CN103034224A - 沉降多点远程监控系统 - Google Patents

Abstract

沉降多点远程监控系统，本发明属于建筑物沉降检测领域，涉及一种多点远程智能实时监控系统。该系统包括监测基点设备、检测点设备、连通管、可编程逻辑控制器、电源、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置；电源通过电缆为监测基点设备、检测点设备、可编程逻辑控制器、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置供电；检测基点设备、监测点设备通过连通管相连；检测基点设备、监测点设备的监测数据传输给可编程逻辑控制器，进行分析计算监测点的沉降量，并通过通用分组无线服务设备进行数据远传。本发明可方便增减监测点的数量，提高监测手段的实效性和智能性，实时监测能够及时发现阀室不同程度沉降带来的次生危害，防止安全事故发生；结构组成简单、易于施工。

Description

沉降多点远程监控系统

技术领域

本发明属于建筑物沉降实时监控远传系统领域，具体地，涉及一种应用于长输油气管线阀室的沉降多点远程智能实时监控系统。

背景技术

中石油天然气陕京线穿越陕西、山西的黄土高原，天然气阀室站场大部分位于较为偏远地区。黄土高原的黄土有较强的湿陷性，地基承载力本身较为薄弱，大雨过后地基容易发生较大的沉降，导致阀室站场易出现各种不同程度的沉降，而现场维护工程师不方便到达阀室现场及时发现沉降问题。总结陕京一、二、三线阀室近几年的沉降情况，统计资料可得知以下规律：阀室内外地面局部沉降严重，室内管线和阀体发生不同程度的损害；阀室部分墙体地基发生不均匀沉降，多数沉降现场出现了墙体撕裂现象。

为了便于北京总部对阀室内外沉降状况实时监测，及时发现阀室沉降过大、阀体损坏或阀室墙体倾斜等问题，进行维护补修措施，防止次生灾害和安全事故发生，多点远程沉降智能监控系统是一种方便高效的监测方法。目前，国内外有关建筑物沉降的监测方法很多，主要有：几何水准观测、静力水准观测和不动杆观测等。

几何水准观测主要是指观测人员通过设置水准点和水准路线进行水准仪或GPS全球定位系统观测建筑物的沉降，测量精度受天气影响较大，一般可控制在±5cm范围内。 

静力水准观测就是利用连通器水平面相同的原理进行沉降观测，按照观测手段不同可分为传统法和改进法。该方法测量原理简单，但由于施工现场条件复杂，实际操作比较困难。

当观测点附近设置参考点比较困难时，可采用不动杆法进行沉降观测。该方法是在观测点位置钻孔，埋入带套管的不动杆，杆下端插入硬层，上端引出地面（或海底面），沉降盘及测量装置套在不动杆上，沉降盘与不动杆的垂直位移即为沉降盘处的沉降，垂直变位可通过测量装置观测该方法测量精度比较高，但设备价格一般较高，且不容易做到实时监控。

上述监测方法已经发展的比较成熟，但是监测手段基本上集中在常规监测和人工采集数据的层次，监测范围小、工作量大、效率低和投入高，存在漏检的弊端，更不能做到实时监测与数据分析处理。目前的资料也多是为建筑抗震设计提供资料，不能够用在工程实际中长期监测与控制。

发明内容

为了解决上述监测沉降方法中存在的不足，本发明提供一种多点、远程、智能、实时的监测系统，本监测系统能保障现场运行的长期可靠性，安装和维护的便利性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种沉降多点远程监控系统，包括监测基点设备、检测点设备、连通管、可编程逻辑控制器、电源、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置；监测基点设备、可编程逻辑控制器、电源、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置布置在检测阀室外；电源通过电缆为监测基点设备、检测点设备、可编程逻辑控制器、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置供电；检测基点设备、监测点设备通过连通管相连；检测基点设备、监测点设备的监测数据通过数据线或者无线传输给可编程逻辑控制器，进行分析计算监测点的沉降量，并通过通用分组无线服务设备进行数据远传；当监测点的沉降量超过预定数值或系统中水位低于预定数值时，可编程逻辑控制器发出指令，巡回检测报警装置报警并将信号通过通用分组无线服务设备进行远传，提醒维护工程师进行系统维护和阀室现场沉降与安全检查。

