CN104965477A - 一种隧道自动化监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隧道自动化监测系统及方法，该系统包括传感器组、数据总线、自动采集箱，所述的传感器组设置在隧道的各断面上，其采集隧道的位移变形和土体压力变化，并通过数据总线传输至自动采集箱中，自动采集箱对采集的信号进行处理并通过无线或有线传输方式传输至远程服务器中；在隧道的截面上设置土压力盒、多点位移计，上述各传感器设置在隧道顶部的底端，其配线就近引到隧道底部，每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线。本发明前端各传感器采用单总线方式连接，稳定、可靠，同时节约成本，方便现场的铺设和后期维护，省钱、省事、省心；系统组建方式灵活多样，并可根据需求随时升级，系统兼容性强。

Description

一种隧道自动化监测系统及方法

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，尤其涉及一种隧道自动化监测系统及方法。

背景技术

随着我国国民经济持续高速的发展，城市对用电的需求日益增加，在城市当中将修建越多的电力电缆隧道。城市中新建电力电缆隧道工程的一个特点是需要穿越大量的既有建筑物。随着地下穿越工程的发展，电力隧道上穿和下穿既有结构的扰动影响越来越受到重视，特别是在城市繁华地段的隧道施工，对电力隧道地下穿越工程的规划、设计、施工进行全方面的研究，分析和解决在各个过程中出现的问题和难点，已成为隧道建设的迫切要求。

在隧道施工以及运行过程中，需对隧道的整体状况进行了解，对施工进度以及施工难度进行评估，确保隧道的正常和稳定，有必要对施工过程中的扰动以及位移形变进行监控。

鉴于上述需求，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种隧道自动化监测系统及方法，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种隧道自动化监测系统，其包括传感器组、数据总线、自动采集箱，所述的传感器组设置在隧道的各断面上，其采集隧道的位移变形和土体压力变化，并通过数据总线传输至自动采集箱中，自动采集箱对采集的信号进行处理并通过无线或有线传输方式传输至远程服务器中；

在隧道的截面上设置土压力盒、多点位移计，上述各传感器设置在隧道顶部的底端，其配线就近引到隧道底部，每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线。

进一步地，所述的多点位移计包括安装基座、加长测杆、锚固头，用于边坡、隧道测量不同深度的位移变形；锚固头，其在每点位移计的深部位置固定；加长测杆，其连接点位移计的本体和锚固头，数据线与点位移计连接，其为水工电缆线；四芯屏蔽双绞线。

进一步地，所述的土压力盒、多点位移计内置电子标签，直接输出物理量，并可存储1600条数据。

进一步地，所述的土压力盒用于测量软土和填土中埋设点的土体压力变化；其设置在支撑座上，支撑座水平或垂直安放土压力盒的支撑面；其上的数据线的出线方式为侧面引线出来；并且其内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量。

进一步地，在数据总线上还设置信号中继器。

进一步地，还设置电源模块，为传感器组、数据总线、自动采集箱供电，还设置电源控制器，在供电电压不足的情况下进行分段供电控制。

本发明还提供一种隧道自动化监测方法，其特征在于，该具体过程为：

步骤a，选择断面设置各种传感器，包括多点位移计、土压力盒，并将每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线；

步骤b，自动化采集箱定时或者按照预设时间控制各传感器在指定的时间自动进行测量，并将结果保存在传感器内；

步骤c，自动化采集箱通过有线或无线的方式读取传感器内存中的数据。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明隧道自动化监测系统每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线，前端各传感器采用单总线方式连接，稳定、可靠，同时节约成本，方便现场的铺设和后期维护，省钱、省事、省心；系统组建方式灵活多样，并可根据需求随时升级，系统兼容性强。

采用多点位移计，测量精确度、稳定性高，可采用人工读数或自动采集方式，进行长期观测。

在系统中设置信号中继器以及电源控制器的传输距离远，最远传输可达1.5Km，加入中继器和电源控制器可将传输距离增加一倍。

附图说明

图1为本发明隧道自动化监测系统的结构示意图；

图2为本发明隧道自动化监测系统的功能框图；

图3为本发明隧道的截面结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图1和2所示，其为本发明隧道自动化监测系统的结构示意图和功能框图，该系统包括传感器组、数据总线、自动采集箱、无线传输模块和电源模块，所述的传感器组设置在隧道的各断面上，其采集隧道的位移变形和土体压力变化，并通过数据总线传输至自动采集箱中，自动采集箱对采集的信号进行处理并通过无线传输模块传输至远程服务器中；电源模块为上述各个模块提供电能。

请结合图3所示，在隧道的截面上设置土压力盒、多点位移计、钢筋计、混凝土应变计、温度计，上述各传感器设置在隧道顶部的底端，上述各传感器的配线就近引到隧道底部，每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线。前端各传感器采用单总线方式连接，稳定、可靠，同时节约成本，方便现场的铺设和后期维护，省钱、省事、省心；系统组建方式灵活多样，并可根据需求随时升级。系统兼容性强，可方便的接入其他厂家各类弦式传感器、电压输出型传感器、电流输出型传感器、RS232/RS485接口传感器等。

