CN110849254B

CN110849254B - 一种管道位移监测系统及方法

Info

Publication number: CN110849254B
Application number: CN201810948927.6A
Authority: CN
Inventors: 施宁; 白路遥; 李亮亮; 马云宾; 蔡永军; 谭东杰; 曹燕; 刘冰; 祝悫智; 赵博浩; 马涛; 夏欢
Original assignee: Petrochina Co Ltd
Current assignee: Petrochina Co Ltd
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2021-08-27
Anticipated expiration: 2038-08-20
Also published as: CN110849254A

Abstract

本发明公开了一种管道位移监测系统，属于管道监测领域。该管道位移监测系统包括：卫星监测模块，以及自上而下顺次连接的反射桩、多个调节杆、连接架、万向连接杆、管箍、反射球和侦察模块。其中，管箍套装在待监测管道上，多个调节杆用于调整反射桩的反射面的朝向；卫星监测模块用于监测反射桩的位移变化；反射球设置在反射桩的上端；侦察模块用于监测反射球的位移变化。本发明提供的管道位移监测系统，可以使反射桩随管道的位移变化而发生变化。并且，通过设置卫星监测模块，并使其与反射桩配合使用，可以准确地监测反射桩的位移变化，进而监测到管道的位移变化。

Description

一种管道位移监测系统及方法

技术领域

本发明涉及管道监测领域，特别涉及一种管道位移监测系统及方法。

背景技术

随着管道建设的跨越式发展，管道不可避免将穿越滑坡、冻胀、融沉、采空沉降等地质灾害区。这些区域环境条件恶劣，人迹罕至，但是管道又易在此类地区发生失效，而管道的位移却能直接反映该地质灾害穿越区管道的安全状态，因此，对地质灾害区管道的位移进行监测是十分必要的。

相关技术提供了一种冻土区油气管道位移监测方法，该方法是采用全站仪对冻土区管道的位移进行监测。具体地，工作人员在待监测区域安装基准桩和照准桩，并在待监测管道上安装管道卡箍装置；通过基准桩和照准桩建立局部坐标系，并定期测量各管道卡箍装置的坐标，若待监测管道发生了位移，则管道卡箍装置的坐标会发生变化，两次时间间隔的坐标变化即为该时间间隔内管道的位移。

发明人发现相关技术至少存在以下问题：

相关技术提供的方法需要工作人员定期到现场对基准桩和照准桩的位置进行测量，对于一些环境恶劣，工作人员不方便进入的区域，则无法顺利完成监测作业，可见，该方法具有局限性。

发明内容

本发明实施例提供了一种管道位移监测系统及方法，可解决上述技术问题。具体技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种管道位移监测系统，所述管道位移监测系统包括：卫星监测模块，以及自上而下顺次连接的反射桩、多个调节杆、连接架、万向连接杆、管箍、反射球和侦察模块；

所述管箍套装在待监测管道上；

多个所述调节杆用于调整所述反射桩的反射面的朝向；

所述卫星监测模块用于监测所述反射桩的位移变化；

所述反射球设置在所述反射桩的上端；

所述侦察模块用于监测所述反射球的位移变化。

在一种可能的设计中，所述管道位移监测系统还包括：多个固定肋板，对称设置在所述万向连接杆的两侧，且所述固定肋板的两端分别设置在所述万向连接杆的下部和所述管箍的上部。

在一种可能的设计中，所述管道位移监测系统还包括：顺次电连接的电源、测斜仪、数据采集模块、远传数据模块、数据处理模块；

所述测斜仪固定在所述万向连接杆上；

所述数据采集模块用于采集所述测斜仪传递来的数据信息，并将所述数据信息通过所述远传数据模块传递给所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于对所述数据信息进行分析、处理。

