安全隐患。

为了更清楚地说明本发明，列举以下实施例，但其对发明的范围无任何限制。

附图说明

图 1为本发明的结构示意图；

图 2为发明的静力水准仪的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种施工便梁姿态监测系统，其包括测量系统、数据传送系统3和数据处理系统4；测量系统包括位移传感器和静态数据采集仪2；位移传感器为静力水准仪；如图2所示，静力水准仪包括两个以上（包含两个的情形）的静力液位传感单元1；静力液位传感单元1包括液缸11、液位传感器12、浮筒13和保护罩14；液位传感器12安装在液缸11的上部并位于保护罩14内，浮筒13位于液缸11内并通过连杆与液位传感器12相连接（同时受到液缸11内装有液体的浮力），液位传感器12可以探测到浮筒13的高度位置，并通过传输线121向外传送浮筒13的高度位置数据信息；所有的静力液位传感单元1按照一定的线路布置进行连接，所述的连接是指静力液位传感单元1之间连接有气管15和液管16（为了表述方便图1没有示出气管15和液管16，只是在图2里示出这一结构），以实现测定所有静力液位传感单元1之间的相对高度（静态高度和实时高度）；使用时，液缸11内装有液体，将静力水准仪的各静力液位传感单元1分别布置在要监测姿态的各施工便梁5（施工便梁5安装在线路（即铁轨6）的下部，起到承托铁轨6的作用）上及固定基准上，即静力液位传感单元1安装在施工便梁5的端部，采用可调支架与施工便梁连接，可调支架包括一对“┻”型钢和四根不锈钢长螺旋杆,固定基准一般选择安装在远离施工现场的固定位置，这样从各静力液位传感单元1所返回的各位置（主要是高度变化信息）的信息就可以推算出所有的监测位置的相对位移量（再根据固定基准上的静力液位传感单元1所返回的高度信息，也可以推算出各监测点的绝对变化高度）；即静力水准仪应用地球重力面作基准面的连通管技术，根据液位的变化测量观测点（各施工便梁上的静力液位传感单元1）相对不动点（固定基准上的静力液位传感单元1）的位移，用于测量相对水平基点的垂直变形情况，多个静力水准仪连通在一起，可以测量出任意两个之间的差异沉降。

静力水准仪的各静力液位传感单元1一般要满足如下测量精度与环境条件： 

测量范围：±100mm；

最小分辨率：≤0.05%F.S或0.01mm；

测量误差：优于一等水准的测量精度，理想条件可达到0.01mm；

环境条件容许温度：-20～60℃；

环境条件相对湿度：≤95%；

温度附加误差：＜0.05%F.S℃。

静力水准仪很容易达到上述要求（主要是精度要求），所以采用静力水准仪可以很轻易实现高灵敏度的高度变化监测。

静态数据采集仪2能够与多种类型的传感器相连接，实现测定、显示、记录等多种功能，静态数据采集仪2可以采用“上海华测创时检测技术有限公司”生产的静态数据采集仪；静态数据采集仪2与静力水准仪相连接，即静态数据采集仪2与静力水准仪的各静力液位传感单元1相连接，图1示出的为通过有线21相连接，为了达到远距离传送，也可以静态数据采集仪2与静力水准仪之间串接其它的无线收发装置22，以实现无线信息传送，即静态数据采集仪2与位移传感器可以为有线连接或者无线模块连接；静态数据采集仪2负责接收静力水准仪传来的各静力液位传感单元1的高度信息，这样其实就是简接传送了各施工便梁及固定基准的高度信息（因为各静力液位传感单元1是固定安装与施工便梁及固定基准上），即静态数据采集仪2实现各施工便梁高度的监测数据收集。

数据传送系统3连接在静态数据采集仪2与数据处理系统4之间，实现将静态数据采集仪2接收到的数据传送给数据处理系统4；数据传送系统3可以为数据线（有线）、互联网（INTERNET）、利用GPRS或CDMA等无线公用网络进行数据传输（或叫传送），还可以采用其它无线传送方式，例如采用无线自主多跳网进行信息传送，也可以是以上几种方式的组合，例如静态数据采集仪2通过GPRS或CDMA再接入INTERNET网，数据处理系统4只要接入INTERNET网就可以接收到各静力液位传感单元1传来的高度信息，即可以进行施工便梁监测；无论是采用有线数据传送还是无线数据传送系统，数据传送系统3均应该包括数据转换接口31与传送组件32，数据转换接口31实现数据转换，传送组件实现电信号或者电磁信号传送。

数据处理系统4包括计算机系统与数据处理模块，计算机系统包括数据接口、存储器、处理器和显示器，数据接口与数据传送系统3连接，接收测量系统传送过来的实时监测数据，以存储到存储器；显示器可以实现数据与处理图形的显示，实现数据显示、图形显示、三维动画显示等实时效果；数据处理模块置于计算机系统内（其主要表现形式为代码化指定，但不局限为代码化指定，也可以为硬件式模块），数据处理模块可以对接收的数据进行加工，以及作出分析处理结果（其具体要求，按照相关技术标准和技术要求进行处理），然后通过显示器或者打印设备输出，例如可以将实时监测数据处理后，建立画面因素与数据变量的对应关系，将施工便梁的姿态变化情况以三维动画形式放映在显示器的屏幕上，实现可视化效果，还可以根据数据处理结果情况发出报警等操作，数据处理模块应该包括监测技术指标系统，监测技术指标系统可以包括监测频率、测量精度、报警指标三项指标系统；监测频率可以设计为：每趟2检，每顶必检，开挖时段每半小时1检，雨天每半小时1检；测量精度可以设计为：±0.5mm；报警指标可以设计为：横向测点值高差容许值δ≤11mm，检测点的相对高差，±11mm为一级报警；±8mm为二级报警。

