CN110319881A - 基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统与方法，其中监测系统包括：毫米波雷达，其设置在测量基点上；雷达信标，其为与毫米波雷达配合反射电磁信号的电子信标；雷达信标设置在毫米波雷达的雷达波束覆盖的监测范围内的建筑物的待测点上；数据采集终端，其与毫米波雷达通讯连接，数据采集终端采集毫米波雷达的监测数据；远程监测平台，其与数据采集终端通讯连接，远程监测平台对由数据采集终端获取的监测数据进行分析，以得到相应待测点对应的建筑物的变形及爆破振动信息。其通过在隧道施工影响区邻近建筑物上布设雷达信标，利用毫米波雷达相位干涉测量技术，实现了对建筑物的变形及振动速度进行高精度全天候实时监测的目的。

Description

基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统与方法

技术领域

本发明涉及变形监测技术领域，尤其涉及一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统与方法。

背景技术

在隧道施工中，特别对于钻爆隧道，钻爆法施工凭借着自身施工效率高，进度快等特点，成为在硬质围岩隧道施工中主要采用的手段。由于开挖方法不当和爆破振动等问题，往往会导致邻近建筑物产生结构变形(沉降、位移、倾斜等)、裂缝或损伤，如果不及时进行连续的、长期的自动化变形监测，则很难及时发现问题并提出可靠有效的解决办法及措施，届时将会造成很严重的后果。因此，对隧道建设过程中的邻近建筑物进行实时监测，及时预报预警显得尤为重要。而现有建筑物变形监测方法采用全站仪+反光贴，在建筑物检测点放置反射光标，利用全站仪高精度的测距和测角性能，定期对每一个光标的位置进行测量，从而判断建筑物的变形，该测试方法为目前隧道施工过程中最为普及的方法。但是该测试方法也存在的缺点是不能连续监测，通常间隔几天才测试一次，这样不能及时有效地进行监测预警，因此，针对建筑物的变形及爆破振动监测问题，需要一种能够长期、自动监测系统及方法，解决传统测量监测频率有限，监测信息反馈不及时，并存在人为修改监测数据等的问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统与方法，通过在隧道施工影响区邻近建筑物上布设雷达信标，利用毫米波雷达相位干涉测量技术，实现了对建筑物的变形及振动速度进行高精度全天候实时监测的目的。

为实现上述目的和一些其他的目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，包括：

毫米波雷达，其设置在测量基点上；

雷达信标，其为与所述毫米波雷达配合反射电磁信号的电子信标；所述雷达信标设置在所述毫米波雷达的雷达波束覆盖的监测范围内的建筑物的待测点上；

数据采集终端，其与所述毫米波雷达通讯连接，所述数据采集终端采集所述毫米波雷达的监测数据；

远程监测平台，其与所述数据采集终端通讯连接，所述远程监测平台对由所述数据采集终端获取的监测数据进行分析，以得到相应所述待测点对应的建筑物的变形及爆破振动信息。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述数据采集终端包括顺次连接的供电模块、采集模块、校验模块、存储模块和传输模块；所述供电模块为所述采集模块、校验模块、存储模块和传输模块提供驱动电能；所述采集模块由所述毫米波雷达采集监测数据，并发送至所述校验模块进行数据校验，发送至所述存储模块进行保存，所述存储模块将所述校验模块校验通过的监测数据进行保存，并发送至所述传输模块，所述传输模块连接于所述远程监测平台，以将由所述存储模块接收的监测数据发送至所述远程监测平台。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述传输模块内设置有无线连接模块，所述传输模块通过所述无线连接模块将监测数据无线传输至所述远程监测平台。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述远程监测平台内设置有警报模块；所述远程监测平台在得到的建筑物的变形量或者爆破振动速度超出预设的阈值时触发所述警报模块发出警报。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述阈值设置为多个，多个所述阈值对应不同的变形量和爆破振动速度，以实现所述警报模块的多级警报；其中，所述多级警报包括邮件、短信、微信、电话以及声光报警多种方式中的一种或几种。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述雷达信标的边长小于10cm，质量小于15g。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，所述毫米波雷达通过支架固定设置在所述测量基点上；所述支架包括架体、支撑弹簧和橡胶硬垫；所述架体为由多层板体组成的由下向上面积逐渐减小的纵切面呈梯形的结构；所述橡胶硬垫分别设置于相邻两层所述板体之间；所述板体和橡胶硬垫上分别开设有通孔，以形成由所述支架底部贯通至顶部的贯通孔；所述支撑弹簧穿设在所述贯通孔内，且所述支撑弹簧的底端和顶端分别与位于所述支架最底端和最顶端的板体固定连接；所述支架的顶端开设有容置所述毫米波雷达的凹槽，所述凹槽内铺设有橡胶软垫。