在一种可能的设计中，所述管道位移监测系统还包括：保护箱，套装在所述电源、所述数据采集模块、所述远传数据模块的外部。

在一种可能的设计中，所述管道位移监测系统还包括：供电模块，设置在所述保护箱上，并与所述电源电连接，用于为所述电源提供电能。

在一种可能的设计中，所述反射桩内设置有用于显示所述反射桩位置的定位模块。

在一种可能的设计中，所述管箍包括：可对接地第一环体和第二环体；

所述第一环体和所述第二环体用于在对接后形成空心管体结构，套装在所述待监测管道上；

所述第一环体和所述第二环体通过螺栓连接。

在一种可能的设计中，所述第一环体和所述第二环体在对接处设置有密封保护垫。

另一方面，本发明实施例提供了利用上述管道位移监测系统对管道的位移变化进行监测的方法，所述方法包括：

将管箍套装在待监测管道上；

利用多个调节杆将反射桩的反射面的朝向调整至与卫星监测模块相对；

通过卫星监测模块监测所述反射桩的位移变化，进而获取所述待监测管道的位移变化。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明实施例提供的管道位移监测系统，通过设置自上而下顺次连接的反射桩、多个调节杆、连接架、万向连接杆、管箍，并使管箍套装在待监测管道上，可以使反射桩随管道的位移变化而发生变化。通过设置卫星监测模块，并使其与反射桩配合使用，可以准确地监测反射桩的位移变化，进而监测到管道的位移变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的管道位移监测系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的管道位移监测系统的一个应用示意图；

图3是本发明实施例提供的管道位移监测系统的另一个应用示意图。

附图标记分别表示：

1 反射桩，

2 调节杆，

3 连接架，

4 万向连接杆，

5 管箍，

501 第一环体，

502 第二环体，

6 固定肋板，

7 反射球，

8 电源，

9 测斜仪，

10 数据采集模块，

11 远传数据模块，

12 保护箱，

13 供电模块，

14 螺栓，

15 密封保护垫，

16 定位模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

需要说明的是，反射桩1上有多个反射面，卫星监测模块是通过反射桩1的反射面判断反射桩1的位置，进而得到反射桩1的位移变化。反射面的朝向指的是反射面所对的方向。

一方面，本发明实施例提供了一种管道位移监测系统，如附图1所示，该管道位移监测系统包括：卫星监测模块，以及自上而下顺次连接的反射桩1、多个调节杆2、连接架3、万向连接杆4、管箍5、反射球7和侦察模块。其中，管箍5套装在待监测管道上，多个调节杆2用于调整反射桩1的反射面的朝向；卫星监测模块用于监测反射桩1的位移变化。反射球7设置在反射桩1的上端；侦察模块用于监测反射球7的位移变化

在对管道进行监测前，利用多个调节杆2将反射桩1的反射面的朝向调整至与卫星监测模块相对。当需要监测管道的位移变化时，只需通过卫星监测模块监测反射桩1的位移变化，即可获取待监测管道的位移变化。可以理解的是，由于反射桩1、多个调节杆2、连接架3、万向连接杆4、管箍5自上而下顺次连接，因此，通过监测反射桩1的位移变化即可监测管道的位移变化。

本发明实施例提供的管道位移监测系统，通过设置自上而下顺次连接的反射桩1、多个调节杆2、连接架3、万向连接杆4、管箍5，并使管箍5套装在待监测管道上，可以使反射桩1随管道的位移变化而发生变化。通过设置卫星监测模块，并使其与反射桩1配合使用，可以准确地监测反射桩1的位移变化，进而监测到管道的位移变化。

需要说明的是，如果一直使用上述卫星监测模块进行管道位移监测，那么需要耗费的成本较高。因此，通过将卫星监测模块与侦察模块配合使用(即隔一年或半年使用一次卫星监测模块，平时只使用侦察模块)，不仅可以提高管道位移变化监测的准确性，还能够降低成本。

其中，卫星监测模块可以为遥感卫星、光学卫星等。侦察模块可以为无人机等，只要其能够与反射球7相配合，完成对管道位移的监测即可。

为了避免反射桩1在管道没有发生位移变化时发生晃动或倾倒，如附图1所示，该管道位移监测系统还包括：多个固定肋板6，对称设置在万向连接杆4的两侧，且固定肋板6的两端分别设置在万向连接杆4的下部和管箍5的上部。