优选地，监测基点设备包括补水筒筒体、补水筒筒体盖、补水筒底座、电子液位计、补水筒电线引出盒和补水筒连通管连接接头；补水筒筒体通过补水筒底座固定在短桩上，短桩固定在基础坚实的地方。

优选地，补水筒为一圆柱形聚乙烯筒，直径50cm，高60cm，在补水筒筒体内壁有水位刻度线和高、低水位警告线；补水筒筒体顶端设有补水筒筒体盖，补水筒筒体侧面设有补水筒电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；补水筒筒体底部设有补水筒连通管连接接头，用于连接连通管；电子液位计通过电子液位计固定装置与补水筒相连，电子液位计实时记录补水筒的液位变化，作为监测点沉降量的计算参考依据。 

优选地，检测点设备包括第一监测点设备、第二监测点设备、第三监测点设备、第四监测点设备、第五监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备、第八监测点设备和第九监测点设备；第一监测点设备、第八监测点设备、第九监测点设备布置在监测阀室的外地面，第二监测点设备、第三监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备布置监测阀室的内地面，第四监测点设备、第五监测点设备布置在监测阀室的墙壁上。

优选地，第一监测点设备、第二监测点设备、第三监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备、第八监测点设备、第九监测点设备结构相同，均包括电子液位计、连通器筒体、固定底座、连通器筒体盖、连通器电线引出盒和连通器连通管连接接头；连通器筒体为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，连通器筒体侧面设有连通器电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体底部设有连通器连通管连接接头，用于连接连通管；连通器筒体通过固定底座固定，连通器筒体上设有连通器筒体盖；固定底座由连通器筒体底座升降结构、连通器筒体底座配重结构和连通器筒体底座高度微调装置组成。

优选地，连通器筒体底座升降结构为一铸铁螺栓升降调节结构，螺栓直径为4cm,升降调节范围为：0cm-20cm，进行各个监测设备水位调节；连通器筒体底座配重结构为一长20cm、宽20cm、厚1cm的铁块，连通器筒体底座高度微调装置为四个微调螺栓，分别位于底座配重的四个脚点，调节范围为0cm-5cm,进行监测设备整体水平调节，连通器筒体内的顶部和底部分别设置电子液位计固定装置，用于固定电子液位计。

优选地，把电子液位计安置在连通器筒体中心位置。

优选地，第五监测点设备和第六监测点设备结构相同，均包括连通器筒体、连通器筒体盖、连通器筒体与墙体固定结构和电子液位计；连通器筒体为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，通过连通器筒体与墙体固定结构把连通器筒体固定到检测阀室的墙体，连通器筒体上设有连通器筒体盖，连通器筒体侧面设有连通器电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体底部设有连通器连通管连接接头，用于连接连通管；连通器筒体内的顶部和底部分别设有一电子液位计固定装置，用于固定电子液位计。

优选地，在连通器筒体内壁有水位刻度线和水位警告线。

优选地，连通器筒体的直径为10cm、高为60cm。

本发明相对于现有技术，具有如下优势：考虑了监测目的地的偏远性，沉降的复杂性和偶发性等，本发明可方便增减监测点的数量，提高监测手段的实效性和智能性；同时，本发明实时监测，能够及时发现阀室不同程度沉降带来的次生危害，防止安全事故发生；另外，本发明结构组成简单、易于施工，不需要额外增加施工作业工具与工序。综上所述，本发明具有安全性好、施工过程简单、费用低、可靠性高等优点。

附图说明

图1是沉降多点远程监控系统示意图；

图2a是图1中监测基点设备的正视示意图；

图2b是图2a中监测基点设备的A-A剖面示意图；

图3a是图1中布置在阀室内、阀室外地面的监测点设备的正视示意图；

图3b是图3a中监测点设备的B-B剖面示意图；

图3c是图3b中监测点设备的C-C剖面示意图；

图4a是图1中布置在阀室侧壁上的监测点设备的正视示意图；

图4b是图4a中监测点设备的D-D剖面示意图； 

图4c是图4b中监测点设备的E-E剖面示示意图；

图5是监测点沉降量计算示意图。

图中：1、监测基点设备，2、第一监测点设备，3、第二监测点设备，4、第三监测点设备，5、第四监测点设备，6、第五监测点设备，7、第六监测点设备，8、第七监测点设备，9、第八监测点设备，10、第九监测点设备，11、可编程逻辑控制器(PLC)，12、电源，13、通用分组无线服务设备(GPRS)，14、巡回检测报警设备，15、短桩，16、监测阀室，17、连通管，18、电缆，19、补水筒筒体，20、补水筒筒体盖，21、补水筒电线引出盒，22、补水筒连通管连接接头，23、补水筒底座，24、电子液位计，25、连通器筒体，26、连通器筒体盖，27、连通器电线引出盒，28、连通器连通管连接接头，29、连通器筒体底座升降结构，30、连通器筒体底座配重结构，31、连通器筒体底座高度微调装置，32、连通器筒体与墙体固定结构，33、电子液位计固定装置。