一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法，包括以下步骤：

S1、选定建筑物变形监测点的位置，并在选定的待测点上布设雷达信标；

S2、选定雷达安装位置，将所述毫米波雷达固定在选定的安装位置上，并调整所述毫米波雷达的姿态，以使所述毫米波雷达的雷达波束的覆盖范围包括所有所述雷达信标；

S3、将数据采集终端与所述毫米波雷达通讯连接，以采集并传输由所述毫米波雷达获取的监测数据；

S4、将所述数据采集终端与远程监测平台通讯连接，所述远程监测平台将由所述数据采集终端获取的监测数据进行分析，从而得到所述建筑物的变形量和爆破振动信息。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法中，S4中所述远程监测平台对监测数据进行分析后，还与所述远程监测平台内预存的不同等级的变形量界限值和爆破振动速度界限值进行对比，并针对分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值发出不同等级的警报。

优选的是，所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法中，所述毫米波雷达的监测频率随分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值的等级的升高而升高。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统中，通过毫米波雷达和雷达信标的配合，不仅可以对信标点进行微动变形及爆破振动监测，还可以对一块区域整体监测，且监测数据精度高，可实现远距离、大范围、连续性监测。

解决了传统变形监测数据反映不及时、监测数据人为修改等问题，避免了因监测原因造成人员和财产的损失。

系统价格低廉，较之同等性能的建筑物形变及爆破振动监测效果的监测系统，所述基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的成本更低，具有良好的应用前景。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1是本发明提供的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的框架结构图；

图2是本发明提供的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的结构示意图；

图3是本发明提供的支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明，以令本领域普通技术人员参阅本说明书后能够据以实施。

如图1和图2所示，一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，包括：

毫米波雷达6，其设置在测量基点上。

雷达信标4，其为与所述毫米波雷达6配合反射电磁信号的电子信标；所述雷达信标4设置在所述毫米波雷达6的雷达波束覆盖的监测范围内的建筑物5的待测点上。

数据采集终端8，其与所述毫米波雷达6通讯连接，所述数据采集终端8采集所述毫米波雷达6的监测数据。

远程监测平台11，其与所述数据采集终端8通讯连接，所述远程监测平台11对由所述数据采集终端8获取的监测数据进行分析，以得到相应所述待测点对应的建筑物5的变形及爆破振动信息。

在上述方案中，所述基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统应用于山体爆破时其上建筑物的变形及爆破振动监测，具体应用流程为：在下穿山体1隧道掌子面2开挖爆破3之前，根据规范及监测方案，选定邻近建筑物5变形监测点的位置，并在监测位置布设雷达信标4，在毫米波雷达6对测点监测之前，采用粘贴或固定的方式，将雷达信标4安装在建筑物5在待测点位置，其主要作用是与毫米波雷达配合反射电磁信号，将毫米波雷达6固定在测试距离范围内(0～120m)的稳定基点位置上，并调整好毫米波雷达6的姿态，确保雷达波束能够覆盖监测范围内的所有雷达信标4，再将毫米波雷达6与数据采集终端8通过数据连接线9相联接，远程监测平台11与数据采集终端远程通讯连接，从而实现远程无线控制毫米波雷达6自动识别雷达信标4后进行待测建筑物5变形和爆破振动监测。

所述基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的工作原理为：待测建筑物5变形监测主要利用毫米波雷达6发射高频率电磁波10，电磁波10经过雷达信标4反射后，返回到毫米波雷达6，当毫米波雷达6位置固定不变时，建筑物5上测点的信标4位置不变时，电磁波10到达雷达接收机的相位应保持不变；当待测点位置发生变化时，此时雷达的到达波相位将发生变化(相位干涉测量法)，因此利用相位干涉测量技术可实现不同方向的区域微小变形及爆破振动监测分析(亚毫米级)。

待测建筑物5爆破振动监测，利用毫米波雷达6发射高频电磁波10刷新速率高(1K)的特点，可以捕捉到隧道掌子面2开挖爆破3时建筑物的振动频率和振动速度，而振动速度通过两个采样计算出目标在这两个时间内的位移和时差来计算爆破振动时建筑物5的振动速度。