在本发明实施例中，如附图1所示，管道位移监测系统还包括：顺次电连接的电源8、测斜仪9、数据采集模块10、远传数据模块11、数据处理模块。测斜仪9固定在万向连接杆4上。数据采集模块10用于采集测斜仪9传递来的数据信息，并将数据信息通过远传数据模块11传递给数据处理模块。数据处理模块用于对该数据信息进行分析、处理。

当管道发生位移变化时，测斜仪9会测试出万向连接杆4的偏斜度信息，数据采集模块10采集到该偏斜度信息后，会将该偏斜度信息通过远传数据模块11传递给数据处理模块，并利用数据处理模块对该数据信息进行分析、处理。

具体地，作为一种示例，如附图2所示，可以通过数学式(1)算得两套管道位移监测系统间管段的相对沉降变化。但该计算方法适合距离较近，且在同一灾害范围内(如同一滑坡下的两套管道位移监测系统)。

长度为L的管道在土体拖曳下由X变化到Y，两套位移监测系统a、b同样发生角度倾斜θ₁、θ₂，位置变化到c、d，则两个管道截面间的相对位移沉降变化量为：

Δh＝L(tanθ₁-tanθ₂) (1)

一般认为，对于管道这种柔性连续材质测斜仪的倾角变化越大说明该处曲率越大，可通过几个连续监测设备的θ大小以及力学知识数值求解灾害穿越段的管道变形及应力大小。

由于卫星监测模块和侦察模块主要监测的是管道的横向位移变化，因此，通过如上设置，可以实现对管道纵向位移的监测，进一步提高对管道位移变化监测的准确性。

其中，数据采集模块10可以为下位机，数据处理模块可以为上位机。

为了保证测斜仪9与万向连接杆4连接紧固，可以将测斜仪9焊接在该万向连接杆4上。

进一步地，为了避免电源8、数据采集模块10、远传数据模块11在使用过程中受潮或因磕碰而发生损坏，如附图1所示，管道位移监测系统还包括：保护箱12。该保护箱12套装在电源8、数据采集模块10、远传数据模块11的外部。

为了确保电源8能够为测斜仪9持久供电，如附图1所示，该管道位移监测系统还包括：供电模块13。该供电模块13设置在保护箱12上，并与电源8电连接，用于为电源8提供电能。

其中，供电模块13可以为太阳能电池板，如此，可以在完成对电源供电的同时，节省能源。

此外，为了时刻掌握反射桩1的位置，以便工作人员对该反射桩1进行后续的安装、拆卸、维护工作，反射桩1内设置有用于显示反射桩1位置的定位模块16，参见附图1。

其中，定位模块16可以为全球定位系统(Global Positioning System,简称GPS)。

在本发明实施例中，如附图1所示，管箍5包括：可对接地第一环体501和第二环体502。第一环体501和第二环体502用于在对接后形成空心管体结构，套装在待监测管道上。第一环体501和第二环体502通过螺栓14连接。

