CN110296652B - 一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法 - Google Patents

一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法，所述基坑包括基坑本体和支护结构，所述监测系统包括监测主机和若干个感应器，所述感应器设置在所述基坑本体或者所述支护结构中，所述感应器包括壳体，所述壳体内设置有活动件和用于感应所述活动件位置的感应件，所述感应件与所述监测主机电性连接。本发明的城市建筑基坑常规变形监测系统及方法，能够直接输出变形量的角度和方向，实现复杂度低、精度高。

Description

一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法
技术领域
本发明涉及基坑监测技术领域，具体的说是一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法。
背景技术
随着社会的飞速发展以及城市化进程的不断加快，地铁、超高层建筑和高铁工程车站等深基坑施工项目越来越多，这使得深基坑的施工安全也逐渐受到了社会的广泛关注。在深基坑开挖过程中，会引起深基坑内的支护结构内力和位移，以及深基坑内外土体的变形，这不仅危及深基坑本身，而且还会危及周边的建筑物，容易引发重大事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，需要通过对基坑进行监测以获取基坑的健康状态，避免危险的发生。
现有技术中，基坑监测主要通过两种方式实现，一是通过采集基坑及周围环境的图像信息，并且不断进行对比以判断基坑是否发生变形，该方法主要的不足是复杂度高和容易受到外界因素干扰，复杂度高是因为每次获取到图像信息后都需要对图像信息进行处理才能得到基坑的健康信息，而且周围环境中物体的变化会对图像信息造成影响，因此很容易受到外界因素干扰。而是通过位移传感器来进行检测，该方法主要的不足是精度受限，位移传感器可以监测位移量，但是很难对位移方向进行监测，因此需要位移传感器之间相互配合和相互校准，容易将误差放大。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种城市建筑基坑常规变形监测系统及方法，能够直接输出变形量的角度和方向，实现复杂度低、精度高。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种城市建筑基坑常规变形监测系统，所述基坑包括基坑本体和支护结构，所述监测系统包括监测主机和若干个感应器，所述感应器设置在所述基坑本体或者所述支护结构中，所述感应器包括壳体，所述壳体内设置有活动件和用于感应所述活动件位置的感应件，所述感应件与所述监测主机电性连接。
优选地，所述基坑本体包括底部和侧部，所述基坑本体的侧部和底部中均设置有所述感应器。
优选地，所述壳体呈管状并且垂直设置，所述壳体的上端和下端均封闭，所述壳体的上端穿设有连接管，用于连接所述感应件和所述监测主机的线缆从所述连接管中穿过。
优选地，所述连接管与所述壳体的上端之间通过密封圈密封。
优选地，所述壳体内滑动设置有升降板，并且所述升降板与所述壳体的内壁紧密贴合，所述升降板与所述壳体的下端之间通过弹簧相连接，所述升降板与所述壳体的上端之间填充有保护液。
优选地，所述保护液设置为煤油。
优选地，所述连接管的下端通过万向节连接有连杆，所述活动件与所述连杆的下端固定连接。
优选地，所述活动件设置为磁球，所述感应件包括若干个沿圆周方向均匀设置在所述壳体内部的磁传感器。
一种城市建筑基坑常规变形监测系统的监测方法，包括如下步骤：
S1、部署所述监测系统，设定判决门限；
S2、所述监测主机获取所述感应器在第一时长内的初始感应数据，建立初始数据库；
S3、所述监测主机获取所述感应器的实时感应数据，并且与所述初始数据库进行对比，得到初始分析数据；
S4、对所述初始分析数据进行野值处理，得到优化分析数据；
S5、将所述优化分析数据与所述判决门限进行对比，若所述优化分析数据超过所述判决门限，则所述基坑发生变形。
优选地，步骤S2和S3中，所述感应器感应所述初始感应数据和所述实时感应数据的方法均是利用所述感应件获取所述活动件的位置。
本发明采用了新的感应器结构，可以在基坑本体或者支护结构发生变形的时候直接输出变形量的角度和方向，进而可以计算出变形量，有效降低了实现复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是基坑结构剖视图。
