CN104879169B - 地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统及其工作方法，系统由现场传感器、数据无线采集及传输系统、工程管理平台、数据接收和分析预警平台组成，所述现场传感器与数据无线采集及传输系统连接，所述工程管理平台、数据接收和分析预警平台分别与数据无线采集及传输系统无线通信连接。本发明系统无线采集及传输系统的低功耗采集模块与现场传感器无线通信连接，传输系统无线将数据传输给数据接收和分析预警平台，安装使用方便；工程管理平台为多功能工程管理平台；系统软件能同时进行水位、支撑轴力、内部水平位移、现场表面水平位移和沉降及隧道三向变形的自动化监测。

Description

地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及建设工程领域，尤其是地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统及其工作方法。

背景技术

地下工程是指深入地面以下为开发利用地下空间资源所建造的地下土木工程，包括地下房屋和地下构筑物，地下铁道，公路隧道、水下隧道、地下共同沟和过街地下通道等。我国地铁建设事业和深基坑工程发展非常迅速，地下结构和深基坑工程具有较强的时效性，监测工作必须做到及时、准确的反映工程的真实情况，但我国现有基坑监测技术基本停留在人工监测方法为主，与工程实际要求存在一定差距，主要问题是监测结果滞后、数据可靠度和利用率低、真实性差以及保存和经验积累效果差，严重制约了监测工作的发展。

CN103835764A的发明专利公开了地下工程和深基坑安全监测预警系统，包括数据监测系统、数据传输系统、监控主机和短信发送模块，所述监控主机包括数字信号处理模块和异常信号处理模块，所述数据监测系统的输出端依次通过数据传输系统和数字信号处理模块连接至短信发送模块的输入端，所述数字信号处理模块与异常信号处理模块连接，不仅保证数据分析的精确性和实时性，同时通过专用的数据传输系统保证数据的有效性。但是其信号传递采用的是有线连接方式，安装和使用很不方便。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种地下工程和深基坑安全监测预警系统，通过远程操作平台无线发送指令，实现了监测数据的无人值守采集，通过无线控制保证了数据的实时性和真实性。

本发明为实现上述目的，采取以下技术方案予以实现：

地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，包括现场传感器、数据无线采集及传输系统、工程管理平台、数据接收和分析预警平台，所述现场传感器与数据无线采集及传输系统连接，所述工程管理平台、数据接收和分析预警平台分别与数据无线采集及传输系统无线通信连接。

优选地，所述数据无线采集及传输系统由用于采集传感器数据的采集模块、微控制单元(MCU)和数据传输单元(DTU)组成，所述采集模块和MCU无线通信连接，所述MCU和DTU有线电路连接。

优选地，所述现场传感器包括用于监测现场水位的渗压计、用于监测现场支撑轴力的混凝土应变计和表面计、用于监测现场内部深层水平位移的连接有传感器的固定式测斜仪、用于监测现场表面位移和沉降及隧道三向变形的全站仪测量机器人系统，所述渗压计、混凝土应变计、固定式测斜仪的传感器分别与采集模块有线电路连接，所述全站仪测量机器人系统与DTU有线电路连接；所述隧道一般为地铁隧道。

优选地，所述工程管理平台为软件平台，包括工程录入、工程属性信息填写、工程地图位置分布、监测项目、监测元器件配置界面。

优选地，所述无线通信连接所用的网络为GPRS/3G公共网络。

优选地，所述深基坑设有水位孔、混凝土支撑、钢支撑和测斜孔，所述渗压计埋设于水位孔处，所述混凝土应变计埋设于混凝土支撑中，所述表面计设于钢支撑表面，所述固定式测斜仪设置于测斜孔中，所述固定式测斜仪的传感器间距可人工根据现场需要设定，优选1-3m。

优选地，所述深基坑还包括布设于断面的棱镜监测点，所述全站仪测量机器人系统包括监测点棱镜、固定棱镜控制点和全站仪机器人，所述监测点棱镜埋设于监测点处，所述全站仪机器人架设于深基坑周边。

优选地，所述固定棱镜控制点为3-4个。

优选地，所述采集模块为低功耗采集模块，所述低功耗采集模块的耗能量为维护正常频率监测6个月消耗市场上的5号电池3节。

工程管理平台建立工程信息，配置具体工地的监测项目，现场传感器和数据无线采集及传输系统安装于建设工地现场，工程管理平台通过公共网络下发作业指令给现场采集端进行数据采集，采集到的数据通过公共网络，实时发送回数据接收和分析预警平台，在预警平台中，对采集到的数据进行分析和预警处理。本发明专利不仅实现了监测数据的无人值守采集，还通过无线控制保证了数据的实时性和真实性。