具体实施方式

如图1所示，沉降多点远程监控系统，包括监测基点设备1、检测点设备、连通管17、可编程逻辑控制器11、电源12、通用分组无线服务设备13和巡回检测报警装置14；监测基点设备1、可编程逻辑控制器11、电源12、通用分组无线服务设备13和巡回检测报警装置14布置在距检测阀室16一定距离处；电源12通过电缆18为监测基点设备1、检测点设备、可编程逻辑控制器11、通用分组无线服务设备13和巡回检测报警装置14供电；检测基点设备1、监测点设备通过连通管17相连；检测基点设备1、监测点设备的监测数据通过数据线(图中未示意)或者无线传输给可编程逻辑控制器11，进行分析计算监测点的沉降量，并通过通用分组无线服务设备13进行数据远传，从而达到远程实时监测目的；当监测点的沉降量超过预定数值或系统中水位低于预定数值（5cm）时，可编程逻辑控制器11发出指令，巡回检测报警装置14报警并将信号通过通用分组无线服务设备13进行远传，提醒维护工程师进行系统维护和阀室现场沉降与安全检查。监测点的具体数量与布置方式可根据实际情况进行增减和修改。

如图1、图2a、图2b所示，监测基点设备1包括补水筒筒体19、补水筒筒体盖20、补水筒底座23、电子液位计24、补水筒电线引出盒21和补水筒连通管连接接头22。补水筒筒体19通过补水筒底座23固定在短桩15上，短桩15固定在基础坚实的地方，提供一个无沉降的参考面；补水筒19为一圆柱形聚乙烯筒，直径50cm，高60cm，在补水筒筒体内壁有水位刻度线和高、低水位警告线；补水筒筒体19顶端设有补水筒筒体盖20，监测基点设备1为整个系统及时补给蒸发损失的水分；补水筒筒体19侧面设有补水筒电线引出盒21，用于把电线安全顺利引出；补水筒筒体19底部设有补水筒连通管连接接头22，用于连接连通管；电子液位计24通过电子液位计固定装置33与补水筒19相连，保证电子液位计24能够准确记录数据；电子液位计24实时记录补水筒的液位变化，作为监测点沉降量的计算参考依据。 

如图1所示，检测点设备包括第一监测点设备2、第二监测点设备3、第三监测点设备4、第四监测点设备5、第五监测点设备6、第六监测点设备7、第七监测点设备8、第八监测点设备9和第九监测点设备10；第一监测点设备2、第八监测点设备9、第九监测点设备10布置在监测阀室16的外地面，用于监测监测阀室外地面的局部沉降情况；第二监测点设备3、第三监测点设备4、第六监测点设备7、第七监测点设备8布置监测阀室16的内地面，用于监测监测阀室16内地面的局部沉降情况；第四监测点设备5、第五监测点设备6布置在监测阀室16的墙壁上，用于监测监测阀室16墙壁的沉降情况。

