CN106245690A - 全天候全时段基坑自动化监测预警系统及其监测预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，包括应力监测系统、监控终端和服务器；所述应力监测系统包括监测主体、振弦式传感器、数据采集与记录仪、网络通信设备和电源；所述监控终端包括计算机、显示屏及应用程序；所述服务器包括中央处理器、数据存储设备和预警发射系统；该预警系统融合了微信号采集、振弦传感器信号提取、FPGA、分布式数据采集以及数据冗余传输、存储技术，以实现对基坑的全方位、全时段实时监控与数据存储。本发明扫频速度快，而且精度高、耗电低，实现了集监测数据实时采集与存储、监测实时自动预警、数据可视化显示等功能与一体的全天候全时段基坑自动化监测与预警。

Description

全天候全时段基坑自动化监测预警系统及其监测预警方法

技术领域

本发明属于地基与基础工程施工领域，尤其涉及一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统。

背景技术

近年来，随着计算机技术和工业化水平的提高，基坑工程自动化监测技术也发展迅速。目前，国内外基坑监测大多采用人工方式，时效性差，即无法全天候全时段进行监测；结果主要为人工读取，检测精度较差。虽然有些企业开发了自动监测设备，但现有的自动监测设备往往是将监测数据存储在监测点上设置的临时存储设备中，再由人工导入计算机；虽然克服了人工监测精度差的问题，但仍没有解决时效性差的问题，即监测数据并非实时整理，无法在任意时刻任何位置查看监测情况，给基坑安全带来了隐患；且以往的分布式数据采集绝大多数为有线配置，配置节点复杂，很难灵活切换，不适应信息化施工的需要。

结合深大基坑信息化施工的实际需要，现有的监测系统无法满足信息传递的时效性，相关人员也无法随时随地了解基坑围护结构的受力变形情况。

发明内容

本发明为了克服现有传统技术设备在深大基坑信息化施工中时效性差、监测效果不理想等问题，提供了一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统及其监测预警方法，该系统融合了微信号采集、振弦传感器信号提取、FPGA、分布式数据采集以及数据冗余传输、存储等跨行业技术，实现了对深基坑围护系统的全天候全时段的数据存储、数据监控与预警。

本发明的技术方案：一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统,包括应力监测系统、监控终端和服务器；所述应力监测系统包括监测主体、振弦式传感器、数据采集与记录仪、网络通信设备和电源；所述监控终端包括计算机、显示屏及应用程序；所述服务器包括中央处理器、数据存储设备和预警发射系统；

该预警系统融合了微信号采集、振弦传感器信号提取、FPGA、分布式数据采集以及数据冗余传输、存储技术，以实现对基坑的全方位、全时段实时监控与数据存储；

所述应力监测系统能全天候全时段监测深基坑的支撑轴力、土压力、孔压、钢筋应力，以保证基坑围护系统在深基坑施工全过程的安全；

通过监测终端的应用程序实现监测参数及数据的读取与可视化显示；

所述服务器的中央处理器可以对多处应力监测系统进行设阀监控，以实现计算机系统对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

优选地，该预警系统具备40MHz的输入接口，可以方便的与FPGA、CPLD以及高速分布式采集设备连接；所述应力监测系统包含振弦式传感器的调制解调、信号采集、信号处理、数据记录和网络通讯功能。

优选地，所述应力监测系统包含多路振弦式传感器的调制解调，可以监测一个构件多处应力变化；应力监测系统与监控终端之间可以通过自组局域网组成多机网络系统，实现多终端人机交互。

优选地，所述应力监测系统采用分布式采集的架构，可随施工进程灵活扩充或删减；应力监测系统，采用ZigBee自组网技术，同时设计了ZigBee与4G的接口，为自组网、云存储等后续开发预留了充分的接口；应力监测系统低功耗运行系统同时采用多重冗余设计，只要电池不耗尽，即使断网也可保存所有数据，一旦联网立刻就可全部实时上传至数据服务器；所述的应力监测系统，将输入、输出以及供电系统三隔离，确保了系统、信号以及数据采集的安全；以保证户外设备在恶劣环境条件下能长期正常工作。