图2是本发明实施例感应器的整体结构剖视图。
图3是本发明实施例感应器中磁传感器的设置方式示意图。
附图标记：1-基坑本体，2-感应器，3-支护结构，4-连接管，5-密封圈，6-壳体，7-万向节，8-连杆，9-磁球，10-磁传感器，11-保护液，12-升降板，13-弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至3，一种城市建筑基坑常规变形监测系统，基坑包括基坑本体1和支护结构3，监测系统包括监测主机和若干个感应器2，感应器2设置在基坑本体1或者支护结构3中，感应器2包括壳体6，壳体6内设置有活动件和用于感应活动件位置的感应件，感应件与监测主机电性连接。
本发明的监测系统在使用时，利用感应器2来获取基坑本体1或者支护结构3的变形，具体原理是在初始状态下，感应件感应到的活动件的位置是可以确定的，若基坑本体1或者支护结构3未发生变形，则活动件的位置可以持续固定，具体地说是保持悬垂的姿态，当基坑本体1和支护结构3发生变形的时候，感应件2的位置和姿态发生变化，活动件在重力的作用下可以继续保持悬垂的状态，但是感应器随壳体6发生位置变化，因此感应件和活动件的相对位置发生变化，感应件感应到这种变化，即可由监测主机计算出感应件2位置基坑本体1或者支护机构3的变形情况。
进一步的，基坑本体1包括底部和侧部，基坑本体1的侧部和底部中均设置有感应器2。感应器2在设置的时候，可以采用均匀设置，也可以采用非均匀设置，根据基坑本体1和支护结构3的具体结构和位置将感应器2设置到最容易发生变形的位置。
进一步的，壳体6呈管状并且垂直设置，壳体6的上端和下端均封闭，壳体6的上端穿设有连接管4，用于连接感应件和监测主机的线缆从连接管4中穿过。连接管4一方面能够穿设线缆，另一方面能够方便设置感应件2，将连接管4铺设好之后即可快速定位应当安装感应件2的位置。
进一步的，连接管4与壳体6的上端之间通过密封圈5密封。密封圈5用于防止外界的灰尘和水分等杂质进入到壳体6中，从而对活动件和感应件进行保护。
进一步的，壳体6内滑动设置有升降板12，并且升降板12与壳体6的内壁紧密贴合，升降板12与壳体6的下端之间通过弹簧13相连接，升降板12与壳体6的上端之间填充有保护液11。在初始状态下，弹簧13处于压缩的状态，从而向升降板12施加向上的推力，进而推动保护液11向上涌动，向壳体6的上端施加压力，进一步避免外界杂质侵入到壳体6中。在本实施例中，保护液11设置为煤油，一方面能够提高感应器2的绝缘性能，另外一方面即使有外界杂质侵入到壳体6中，也能够利用浮力使其悬浮在壳体6的上端。
进一步的，连接管4的下端通过万向节7连接有连杆8，活动件与连杆8的下端固定连接。在本实施例中，万向节7设置为球式万向节，通过万向节7可以使活动件在壳体6内可以任意摆动，从而能够根据活动件的位置判断感应件2的姿态，进而判断基坑本体1或者支护结构2是否发生变形。
进一步的，活动件设置为磁球9，感应件包括若干个沿圆周方向均匀设置在壳体6内部的磁传感器10。在初始状态下，因为磁球9的位置是稳定的，所以各个磁传感器10的感应值是稳定的，当基坑本体1或者支护结构2发生变形的时候，壳体6的姿态发生变化，磁球9与磁传感器10之间的距离发生变化，从而导致磁传感器10的感应值也随之改变，进而可以计算出变形情况。
请参阅图1至3，一种城市建筑基坑常规变形监测系统的监测方法，包括步骤S1至S5。
S1、部署监测系统，设定判决门限。
S2、监测主机获取感应器2在第一时长内的初始感应数据，建立初始数据库。
S3、监测主机获取感应器2的实时感应数据，并且与初始数据库进行对比，得到初始分析数据。步骤S2和S3中，感应器2感应初始感应数据和实时感应数据的方法均是利用感应件获取活动件的位置。
S4、对初始分析数据进行野值处理，得到优化分析数据。
S5、将优化分析数据与判决门限进行对比，若优化分析数据超过判决门限，则基坑发生变形。
进一步的，在获得初始感应数据和实时感应数据后，即步骤S2和S3中，首先进行数据融合，以降低计算复杂度。数据融合的具体方法如下。
假设在某一时刻各个感应器2的感应结果记为
Figure BDA0002133568280000041
并且均值为u＝(u1,u2,…,un)T，则可以计算协方差矩阵：
Figure BDA0002133568280000042
进而可以计算马尔科夫距离：
Figure BDA0002133568280000051
然后根据使D取得最小值的原则对感应数据进行聚类，得到
Figure BDA0002133568280000052
接着，计算
Figure BDA0002133568280000053