如图3a、3b、3c所示，第一监测点设备2、第二监测点设备3、第三监测点设备4、第六监测点设备7、第七监测点设备8、第八监测点设备9、第九监测点设备10结构相同，均包括电子液位计24、连通器筒体25、固定底座、连通器筒体盖26、连通器电线引出盒27和连通器连通管连接接头28；连通器筒体25为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，直径10cm、高60cm，在连通器筒体25内壁有水位刻度线和水位警告线，用于控制充水水位；连通器筒体25侧面设有连通器电线引出盒27，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体25底部设有连通器连通管连接接头28，用于连接连通管17；连通器筒体25通过固定底座固定，连通器筒体25上设有连通器筒体盖26；固定底座由连通器筒体底座升降结构29、连通器筒体底座配重结构30和连通器筒体底座高度微调装置31组成；连通器筒体底座升降结构29为一铸铁螺栓升降调节结构，螺栓直径为4cm,升降调节范围为：0cm-20cm，进行各个监测设备水位调节；连通器筒体底座配重结构30为一长20cm、宽20cm、厚1cm的铁块，防止监测设备被外力碰倒，从而使系统设备稳定运行；连通器筒体底座高度微调装置31为四个微调螺栓，分别位于底座配重的四个脚点，调节范围为0cm-5cm,进行监测设备整体水平调节，保证每个监测设备处于水平位置；连通器筒体25内顶部和内底部分别设置电子液位计固定装置33，用于固定电子液位计24。为减小表面张力对测量产生的误差，把电子液位计24安置在连通器筒体25中心位置，用于监测筒体中水位变化。当检测点发生沉降后，监测连通器筒体随之发生不同程度的液位变化，从而引起电子液位计24输出的电流发生变化并把相应数据通过电缆传递给可编程逻辑控制器11。

如图4a、4b，4c所示，第五监测点设备5和第六监测点设备6结构相同，均包括连通器筒体25、连通器筒体盖26、连通器筒体与墙体固定结构32和电子液位计24；连通器筒体25为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，直径10cm、高60cm，在连通器筒体25内壁有水位刻度线和水位警告线，用于控制充水水位；通过连通器筒体与墙体固定结构32把连通器筒体25固定到检测阀室16的墙体，通过调节连通器筒体与墙体固定结构32可保证连通器筒体处于铅锤方向；连通器筒体25上设有连通器筒体盖26，减少连通器筒体内水分的蒸发；连通器筒体25侧面设有连通器电线引出盒27，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体25底部设有连通器连通管连接接头28，用于连接连通管17；连通器筒体25内的顶部和底部分别设有一电子液位计固定装置33，用于固定电子液位计24；为减小表面张力对测量产生的误差，把电子液位计安置在筒体中心位置；电子液位计用于监测筒体中水位变化，并把相应数据通过电缆传递给可编程逻辑控制器11。

监测点沉降量的具体计算方法如图5所示：设监测基点初始液面高度为h0，监测点1连通器圆筒初始液面高度为h01，监测点1沉降hx后监测基点补水筒液面高度变为h1，监测点1圆筒液面变为h2,则监测点1沉降值为：hx=h2-h1+（h01-h0）。在PLC仪上设置“复位”和“计算”键，在监测点设备和连通管安装完成后，向系统中注入预定水并保证系统中气泡充分排出，按下“复位键”，仪器记录初始液位（h0），然后按下“计算”键，开始进行监测。

本发明的沉降多点远程监控系统施工顺序如下：

1、安置各个监测点设备和监测基点设备，连接连通管和电缆；

2、布置PLC仪、GPRS仪、巡回检测报警装置和电源；

3、向监测基点连通器筒体注水，排净连通管和连通器中的气泡，并检查系统是否漏水，确保不漏水；

4、调节监测点设备高度，并加水至水位达到预定位置；

5、接通电源，监测数值“复位”，进行系统调试与试运行。

系统施工及维护过程应注意的问题：

1、向基点补水筒内注水时，应缓慢加水，不要太快。第一次向基点补水筒内注水后，要检查各连通管中是否有气泡存在，若大量存在可通过人工辅助缓慢排除气泡；

2、施工时，要保证监测基点筒体略高于监测点设备，保证补水筒能够靠水的重力及时供给监测点设备；

3、为保证系统的长期无故障工作，整个系统尽量置于阴凉地方，避免暴晒和雨水的冲涮。为防止气温低于零度时补水筒内结冰，应适量添加乙二醇等防冻剂，保证整个系统内水的流动性；

4、电缆和连通管可放置于硬质钢管或塑料管中，以减少连通管受到外部干扰和意外断开。当连通管通过障碍物时，必须防止连通管在竖直方向形成“Ω”状，以免形成死角，使液体流动不畅，起不到连通作用；

5、系统正常运行后，确保连通器筒扣好盖子，防止系统内的水路受到外部杂质及雨水的干扰。

本发明的沉降多点远程监控系统也可用于建筑物和隧道的沉降观测、桥梁的变形观测和长输油气管线的沉降观测等技术领域。

Claims (10)