远程数据监测平台11可以将同一区域不同时间的波形进行计算分析获得高精度的变形及爆破振动监测信息。

通过毫米波雷达和雷达信标的配合，不仅可以对信标点进行微动变形及爆破振动监测，还可以对一块区域整体监测，且监测数据精度高，可实现远距离、大范围、连续性监测。

解决了传统变形监测数据反映不及时、监测数据人为修改等问题，避免了因监测原因造成人员和财产的损失。

系统价格低廉，较之同等性能的建筑物形变及爆破振动监测效果的监测系统，所述基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的成本更低，具有良好的应用前景。

一个优选方案中，所述数据采集终端8包括顺次连接的供电模块、采集模块、校验模块、存储模块和传输模块；所述供电模块为所述采集模块、校验模块、存储模块和传输模块提供驱动电能；所述采集模块由所述毫米波雷达采集监测数据，并发送至所述校验模块进行数据校验，发送至所述存储模块进行保存，所述存储模块将所述校验模块校验通过的监测数据进行保存，并发送至所述传输模块，所述传输模块连接于所述远程监测平台11，以将由所述存储模块接收的监测数据发送至所述远程监测平台11。

在上述方案中，通过校验模块的设置能够保证采集模块采集的数据的准确性和有效性，从而提高了监测精度。

一个优选方案中，所述传输模块内设置有无线连接模块，所述传输模块通过所述无线连接模块将监测数据无线传输至所述远程监测平台。

一个优选方案中，所述远程监测平台11内设置有警报模块；所述远程监测平台在得到的建筑物的变形量或者爆破振动速度超出预设的阈值时触发所述警报模块发出警报。

在上述方案中，通过警报模块的设置能够在建筑物形变超出变形量或爆破振动速度超出预设的阈值时及时通知相关人员，以做出相应的措施，保证人员和建筑物的安全。

一个优选方案中，所述阈值设置为多个，多个所述阈值对应不同的变形量和爆破振动速度，以实现所述警报模块的多级警报；其中，所述多级警报包括邮件、短信、微信、电话以及声光报警多种方式中的一种或几种。

在上述方案中，远程监测平台11也可以根据用户的需求设置不同等级的变形量和爆破振动速度阈值进行多级报警，报警方式可以为邮件、短信、微信、电话以及声光报警多种方式中的一种或几种。

一个优选方案中，所述雷达信标4的边长小于10cm，质量小于15g。

在上述方案中，雷达信标4的边长小于10cm，质量小于15g，具有质量轻、价格低廉的特点。

如图3所示，一个优选方案中，所述毫米波雷达通过支架7固定设置在所述测量基点上；所述支架7包括架体、支撑弹簧12和橡胶硬垫13；所述架体为由多层板体14组成的由下向上面积逐渐减小的纵切面呈梯形的结构；所述橡胶硬垫13分别设置于相邻两层所述板体14之间；所述板体14和橡胶硬垫13上分别开设有通孔，以形成由所述支架底部贯通至顶部的贯通孔15；所述支撑弹簧12穿设在所述贯通孔15内，且所述支撑弹簧12的底端和顶端分别与位于所述支架最底端和最顶端的板体14固定连接；所述支架的顶端开设有容置所述毫米波雷达的凹槽16，所述凹槽16内铺设有橡胶软垫17。

在上述方案中，通过设置由多层板体14、橡胶硬垫13交叠铺设形成的架体，并在其中穿设支撑弹簧12，使得支架能够有效的缓震，以避免地面振动造成的支架发生位移，其中橡胶硬垫13具有一定的硬度和弹性，和多层板体组成的架体不仅坚固耐用，同时在有振动发生时还能借由橡胶硬垫13自身的弹性抵消一部分振动，而支撑弹簧的设置更进一步的抵消振动，从而使得支架的抗震能力显著提高，通过支架上方凹槽的设置，使得毫米波雷达的固定更加稳固，同时橡胶软垫17不仅能够减少毫米波雷达的振动还能对雷达形成柔性的保护，从而提高了所述系统的监测精度。

一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法，包括以下步骤：

S1、选定建筑物变形监测点的位置，并在选定的待测点上布设雷达信标。

S2、选定雷达安装位置，将所述毫米波雷达固定在选定的安装位置上，并调整所述毫米波雷达的姿态，以使所述毫米波雷达的雷达波束的覆盖范围包括所有所述雷达信标。

S3、将数据采集终端与所述毫米波雷达通讯连接，以采集并传输由所述毫米波雷达获取的监测数据。

S4、将所述数据采集终端与远程监测平台通讯连接，所述远程监测平台将由所述数据采集终端获取的监测数据进行分析，从而得到所述建筑物的变形量和爆破振动信息。

一个优选方案中，S4中所述远程监测平台对监测数据进行分析后，还与所述远程监测平台内预存的不同等级的变形量界限值和爆破振动速度界限值进行对比，并针对分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值发出不同等级的警报。