与均值ωk的距离
Figure BDA0002133568280000054
以及
Figure BDA0002133568280000055
和ωk+1的距离
Figure BDA0002133568280000056
随后，比较d1与d2；
如果d1>d2，则
Figure BDA0002133568280000057
接近于ωk+1，
Figure BDA0002133568280000058
对决策Lk+1更信任，对各决策的概率分配函数为：
Figure BDA0002133568280000059
式中(1-d1)表示
Figure BDA00021335682800000510
与ωk的相似度，(1-d2)表示
Figure BDA00021335682800000511
与ωk+1的相似度，
Figure BDA00021335682800000512
与
Figure BDA00021335682800000513
分别代表概率分配函数的加权因子，ρ1与ρ2为制约因子，用于防止信任度过大偏离实际；
如果d1<d2，则
Figure BDA00021335682800000514
比较接近于ωk，
Figure BDA00021335682800000515
对决策Lk更信任，对各决策的概率分配函数为：
Figure BDA00021335682800000516
式中(1-d1)表示
Figure BDA0002133568280000061
与ωk的相似度，(1-d2)表示
Figure BDA0002133568280000062
与ωk+1的相似度，
Figure BDA0002133568280000063
与
Figure BDA0002133568280000064
分别代表概率分配函数的加权因子，ρ1与ρ2为制约因子，用于防止信任度过大偏离实际。
最后，根据决策的概率分配函数利用证据理论生成决策结果，决策结果作为输出。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种城市建筑基坑常规变形监测系统，所述基坑包括基坑本体（1）和支护结构（3），其特征在于：所述监测系统包括监测主机和若干个感应器（2），所述感应器（2）设置在所述基坑本体（1）或者所述支护结构（3）中，所述感应器（2）包括壳体（6），所述壳体（6）内设置有活动件和用于感应所述活动件位置的感应件，所述感应件与所述监测主机电性连接；所述壳体（6）呈管状并且垂直设置，所述壳体（6）的上端和下端均封闭，所述壳体（6）的上端穿设有连接管（4），用于连接所述感应件和所述监测主机的线缆从所述连接管（4）中穿过；所述连接管（4）与所述壳体（6）的上端之间通过密封圈（5）密封；所述壳体（6）内滑动设置有升降板（12），并且所述升降板（12）与所述壳体（6）的内壁紧密贴合，所述升降板（12）与所述壳体（6）的下端之间通过弹簧（13）相连接，所述升降板（12）与所述壳体（6）的上端之间填充有保护液（11）；所述连接管（4）的下端通过万向节（7）连接有连杆（8），所述活动件与所述连杆（8）的下端固定连接；所述活动件设置为磁球（9），所述感应件包括若干个沿圆周方向均匀设置在所述壳体（6）内部的磁传感器（10）。
2.如权利要求1所述的一种城市建筑基坑常规变形监测系统，其特征在于：所述基坑本体（1）包括底部和侧部，所述基坑本体（1）的侧部和底部中均设置有所述感应器（2）。
3.如权利要求1所述的一种城市建筑基坑常规变形监测系统，其特征在于：所述保护液（11）设置为煤油。
4.如权利要求1所述的一种城市建筑基坑常规变形监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、部署所述监测系统，设定判决门限；
S2、所述监测主机获取所述感应器（2）在第一时长内的初始感应数据，建立初始数据库；
S3、所述监测主机获取所述感应器（2）的实时感应数据，并且与所述初始数据库进行对比，得到初始分析数据；
S4、对所述初始分析数据进行野值处理，得到优化分析数据；
S5、将所述优化分析数据与所述判决门限进行对比，若所述优化分析数据超过所述判决门限，则所述基坑发生变形。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：步骤S2和S3中，所述感应器（2）感应所述初始感应数据和所述实时感应数据的方法均是利用所述感应件获取所述活动件的位置。
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