CN106703086A - 基坑在线安全监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明的名称为：基坑在线安全监测系统。它是基于GNSS CORS与传感器集成于一体化的变形监测信息采集技术和网络通讯技术，基于多模式监测的数据处理技术和方法，能够实时采集监测点，并且实时发送数据信息引导预测基坑的变形情况。它将数据采集系统与数据处理系统集于一体，将数据的采集、传输、存储和处理分析一体化。该系统具备在各种气候条件下实现实时监测的能力，企业各级基坑安全管理职能部门可以通过网络实现对基坑各项在线安全监测参数的查看，大大增加了基坑变形监测的高效性。

Description

基坑在线安全监测系统

技术领域

本发明涉及监测系统，尤其涉及一种基坑在线安全监测系统。

背景技术

随着城市建设的发展，各类用途的地下空间已在世界各大中城市中得到开发利用，基坑规模和开挖深度的增大使临时围护结构变形和稳定问题变得复杂和突出。

目前多数监测单位重视仪器埋设、数据采集，轻视数据分析和反馈，仅仅满足于收集资料和提交数据、报表，进行简单分析，判断是否超过控制值以报警，不能结合施工和地质情况对监测成果进行充分、深入的理论分析，导致花费大量人力物力进行的监测工作不能真正发挥优化设计和及时反馈指导施工的作用。

如果有一套基坑在线安全监测系统能够实时采集监测点，并且实时发送数据信息引导预测基坑的变形情况，安全管理体系的健全，则对保护国家财产安全有着非常重要的意义。

发明专利内容

本发明的所要解决的技术问题在于提供一种能够实时采集监测点，并且实时发送数据信息引导预测基坑的变形情况的基坑在线安全监测系统。

本发明的优点在于：

(1)它是基于GNSS CORS与传感器集成于一体化的变形监测信息采集技术和网络通讯技术，基于多模式监测的数据处理技术和方法，能够实时采集监测点，并且实时发送数据信息引导预测基坑的变形情况，提高网络通讯的稳定性、实时性和安全性，大大增加了基坑变形监测的高效性；

(2)适合于研究区的坐标系统、模型转换和精化似大地水准面模型，有研究观测粗差和异常值得自动识别算法，提高了GNSS CORS技术的高程测量精度；

(3)采用似单差单历元结算方法，高程精度高，可研究出基坑的变形参数解算方法和适于基坑特点的概率积分法预计模型。

附图说明

图1为在线安全监测系统布置示意图；

图2为在线安全监测系统GNSS基准站子系统观测墩示意图；

图3为在线安全监测系统GNSS连续运行监测站子系统观测墩示意图

图4为在线安全监测系统运行结构图；

图5为在线安全监测系统非连续实时监测站软件平台示意图；

图6为在线安全监测系统数据监控中心子系统软件模块示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，为基坑在线安全监测系统布置示意图，本发明在线安全监测系统包括GNSS基准站子系统、实时监测站子系统、数据监控中心子系统、网络通讯子系统。

其中GNSS基准站子系统建设在满足观测环境的地方，如采用楼顶式基准站形式布设于矿区办公楼顶，GNSS基准站子系统包括CORS专用接收机、CORS专用天线、馈线、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、强制对中装置、观测墩。架设在观测墩顶部强制对中装置的CORS专用天线用馈线连接CORS专用接收机GNSS接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器。CORS专用接收机为自主研制的GNSS基准站专用接收机，实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，并将结果传递到数据监控中心系统。为实时监测站子系统逆向网络RTK提供差分数据，同时也为实时监测站子系统变形分析提供参照基准。

实时监测站子系统包括GNSS连续运行监测站和非连续实时监测站。

其中GNSS连续运行监测站包含自主研制的KBM1001系列GNSS监测专用接收机、大地测量型天线、UPS电源、馈线、倾斜仪、避雷针、馈线避雷器、电源避雷器、太阳能电池板、强制对中装置、网络摄像头、仪器设备箱和相关仪器支架、观测墩。架设在观测墩顶部强制对中装置的CORS专用天线用馈线连接CORS专用接收机GNSS接口，馈线避雷器连接避雷针和电源避雷器。自主研制的KBM1001系列GNSS监测专用接收机，提供24小时不间断监测服务，并周期性不间断上传观测数据至GNSS基准站子系统。连续实时监测站分别布设于观测线关键部位，实时跟踪、采集、传输、存储GNSS卫星数据，实时接收GNSS基准站子系统提供的差分数据，实现网络RTK，并通过多种网络(光纤、GPRS、3G、WIFI)将接收机所观测的数据上传到GNSS基准站子系统。

非连续实时监测站包括静力水准仪、应变计、水位计、土压力盒和固定式倾斜仪等各类传感器设备。各类传感器以串口的形式连接到自主研制的KBM1001系列GNSS监测专用接收机上面，通过数据处理中心的监测软件设置传感器的相关监测信息，可以通过多种网络(光纤、GPRS、3G、WIFI)将传感器所观测的数据上传到数据处理中心。