通过如此设置，不仅可以保证第一环体501和第二环体502连接紧固，而且便于拆卸，可以随时完成管箍5在管道上的安装与拆卸。

进一步地，为了保证第一环体501和第二环体502之间的密封性，可以在第一环体501和第二环体502的对接处设置密封保护垫15，参见附图1。

此外，该管道位移监测系统可同时通过配备相应传感器采集管道周围土壤温度、土压力、土壤含水量等参数，为监测土体移动规律提供数据，也可以在系统附近安装管道应变传感器。

以某大型滑坡体1为例，油气长输管道斜穿其中，通过实地调查之后专家一致认为该滑动面的长度为200米。如附图3所示，在滑坡的前缘、后缘及中心部分管道A上分别搭建上述管道位移监测系统B。系统安装完成后，在滑坡推力作用下，发生位移形变后的管道C带动管道位移监测系统D也发生了位移，该位移量直接体现为管道的位移变化，可由遥感卫星或无人机及光学卫星系统直接侦查管道的位移变化。同时，对管道本体分别在3点、9点、12点方向安装了GK4100振弦式传感器E，可通过三点计算直接获得监测截面管道的最大应力，并通过供电模块13远传至上位机进行分析运算。每套位移监测装置均安装了YT-610B固定式测斜仪，位移监测系统F上固定对的测斜仪未发生倾角变化，说明该点为这段管道的最大位移点，可通过计算算得安装有管道位移监测装置D和G对F的相对沉降△h₄＝100tanθ₁，△h₁₀＝100tanθ₂。在对滑坡监测上，外部传感器H选择PT100温度传感器、LCKD土压力传感器和MP-508B水分传感器，均由供电模块13远传至上位机进行分析运算。

另一方面，本发明实施例提供了利用上述管道位移监测系统对管道的位移变化进行监测的方法，该方法包括：

将管箍5套装在待监测管道上。

利用多个调节杆2将反射桩1的反射面的朝向调整至与卫星监测模块相对。

通过卫星监测模块监测反射桩1的位移变化，进而获取待监测管道的位移变化。

通过利用上述方法，可以使反射桩1随管道的位移变化而发生变化，并准确地监测反射桩1的位移变化，进而监测到管道的位移变化。

以上所述仅为本发明的说明性实施例，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种管道位移监测系统，其特征在于，所述管道位移监测系统包括：卫星监测模块，无人机侦察模块，以及自上而下顺次连接的反射球(7)、呈三棱锥状的反射桩(1)、多个调节杆(2)、连接架(3)、万向连接杆(4)和管箍(5)；

所述管箍(5)套装在待监测管道上；

多个所述调节杆(2)分别支撑在所述反射桩(1)的底面的三个顶点处，用于调整所述反射桩(1)的反射面的朝向；

所述卫星监测模块用于监测所述反射桩(1)的位移变化；

所述反射球(7)设置在所述反射桩(1)的顶部顶点上；

所述无人机侦察模块用于监测所述反射球(7)的位移变化。

2.根据权利要求1所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述管道位移监测系统还包括：多个固定肋板(6)，对称设置在所述万向连接杆(4)的两侧，且所述固定肋板(6)的两端分别设置在所述万向连接杆(4)的下部和所述管箍(5)的上部。

3.根据权利要求1所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述管道位移监测系统还包括：顺次电连接的电源(8)、测斜仪(9)、数据采集模块(10)、远传数据模块(11)、数据处理模块；

所述测斜仪(9)固定在所述万向连接杆(4)上；

所述数据采集模块(10)用于采集所述测斜仪(9)传递来的数据信息，并将所述数据信息通过所述远传数据模块(11)传递给所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于对所述数据信息进行分析、处理。

4.根据权利要求3所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述管道位移监测系统还包括：保护箱(12)，套装在所述电源(8)、所述数据采集模块(10)、所述远传数据模块(11)的外部。

5.根据权利要求4所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述管道位移监测系统还包括：供电模块(13)，设置在所述保护箱(12)上，并与所述电源(8)电连接，用于为所述电源(8)提供电能。

6.根据权利要求1所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述反射桩(1)内设置有用于显示所述反射桩(1)位置的定位模块(16)。

7.根据权利要求1所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述管箍(5)包括：可对接地第一环体(501)和第二环体(502)；

所述第一环体(501)和所述第二环体(502)用于在对接后形成空心管体结构，套装在所述待监测管道上；

所述第一环体(501)和所述第二环体(502)通过螺栓(14)连接。

8.根据权利要求7所述的管道位移监测系统，其特征在于，所述第一环体(501)和所述第二环体(502)在对接处设置有密封保护垫(15)。

9.利用权利要求1-8任一项所述的管道位移监测系统对管道的位移变化进行监测的方法，其特征在于，所述方法包括：

将管箍(5)套装在待监测管道上；

利用多个调节杆(2)将反射桩(1)的反射面的朝向调整至与卫星监测模块相对；

通过卫星监测模块监测所述反射桩(1)的位移变化，进而获取所述待监测管道的位移变化。