为提高本系统的现场效果，还可以在计算机系统与施工便梁之间设有摄像装置，以使计算机系统同时显示监测数据及处理画面和现场实况画面，达到更好的实时监测效果。

本实施例只讲述了位移传感器为静态水准仪的情况，只能测定高度变化，但本发明所指的位移传感器不局限于静态水准仪，也可以为其它高度测定装置，并且还可以为平面位移测定装置，以监测施工便梁的平面位移情况，这些技术方案均属于本发明的构思。

本发明不局限于应用于施工便梁的监测，无论使用在哪个方面，只要是与本发明相同或者等同结构的监测系统就落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种施工便梁姿态监测系统，其包括测量系统；其特征是：其还包括数据传送系统(3)和数据处理系统(4)；测量系统包括位移传感器，使用时，位移传感器布设在施工便梁上，其可以监测出施工便梁的位置及位置变化；数据传送系统(3)连接在测量系统与数据处理系统(4)之间，实现将测量系统监测的位置或位置变化信息传送给数据处理系统(4)；数据处理系统(4)包括计算机系统和数据处理模块，计算机系统通过其数据接口与数据传送系统(3)相连接，接收数据传送系统(3)自测量系统传送过来的监测数据，数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对接收的数据进行加工并作出分析、处理。

2.根据权利要求1所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：所述的位移传感器为静力水准仪；静力水准仪包括两个以上的静力液位传感单元(1)；静力液位传感单元(1)包括液缸(11)、液位传感器(12)、浮筒(13)和保护罩(14)；液位传感器(12)安装在液缸(11)的上部并位于保护罩(14)内，浮筒(13)位于液缸(11)内并通过连杆与液位传感器(12)相连接，液位传感器(12)可以探测到浮筒(13)的高度位置，并通过传输线(121)向外传送浮筒(13)的高度位置数据信息；各静力液位传感单元(1)之间通过气管(15)和液管(16)相连接。

3.根据权利要求2所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：所述的静力水准仪的各静力液位传感单元(1)分别布置在要监测姿态的各施工便梁(5)及固定基准上，即静力液位传感单元(1)安装在施工便梁(5)的端部，采用可调支架与施工便梁连接。

4.根据权利要求2或3所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：所述的测量系统还包括静态数据采集仪(2)，静态数据采集仪(2)与静力水准仪相连接，即静态数据采集仪(2)与静力水准仪的各静力液位传感单元(1)相连接，实现对静力水准仪的各静力液位传感单元(1)的监测数据的采集与传送。

5. 根据权利要求1或2或3所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：所述的数据传送系统(3)连接在测量系统与数据处理系统(4)之间，实现将测量系统的数据传送给数据处理系统(4)；数据传送系统(3)包括数据转换接口(31)与传送组件(32)，传送组件(32)为数据线传送件、互联网传送组件、无线公用网络传送组件或者无线自主多跳网传送组件, 传送组件将接收到的测量系统的信号传送给数据转换接口(31)，数据转换接口(31)实现数据转换并传送给数据处理系统(4)。

6. 根据权利要求4所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：所述的数据传送系统(3)连接在测量系统与数据处理系统(4)之间，实现将测量系统的数据传送给数据处理系统(4)；数据传送系统(3)包括数据转换接口(31)与传送组件(32)，传送组件(32)为数据线传送件、互联网传送组件、无线公用网络传送组件或者无线自主多跳网传送组件, 传送组件将接收到的测量系统的信号传送给数据转换接口(31)，数据转换接口(31)实现数据转换并传送给数据处理系统(4)。

7. 根据权利要求1或2或3所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：数据处理系统(4)的计算机系统包括数据接口、存储器、处理器和显示器，数据接口与数据传送系统(3)连接，接收测量系统传送过来的实时监测数据，以存储到存储器；数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对从数据传送系统(3)接收来的数据进行加工，以及作出分析处理结果，并以数据、图表或者动画的形式通过输出设备输出或者发出报警操作。

8.根据权利要求4所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：数据处理系统(4)的计算机系统包括数据接口、存储器、处理器和显示器，数据接口与数据传送系统(3)连接，接收测量系统传送过来的实时监测数据，以存储到存储器；数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对从数据传送系统(3)接收来的数据进行加工，以及作出分析处理结果，并以数据、图表或者动画的形式通过输出设备输出或者发出报警操作。

9.根据权利要求5所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：数据处理系统(4)的计算机系统包括数据接口、存储器、处理器和显示器，数据接口与数据传送系统(3)连接，接收测量系统传送过来的实时监测数据，以存储到存储器；数据处理模块置于计算机系统内，数据处理模块可以对从数据传送系统(3)接收来的数据进行加工，以及作出分析处理结果，并以数据、图表或者动画的形式通过输出设备输出或者发出报警操作。

10.根据权利要求1或2所述的施工便梁姿态监测系统，其特征是：其还包括摄像装置，摄像装置设置在计算机系统与施工便梁之间，以使计算机系统同时显示监测数据及处理画面和现场实况画面，达到更好的实时监测效果。

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