在上述方案中，远程数据监测平台11可以根据用户的需求设置不同等级的变形量和爆破振动速度阈值进行多级报警，以便于用户根据警报级别采取不同的措施。

一个优选方案中，所述毫米波雷达的监测频率随分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值的等级的升高而升高。

在上述方案中，所述毫米波雷达的监测频率随分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值的等级的升高而升高，使得监测频率随监测数据的变化进行调整，使得监测精度更高，监测更加灵活。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，包括：

毫米波雷达，其设置在测量基点上；

雷达信标，其为与所述毫米波雷达配合反射电磁信号的电子信标；所述雷达信标设置在所述毫米波雷达的雷达波束覆盖的监测范围内的建筑物的待测点上；

数据采集终端，其与所述毫米波雷达通讯连接，所述数据采集终端采集所述毫米波雷达的监测数据；

远程监测平台，其与所述数据采集终端通讯连接，所述远程监测平台对由所述数据采集终端获取的监测数据进行分析，以得到相应所述待测点对应的建筑物的变形及爆破振动信息。

2.如权利要求1所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述数据采集终端包括顺次连接的供电模块、采集模块、校验模块、存储模块和传输模块；所述供电模块为所述采集模块、校验模块、存储模块和传输模块提供驱动电能；所述采集模块由所述毫米波雷达采集监测数据，并发送至所述校验模块进行数据校验，发送至所述存储模块进行保存，所述存储模块将所述校验模块校验通过的监测数据进行保存，并发送至所述传输模块，所述传输模块连接于所述远程监测平台，以将由所述存储模块接收的监测数据发送至所述远程监测平台。

3.如权利要求2所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述传输模块内设置有无线连接模块，所述传输模块通过所述无线连接模块将监测数据无线传输至所述远程监测平台。

4.如权利要求1所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述远程监测平台内设置有警报模块；所述远程监测平台在得到的建筑物的变形量或者爆破振动速度超出预设的阈值时触发所述警报模块发出警报。

5.如权利要求4所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述阈值设置为多个，多个所述阈值对应不同的变形量和爆破振动速度，以实现所述警报模块的多级警报；其中，所述多级警报包括邮件、短信、微信、电话以及声光报警多种方式中的一种或几种。

6.如权利要求1所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述雷达信标的边长小于10cm，质量小于15g。

7.如权利要求1所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统，其中，所述毫米波雷达通过支架固定设置在所述测量基点上；所述支架包括架体、支撑弹簧和橡胶硬垫；所述架体为由多层板体组成的由下向上面积逐渐减小的纵切面呈梯形的结构；所述橡胶硬垫分别设置于相邻两层所述板体之间；所述板体和橡胶硬垫上分别开设有通孔，以形成由所述支架底部贯通至顶部的贯通孔；所述支撑弹簧穿设在所述贯通孔内，且所述支撑弹簧的底端和顶端分别与位于所述支架最底端和最顶端的板体固定连接；所述支架的顶端开设有容置所述毫米波雷达的凹槽，所述凹槽内铺设有橡胶软垫。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法，其中，包括以下步骤：

S1、选定建筑物变形监测点的位置，并在选定的待测点上布设雷达信标；

S2、选定雷达安装位置，将所述毫米波雷达固定在选定的安装位置上，并调整所述毫米波雷达的姿态，以使所述毫米波雷达的雷达波束的覆盖范围包括所有所述雷达信标；

S3、将数据采集终端与所述毫米波雷达通讯连接，以采集并传输由所述毫米波雷达获取的监测数据；

S4、将所述数据采集终端与远程监测平台通讯连接，所述远程监测平台将由所述数据采集终端获取的监测数据进行分析，从而得到所述建筑物的变形量和爆破振动信息。

9.如权利要求8所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法，其中，S4中所述远程监测平台对监测数据进行分析后，还与所述远程监测平台内预存的不同等级的变形量界限值和爆破振动速度界限值进行对比，并针对分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值发出不同等级的警报。

10.如权利要求9所述的基于毫米波雷达的建筑物变形及爆破振动监测系统的监测方法，其中，所述毫米波雷达的监测频率随分析后的监测数据超出的变形量界限值或爆破振动速度界限值的等级的升高而升高。