如图2所示，为GNSS基准站子系统的观测墩示意图，GNSS基准站子系统的观测墩为不锈钢钢管，不锈钢钢管直径根据使用情况而定，观测墩应架设于承重梁上部，在底部均匀位置用膨胀螺丝将其固定并焊接，观测墩安装强制对中装置，强制对中装置的基座板中心点上带旋转螺纹或卡口，GNSS天线可直接旋转在螺纹上固定不动，并严格整平，观测墩内加装(或预埋)适合缆线进出的硬制管道(钢制或塑料)，起保护线路作用，在观测墩中部贴测量标志牌。

如图3所示，为基坑在线安全监测系统GNSS连续运行监测站子系统观测墩示意图，该观测墩为水泥电线杆用混凝土浇注而成，水泥电线杆高不低于4m，一般不超过5m，基坑尺寸为1.5m×1.5m×1.5m，水泥电线杆保持铅垂状态竖立于基坑，并在其侧边放置一个直径为200mm的PVC管以存放倾斜仪，再用水泥沙石浇注，浇注至电线杆离地面1m处，水泥电线杆顶部安装强制对中装置，强制对中装置的基座板中心点上带旋转螺纹或卡口，GNSS天线可直接旋转在螺纹上固定不动，并严格整平，离强制对中装置0.1m处加装合适支架以安装网络摄像头，在0.3m处加装合适的支架以支撑太阳能电池板，在0.5m处加装两个铁盒子以存放UPS电源和GNSS监测专用接收机，在离水泥电线杆顶0.5m出钻一直径为50mm的圆孔，水泥电线杆底部和PVC管各钻一个直径为100mm的圆孔，用于埋设倾斜仪传感器电缆。以上各数据都是具体实施的一个例子，本领域的一般技术人员清楚地了解，根据实际使用情况，可以轻易地调整数据。

如图4所示，为在线安全监测系统运行结构图，该系统数据监控中心子系统，主要由服务器、显示器、路由器、防火墙、软件等组成，与GNSS基准站子系统之间依靠信号馈线连接，获取基准站所提供的数据并转发给实时监测站子系统，数据监控中心子系统与实时监测站子系统通过通过GPRS、3G、CDMA、WIFI等无线网络方式连接，数据监控中心子系统可管理GNSS基准站子系统与实时监测站子系统，对所得数据进行数据处理、分析、成果输出等。

如图5所示，本发明基坑在线安全监测系统统数据监控中心的软件的主要模块及工作流程如下：

①基准站串口通讯模块，实现数据监控中心子系统与GNSS基准站子系统之间的实时连接，实时接收实时监测站子系统的原始观测数据和差分信息，并实时将数据分类压缩存储至基坑变形监测信息综合数据库；

②基于NTRIP协议监测站网络通讯模块，实现数据监控中心子系统与GNSS连续运行监测站之间的实时连接，并将从实时接收GNSS基准站的差分信息转发给GNSS连续运行监测站使GNSS连续运行监测站实现RTK定位，并将其定位的结果以NMEA的数据格式传输至基坑变形监测信息综合数据库；

③基准站、监测站运行监测模块，通过串口通讯和网线网络实时对GNSS基准站子系统和实时监测站子系统进行完好性监测，主要监测观测数据的完整性、信噪比、精度因子等主要指标以及设备运行状况(如电池剩余量、电压、温度等参数)；

④数据处理分析模块，对实时监测站子系统的GNSS测量以及非实时监测站子系统的GNSS测量、导线测量、水准测量的外业成果进行数据处理和质量分析。

⑤基坑变形分析模块，利用GNSS基准站子系统准确位置和实时监测站子系统实时定位结果，解算出相对位移量、倾斜率、变形曲率等基坑变形信息，并将其存储至基坑变形监测信息综合数据库。

⑥基坑变形参数解算模块，利用基坑变形数据及地质条件参数，解算出基坑形变参数，并将其存储至基坑变形监测信息综合数据库，为类似基坑条件下的变形预计提供可靠依据。

⑦基坑变形预计模块，利用概率积分法预计模型，实现对单个或多个回采工作面开采引起的基坑变形进行静态预计、动态预计和某一时间点的预计。

⑧GIS空间信息管理、分析模块，实现对数据的高效管理和操作，提供高可靠性、高质量的数据处理成果，为基坑安全提供基础信息。

⑨报表输出模块，对高质量的数据处理成果，采用一定的格式输出成报表进行保存。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于GNSS CORS与传感器集成于一体化的基坑在线安全监测系统，其特征是它包括GNSS CORS信息采集单元、传感器信息采集单元、数据单元和传输单元。

2.所述GNSS CORS信息采集单元为全球导航定位系统GNSS或连续运行参考站系统CORS，所述全球导航定位系统GNSS采用GPS或GPS-RTK。通过所述测量单元采集监测点的信息并保存在数据库中。

3.所述传感器信息采集单元包括静力水准仪、应变计、水位计、土压力盒和固定式倾斜仪等各类传感器，通过传感器信息采集模块单元采集数据保存在数据模块中，可对这些信息进行数据管理和数据分析。

4.所述数据模块包含数据管理模块及数据分析模块，通过测量模块采集数据保存在数据模块中，可对这些信息进行数据管理和数据分析，同时还可对点位数据进行坐标转换，支持54、80、2000和独立坐标系之间的转换。

5.所述传输单元包括向服务器发送数据和请求数据，通过多种网络(光纤、GPRS、3G、WIFI)将所采集的点位信息时时传送给服务器中心，时时分析预警。