优选地，所述振弦式传感器，专用二次仪表集合扫频、高压激励、微信号放大以及信号整形功能与一体，采用宽电压范围设计，并与数采间全隔离，确保安全与稳定。

优选地，所述数据采集与记录仪，可以获取各种设备的应变数据，可以设定一定的频率进行定时采集，也可以接受控制中心的数据采集请求，进行实时采集数据，以实现数据采集与记录仪对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

优选地，所述监控终端可应用于相关技术人员的实时监测，还可以用于工程现场的可视化监控，其简洁明了的监测信息与预警系统同样便于现场工人的风险识别，达到工人能够在工地第一现场第一时间了解深基坑围护系统安全性的目的；监控终端能接收并汇总数据采集仪所发送的数据，可以实时查询深基坑支护构件的应变情况，也可以将已形成的数据生成相关数据报表。

优选地，所述服务器可以全天候全时段接收监测系统所发回的数据，并分类存储，以满足数据存储、数据后期处理与应用、数值分析等科学研究的需要。

优选地，所述服务器的预警发射系统可以接收中央处理器的指令；一旦某个应力监测系统的数据超出设定的阀值，预警系统将通过发送短信或者语音信息给相关技术人员，以实现相关人员对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统的监测预警方法，包括下述步骤：

1）在监测主体上固定若干个监测点，所有的监测点均连接到数据采集与记录仪，数据采集与记录仪通过网络设备、电源连接监控终端；

2）监控终端通过互联网连接服务器；

3）监测点获取型监测主体的应变；每个应变计应能设置ID供整个系统所引用与标识；

4）数据采集与记录仪能采集通过应变计获取的各种设备的应变数据；能以一定的策略采集数据，把采集到的数据发送给服务器；

5） 监控终端接收数据采集仪发送的数据，把接收到的数据发送到服务器进行数据汇总，对现场使用的各种基坑支护构件的应变计的进行有效的管理，查询基坑支护构件的应变情况，通过发送短信或语音信息的形式对应变超出设定阈值的情况进行告警提示，生成相关数据报表，并打印，

6）监控计算机能接收各个现场服务器实时传回的各种基坑支护构件的应变数据；能按照各种条件查询各处现场的监控数据；按照需求生成各种报表。

本发明提供的监测预警系统，扫频速度快，而且精度高、耗电低，实现了集监测数据实时采集与存储、监测实时自动预警、数据可视化显示等功能与一体的全天候全时段基坑自动化监测与预警。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的系统拓展示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明，但并不是对本发明保护范围的限制。

如图1和2所示，一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统,包括应力监测系统、监控终端和服务器；所述应力监测系统包括监测主体、振弦式传感器、数据采集与记录仪、网络通信设备和电源；所述监控终端包括计算机、显示屏及应用程序；所述服务器包括中央处理器、数据存储设备和预警发射系统；

该预警系统融合了微信号采集、振弦传感器信号提取、FPGA、分布式数据采集以及数据冗余传输、存储技术，以实现对基坑的全方位、全时段实时监控与数据存储；

所述应力监测系统能全天候全时段监测深基坑的支撑轴力、土压力、孔压、钢筋应力，以保证基坑围护系统在深基坑施工全过程的安全；

通过监测终端的应用程序实现监测参数及数据的读取与可视化显示；

所述服务器的中央处理器可以对多处应力监测系统进行设阀监控，以实现计算机系统对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

该预警系统具备40MHz的输入接口，可以方便的与FPGA、CPLD以及高速分布式采集设备连接；所述应力监测系统包含振弦式传感器的调制解调、信号采集、信号处理、数据记录和网络通讯功能。