本发明的，相对于现有技术还具有如下有益效果：

(1)本发明系统数据无线采集及传输系统的低功耗采集模块与现场传感器无线连接，传输系统无线将数据传输给数据接收和分析预警平台，安装使用方便。

(2)工程管理平台为多功能工程管理平台，具体功能包括：

(A)可以建立不同的工程信息，从而实现多工程管理，例如：按行政区域管辖级别设置的工地管理功能；

(B)支持GIS平台的地图浏览查看；

(C)具有传感器配置模块，通过适当配置，实现对具体工程现场采集数据的分类管理；

(D)具有分发指令，远程控制现场采集终端的作用。

(3)本系统软件能同时进行水位、支撑轴力、内部水平位移、现场表面水平位移和沉降及隧道三向变形的自动化监测。

附图说明

图1为本发明结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细描述。

地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，由现场传感器、数据无线采集及传输系统、工程管理平台、数据接收和分析预警平台四部分组成。所述现场传感器主要包括渗压计、混凝土应变计、固定式测斜仪和表面计、全站仪测量机器人系统等硬件传感器，分别用于监测现场水位、支撑轴力、内部深层水平位移、表面位移和沉降及地铁隧道三向变形。所述数据无线采集及传输系统包含三部分硬件即低功耗采集模块、MCU和DTU。具体为：一、现场采集端

(1)水位:现场水位孔埋设渗压计，在水位孔附近，设有与低功耗采集模块连接的渗压计，低功耗采集模块可以按照指令采集渗压计数据并无线将此数据发送至MCU。

(2)支撑轴力：混凝土支撑中埋设混凝土应变计，钢支撑表面安装表面计，所述混凝土应变计和表面计与低功耗采集模块连接，低功耗采集模块可以按照指令采集混凝土应变计和表面计数据并无线将此数据发送至MCU。混凝土应变计和表面计分别用于监测混凝土和钢支撑的支撑轴力。

(3)内部水平位移及测斜：将固定式测斜仪按照预先设计好的连接方式，放入测斜孔中，固定式测斜仪上连接有传感器，传感器间距控制在1-3m，传感器管口外将电缆线与低功耗采集模块连接，低功耗采集模块可以按照指令采集渗压计数据并无线将此数据发送至MCU。

(1)(2)(3)中所说的低功耗采集模块耗能很少，选用市场上的5号电池3节，可以维护正常频率监测6个月，维护十分方便。市场上的5号电池可以选择555电池或者南孚电池。

(4)水平位移和竖向位移(现场表面位移及沉降)：现场制作有观测墩，并制作保护措施，监测点位置埋设监测点棱镜，变形区域外埋设3-4个固定棱镜控制点，全站仪机器人可以按照指令自动进行监测点数据采集。

(5)地铁隧道三向变形：地铁隧道按照断面布设棱镜监测点，全站仪机器人架设于一侧洞壁，地铁变形区域外布设3-4个固定棱镜控制点，全站仪机器人可以按照指令自动进行地铁隧道监测点数据自动化监测。

二、传输系统

水位数据、支撑轴力数据和测斜(内部水平位移)数据通过低功耗采集模块发送至MCU，MCU收集数据后通过DTU将数据用GPRS/3G公共网络无线发送至远端数据接收平台。反向，工程管理平台的指令可以通过GPRS/3G公共网络无线下达给DTU，再转达至MCU，MCU在分发至各个低功耗采集模块，从而控制采集工作方式。

全站仪机器人与DTU有线电路连接，通过GPRS/3G公共网络，将其测得的水平位移、竖向位移及地铁隧道三向变形监测的数据发送至远端数据接收平台，同时，工程管理平台的指令可以通过GPRS/3G公共网络无线下达给DTU，再转达至全站仪机器人，实现与公共监控平台的远程交互。

三、工程管理平台

平台为软件平台，包含工程录入、工程属性信息填写、工程地图位置分布、监测项目、监测元器件配置等界面。

工程管理平台为多功能的，具体包括：

(A)可以建立不同的工程信息，从而实现多工程管理，例如：按行政区域管辖级别设置的工地管理功能；

(B)支持GIS平台的地图浏览查看；

(C)具有传感器配置模块，通过适当配置，实现对具体工程现场采集数据的分类管理；

(D)具备分发指令，远程控制现场采集终端的作用，例如：可以无线发送指令，控制现场的采集频率等作业方式，实现了监测的实时采集。

四、数据接收和分析预警

该部分实现接收现场无线回传的监测数据，对数据进行处理，并根据设计的报警值和控制值进行预警作业，还具有监测数据报表打印功能。由于工程现场的监控视频的接入，使得其还可以进行可视化查看，从而了解工程现场的视频信息。