1.一种沉降多点远程监控系统，包括监测基点设备、检测点设备、连通管、可编程逻辑控制器、电源、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置；其特征在于：监测基点设备、可编程逻辑控制器、电源、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置布置在检测阀室外；电源通过电缆为监测基点设备、检测点设备、可编程逻辑控制器、通用分组无线服务设备和巡回检测报警装置供电；检测基点设备、监测点设备通过连通管相连；检测基点设备、监测点设备的监测数据通过数据线或者无线传输给可编程逻辑控制器，进行分析计算监测点的沉降量，并通过通用分组无线服务设备进行数据远传；当监测点的沉降量超过预定数值或系统中水位低于预定数值时，可编程逻辑控制器发出指令，巡回检测报警装置报警并将信号通过通用分组无线服务设备进行远传，提醒维护工程师进行系统维护和阀室现场沉降与安全检查。

2.根据权利要求1所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：监测基点设备包括补水筒筒体、补水筒筒体盖、补水筒底座、电子液位计、补水筒电线引出盒和补水筒连通管连接接头；补水筒筒体通过补水筒底座固定在短桩上，短桩固定在基础坚实的地方。

3.根据权利要求1-2所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：补水筒为一圆柱形聚乙烯筒，直径50cm，高60cm，在补水筒筒体内壁有水位刻度线和高、低水位警告线；补水筒筒体顶端设有补水筒筒体盖，补水筒筒体侧面设有补水筒电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；补水筒筒体底部设有补水筒连通管连接接头，用于连接连通管；电子液位计通过电子液位计固定装置与补水筒相连，电子液位计实时记录补水筒的液位变化，作为监测点沉降量的计算参考依据。

4.根据权利要求1-3所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：检测点设备包括第一监测点设备、第二监测点设备、第三监测点设备、第四监测点设备、第五监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备、第八监测点设备和第九监测点设备；第一监测点设备、第八监测点设备、第九监测点设备布置在监测阀室的外地面，第二监测点设备、第三监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备布置监测阀室的内地面，第四监测点设备、第五监测点设备布置在监测阀室的墙壁上。

5.根据权利要求1-4所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：第一监测点设备、第二监测点设备、第三监测点设备、第六监测点设备、第七监测点设备、第八监测点设备、第九监测点设备结构相同，均包括电子液位计、连通器筒体、固定底座、连通器筒体盖、连通器电线引出盒和连通器连通管连接接头；连通器筒体为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，连通器筒体侧面设有连通器电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体底部设有连通器连通管连接接头，用于连接连通管；连通器筒体通过固定底座固定，连通器筒体上设有连通器筒体盖；固定底座由连通器筒体底座升降结构、连通器筒体底座配重结构和连通器筒体底座高度微调装置组成。

6.根据权利要求1-5所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：连通器筒体底座升降结构为一铸铁螺栓升降调节结构，螺栓直径为4cm,升降调节范围为：0cm-20cm，进行各个监测设备水位调节；连通器筒体底座配重结构为一长20cm、宽20cm、厚1cm的铁块，连通器筒体底座高度微调装置为四个微调螺栓，分别位于底座配重的四个脚点，调节范围为0cm-5cm,进行监测设备整体水平调节，连通器筒体内的顶部和底部分别设置电子液位计固定装置，用于固定电子液位计。

7.根据权利要求1-6所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：把电子液位计安置在连通器筒体中心位置。

8.根据权利要求1-7所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：第五监测点设备和第六监测点设备结构相同，均包括连通器筒体、连通器筒体盖、连通器筒体与墙体固定结构和电子液位计；连通器筒体为一圆柱形耐腐蚀聚乙烯筒，通过连通器筒体与墙体固定结构把连通器筒体固定到检测阀室的墙体，连通器筒体上设有连通器筒体盖，连通器筒体侧面设有连通器电线引出盒，用于把电线安全顺利引出；连通器筒体底部设有连通器连通管连接接头，用于连接连通管；连通器筒体内的顶部和底部分别设有一电子液位计固定装置，用于固定电子液位计。

9.根据权利要求1-8所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：在连通器筒体内壁有水位刻度线和水位警告线；连通器筒体的直径为10cm、高为60cm。

10.根据权利要求1-9所述的沉降多点远程监控系统，其特作在于：沉降多点远程监控系统用于建筑物和隧道的沉降观测、桥梁的变形观测和长输油气管线的沉降观测。

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