所述应力监测系统包含多路振弦式传感器的调制解调，可以监测一个构件多处应力变化；应力监测系统与监控终端之间可以通过自组局域网组成多机网络系统，实现多终端人机交互。

所述应力监测系统采用分布式采集的架构，可随施工进程灵活扩充或删减；应力监测系统，采用ZigBee自组网技术，同时设计了ZigBee与4G的接口，为自组网、云存储等后续开发预留了充分的接口；应力监测系统低功耗运行系统同时采用多重冗余设计，只要电池不耗尽，即使断网也可保存所有数据，一旦联网立刻就可全部实时上传至数据服务器；所述的应力监测系统，将输入、输出以及供电系统三隔离，确保了系统、信号以及数据采集的安全；以保证户外设备在恶劣环境条件下能长期正常工作。

所述振弦式传感器，专用二次仪表集合扫频、高压激励、微信号放大以及信号整形功能与一体，采用宽电压范围设计，并与数采间全隔离，确保安全与稳定。

所述数据采集与记录仪，可以获取各种设备的应变数据，可以设定一定的频率进行定时采集，也可以接受控制中心的数据采集请求，进行实时采集数据，以实现数据采集与记录仪对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

所述监控终端可应用于相关技术人员的实时监测，还可以用于工程现场的可视化监控，其简洁明了的监测信息与预警系统同样便于现场工人的风险识别，达到工人能够在工地第一现场第一时间了解深基坑围护系统安全性的目的；监控终端能接收并汇总数据采集仪所发送的数据，可以实时查询深基坑支护构件的应变情况，也可以将已形成的数据生成相关数据报表。

所述服务器可以全天候全时段接收监测系统所发回的数据，并分类存储，以满足数据存储、数据后期处理与应用、数值分析等科学研究的需要。

所述服务器的预警发射系统可以接收中央处理器的指令；一旦某个应力监测系统的数据超出设定的阀值，预警系统将通过发送短信或者语音信息给相关技术人员，以实现相关人员对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

本实施例的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，如图1、2所示，包括监测主体（型钢），在型钢桩上固定有若干个监测点（振弦式传感器），所述的监测点均连接到数据采集与记录仪，数据采集与记录仪通过网络设备、电源连接监控终端；所述的监控终端通过互联网连接数据服务器，所述的数据服务器连接监控终端；所述的监控终端可形成自组局域网，连接多个应力监测系统；所述的监控终端，可同时进行多终端人机交互。

振弦式传感器是用于获取型钢板桩的应变；每个应变计应能设置ID供整个系统所引用与标识。

数据采集与记录仪能采集通过应变计获取的各种设备的应变数据；能以一定的策略采集数据，如：以设定的频率定时采集，接受监控计算机的数据采集请求实时采集数据等；能把采集到的数据发送给监控服务器，所发送的数据至少包含以下内容：（应变计ID，应变，采集时间）；数据采集仪如放置在户外，应能保证在恶劣工况下能长期正常工作。

监控终端能接收数据采集仪发送的数据；能把接收到的数据发送到数据服务器进行数据汇总；对现场使用的各种基坑支护构件的应变计的进行有效的管理；可查询基坑支护构件的应变情况；可以通过发送短信或语音信息的形式对应变超出设定阈值的情况进行告警提示；可以生成相关数据报表，并打印。

监控计算机能接收各个现场监控服务器实时传回的各种基坑支护构件的应变数据；能按照各种条件查询各处现场的监控数据；按照需求生成各种报表。

Claims (10)

1.一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统, 其特征在于：其包括应力监测系统、监控终端和服务器；所述应力监测系统包括监测主体、振弦式传感器、数据采集与记录仪、网络通信设备和电源；所述监控终端包括计算机、显示屏及应用程序；所述服务器包括中央处理器、数据存储设备和预警发射系统；