具体本发明系统的工作方法为：

1)工程管理平台通过GPRS/3G公共网络下发作业指令至数据无线采集及传输系统；

2)数据无线采集及传输系统通过数据传输单元将指令传送给微控制单元或者全站仪测量机器人系统，微控制单元通过GPRS/3G公共网络将指令传送给采集模块，采集模块将指令传送至渗压计、混凝土应变计、连接有传感器的表面计和与固定式测斜仪；

3)现场传感器采集数据，将现场水位、支撑轴力和现场内部深层水平位移的监测数据通过采集模块无线传送至微控制单元，微控制单元收集数据后通过数据传输单元将数据用GPRS/3G公共网络无线发送至数据接收和分析预警平台；表面位移和沉降及地铁隧道三向变形的监测数据通过数据传输单元将数据用GPRS/3G公共网络无线发送至数据接收和分析预警平台；

4)数据接收和分析预警平台接收监测数据后，对数据进行处理，并根据设计的报警值和控制值进行预警作业和/或对监测数据报表进行打印和/或进行可视化查看。

以上是对本发明的实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，由现场传感器、数据无线采集及传输系统、工程管理平台、数据接收和分析预警平台组成，所述现场传感器与数据无线采集及传输系统连接，所述工程管理平台、数据接收和分析预警平台分别与数据无线采集及传输系统无线通信连接；所述数据无线采集及传输系统包括用于采集传感器数据的采集模块、微控制单元和数据传输单元，所述采集模块和微控制单元无线通信连接，所述微控制单元和数据传输单元有线电路连接；所述现场传感器包括用于监测现场水位的渗压计、用于监测现场支撑轴力的混凝土应变计和表面计、用于监测现场内部深层水平位移的连接有传感器的固定式测斜仪、用于监测现场表面位移和沉降及隧道三向变形的全站仪测量机器人系统，所述渗压计、混凝土应变计、表面计和与固定式测斜仪连接的传感器分别与采集模块有线电路连接，所述全站仪测量机器人系统与数据传输单元有线电路连接；所述工程管理平台为软件平台，包括工程录入、工程属性信息填写、工程地图位置分布、监测项目、监测元器件配置界面；所述数据接收和分析预警平台接有工程现场的监控视频；所述工程管理平台的功能包括：(A)进行工程管理；(B)支持GIS平台的地图浏览查看；(C)具有传感器配置模块，通过适当配置，实现对具体工程现场采集数据的分类管理；(D)具有分发指令，远程控制现场采集终端的作用。

2.如权利要求1所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，所述无线通信连接所用的网络为GPRS/3G公共网络。

3.如权利要求1所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，所述深基坑设有水位孔、混凝土支撑、钢支撑和测斜孔，所述渗压计埋设于水位孔处，所述混凝土应变计埋设于混凝土支撑中，所述表面计设于钢支撑表面，所述固定式测斜仪设置于测斜孔中，所述与固定式测斜仪连接的传感器之间的间距为1-3m。

4.如权利要求1所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，所述深基坑还包括布设于断面的棱镜监测点，所述全站仪测量机器人系统包括监测点棱镜、固定棱镜控制点和全站仪机器人，所述监测点棱镜埋设于监测点处，所述全站仪机器人架设于深基坑周边。

5.如权利要求4所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，所述固定棱镜控制点为3-4个,所述采集模块的耗能量为维护正常频率监测6个月消耗市场上的5号电池3节。

6.如权利要求4所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统，其特征在于，所述现场传感器和数据无线采集及传输系统安装于建设工地现场。

7.如权利要求1-6任一所述的地下工程和深基坑无人值守实时监控预警系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)工程管理平台通过GPRS/3G公共网络下发作业指令至数据无线采集及传输系统；

2)数据无线采集及传输系统通过数据传输单元将指令传送给微控制单元或者全站仪测量机器人系统，微控制单元通过GPRS/3G公共网络将指令传送给采集模块，采集模块将指令传送至渗压计、混凝土应变计、表面计和连接有传感器的固定式测斜仪；

3)现场传感器采集数据，将现场水位、支撑轴力和现场内部深层水平位移的监测数据通过采集模块无线传送至微控制单元，微控制单元收集数据后通过数据传输单元将数据用GPRS/3G公共网络无线发送至数据接收和分析预警平台；表面位移及沉降的监测数据通过数据传输单元将数据用GPRS/3G公共网络无线发送至数据接收和分析预警平台；

4)数据接收和分析预警平台接收监测数据后，对数据进行处理，并根据设计的报警值和控制值进行预警作业和/或对监测数据报表进行打印和/或进行可视化查看。