总线式自动采集控制系统、采集箱自动采集控制系统，无线远程自动采集控制系统等；

所述的多点位移计包括安装基座、加长测杆、锚固头，用于边坡、隧道及各类地下工程中测量不同深度的位移变形；锚固头，其在每点位移计的深部位置固定，加长测杆，其连接点位移计的本体和锚固头，数据线与点位移计连接，其为水工电缆线；四芯屏蔽双绞线，防水防潮。由安装基座确定测点数量，并可根据安装环境选择钻多个小孔，多孔单埋的方式，监测效果测试结果更好。多点位移计为电感调频式原理的传感器，本体内置电子标签，另可自设编号，直接输出物理量，并可进行存储1600条数据，此类原理产品精确度、稳定性高，可采用人工读数或自动采集方式，进行长期观测。外壳可采用不锈钢制作，可耐水压定制，并可配不锈钢材质安装附件，可用于腐蚀或其他恶劣环境下的长期健康监测。

所述的土压力盒用于测量软土和填土中埋设点的土体压力变化；其设置在支撑座上，支撑座水平或垂直安放土压力盒的支撑面；也可测量土体对挡土墙、抗滑桩等表面接触压力，其上的数据线的出现方式为侧面引线出来；并且其内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量，减少人工换算的失误和误差。

所述的自动化采集箱，控制传感器在指定的时间自动进行测量，并将结果保存在传感器内，需要提取观测数据时，将电脑与自动采集箱相连，一次性读出传感器内存中的数据；自动采集箱上设置太阳能电池组以及电源适配器，供电根据现场情况选用太阳能或接220V电源。

所述的自动化采集箱将各种方式采集到的数据汇总到数据库，并进行进一步的显示、处理、分析；对于总线数据自动化采集系统，采集软件可控制系统定时或按时进行自动化测量；对于采集箱自动化采集系统，采集软件可设置采集箱采集时间，读取传感器内存中的数据；对于远程自动化数据采集系统，采集软件可通过域名解析软件对采集系统进行远程和实时数据采集。

为了保证信号的强度，在数据总线上还设置信号中继器，在数据总线较长，信号传输减弱的情况下进行分段信号增强控制，保证系统总线上的传感器正常工作，且节省成本，增长采集系统总线长度和保护传感器的安全。

该系统中还设置电源控制器，在供电电压不足的情况下进行分段供电控制，保证系统总线上的传感器正常工作，且节省有限的能量和保护传感器的安全。

信号中继器以及电源控制器的传输距离远，最远传输可达1.5Km，加入中继器和电源控制器可将传输距离增加一倍。

本发明隧道自动化监测方法的具体过程为：

步骤a，选择断面设置各种传感器，包括多点位移计、土压力盒，并将每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线；

步骤b，自动化采集箱定时或者按照预设时间控制各传感器在指定的时间自动进行测量，并将结果保存在传感器内；

步骤c，自动化采集箱通过有线或无线的方式读取传感器内存中的数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种隧道自动化监测系统，其特征在于，其包括传感器组、数据总线、自动采集箱，所述的传感器组设置在隧道的各断面上，其采集隧道的位移变形和土体压力变化，并通过数据总线传输至自动采集箱中，自动采集箱对采集的信号进行处理并通过无线或有线传输方式传输至远程服务器中；

在隧道的截面上设置土压力盒、多点位移计，上述各传感器设置在隧道顶部的底端，其配线就近引到隧道底部，每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线。

2.根据权利要求1所述的隧道自动化监测系统，其特征在于，所述的多点位移计包括安装基座、加长测杆、锚固头，用于边坡、隧道测量不同深度的位移变形；锚固头，其在每点位移计的深部位置固定；加长测杆，其连接点位移计的本体和锚固头，数据线与点位移计连接，其为水工电缆线；四芯屏蔽双绞线。

3.根据权利要求2所述的隧道自动化监测系统，其特征在于，所述的土压力盒、多点位移计内置电子标签，直接输出物理量，并可存储1600条数据。

4.根据权利要求2所述的隧道自动化监测系统，其特征在于，所述的土压力盒用于测量软土和填土中埋设点的土体压力变化；其设置在支撑座上，支撑座水平或垂直安放土压力盒的支撑面；其上的数据线的出线方式为侧面引线出来；并且其内置温度传感器，对外界温度影响产生的变化进行温度修正；每个传感器内部有计算芯片，自动对测量数据进行换算而直接输出物理量。

5.根据权利要求4所述的隧道自动化监测系统，其特征在于，在数据总线上还设置信号中继器。

6.根据权利要求4所述的隧道自动化监测系统，其特征在于，还设置电源模块，为传感器组、数据总线、自动采集箱供电，还设置电源控制器，在供电电压不足的情况下进行分段供电控制。

7.一种隧道自动化监测方法，其特征在于，该具体过程为：

步骤a，选择断面设置各种传感器，包括多点位移计、土压力盒，并将每个断面的传感器的配线串联起来，形成一根数据总线；

步骤b，自动化采集箱定时或者按照预设时间控制各传感器在指定的时间自动进行测量，并将结果保存在传感器内；

步骤c，自动化采集箱通过有线或无线的方式读取传感器内存中的数据。