该预警系统融合了微信号采集、振弦传感器信号提取、FPGA、分布式数据采集以及数据冗余传输、存储技术，以实现对基坑的全方位、全时段实时监控与数据存储；

所述应力监测系统能全天候全时段监测深基坑的支撑轴力、土压力、孔压、钢筋应力，以保证基坑围护系统在深基坑施工全过程的安全；

通过监测终端的应用程序实现监测参数及数据的读取与可视化显示；

所述服务器的中央处理器可以对多处应力监测系统进行设阀监控，以实现计算机系统对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

2.根据权利要求1所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：该预警系统具备40MHz的输入接口，可以方便的与FPGA、CPLD以及高速分布式采集设备连接；所述应力监测系统包含振弦式传感器的调制解调、信号采集、信号处理、数据记录和网络通讯功能。

3.根据权利要求2所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述应力监测系统包含多路振弦式传感器的调制解调，可以监测一个构件多处应力变化；应力监测系统与监控终端之间可以通过自组局域网组成多机网络系统，实现多终端人机交互。

4.根据权利要求3所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述应力监测系统采用分布式采集的架构，可随施工进程灵活扩充或删减；应力监测系统，采用ZigBee自组网技术，同时设计了ZigBee与4G的接口，为自组网、云存储等后续开发预留了充分的接口；应力监测系统低功耗运行系统同时采用多重冗余设计，只要电池不耗尽，即使断网也可保存所有数据，一旦联网立刻就可全部实时上传至数据服务器；所述的应力监测系统，将输入、输出以及供电系统三隔离，确保了系统、信号以及数据采集的安全；以保证户外设备在恶劣环境条件下能长期正常工作。

5.根据权利要求4所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述振弦式传感器，专用二次仪表集合扫频、高压激励、微信号放大以及信号整形功能与一体，采用宽电压范围设计，并与数采间全隔离，确保安全与稳定。

6.根据权利要求4所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述数据采集与记录仪，可以获取各种设备的应变数据，可以设定一定的频率进行定时采集，也可以接受控制中心的数据采集请求，进行实时采集数据，以实现数据采集与记录仪对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

7.根据权利要求1所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述监控终端可应用于相关技术人员的实时监测，还可以用于工程现场的可视化监控，其简洁明了的监测信息与预警系统同样便于现场工人的风险识别，达到工人能够在工地第一现场第一时间了解深基坑围护系统安全性的目的；监控终端能接收并汇总数据采集仪所发送的数据，可以实时查询深基坑支护构件的应变情况，也可以将已形成的数据生成相关数据报表。

8.根据权利要求1所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述服务器可以全天候全时段接收监测系统所发回的数据，并分类存储，以满足数据存储、数据后期处理与应用、数值分析等科学研究的需要。

9.根据权利要求8所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统，其特征在于：所述服务器的预警发射系统可以接收中央处理器的指令；一旦某个应力监测系统的数据超出设定的阀值，预警系统将通过发送短信或者语音信息给相关技术人员，以实现相关人员对深基坑围护系统的全天候全时段监控。

10.根据权利要求1所述的一种全天候全时段基坑自动化监测预警系统的监测预警方法，其特征在于：其包括下述步骤：

1）在监测主体上固定若干个监测点，所有的监测点均连接到数据采集与记录仪，数据采集与记录仪通过网络设备、电源连接监控终端；

2）监控终端通过互联网连接服务器；

3）监测点获取型监测主体的应变；每个应变计应能设置ID供整个系统所引用与标识；

4）数据采集与记录仪能采集通过应变计获取的各种设备的应变数据；能以一定的策略采集数据，把采集到的数据发送给服务器；

5） 监控终端接收数据采集仪发送的数据，把接收到的数据发送到服务器进行数据汇总，对现场使用的各种基坑支护构件的应变计的进行有效的管理，查询基坑支护构件的应变情况，通过发送短信或语音信息的形式对应变超出设定阈值的情况进行告警提示，生成相关数据报表，并打印，

6）监控计算机能接收各个现场服务器实时传回的各种基坑支护构件的应变数据；能按照各种条件查询各处现场的监控数据；按照需求生成各种报表。