CN110984256B - 一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统及方法，采用钢支撑轴力控制系统、后台系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统，钢支撑位置识别系统能够识别处于工作状态的钢支撑的位置信息，并将识别到的信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑的位置信息及轴力信息并进行实时监控，无需现场施工人员手工记录工地现场支撑的排布情况及其变化，有效提高了施工效率。并且，由于工地现场错综复杂，钢支撑与钢支撑支架平台位置对应关系容易出错，采用钢支撑位置识别系统，可避免施工人员手工记录中可能发生的对应关系的错误而导致控制错误，提高了基坑施工的安全性。

Description

一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统及方法

技术领域

本发明属于地下岩土工程施工领域，特别涉及深基坑微变形远程监控系统及方法。

背景技术

目前，深基坑微变形控制系统大量应用于深基坑的施工安全控制。随着安全越来越受到大家的重视，业主方和工程相关监管人员迫切希望实时知道各个工程项目的安全监控情况。

但是由于工地分布面广，不可能一一去工地现场了解情况。为此，市面上也出现了部分远程监控系统，可以远程观看工地计算机的监控数据。但是目前的通常做法是监控数据由计算机自动读取记录，监控数据对应的工地现场支撑的排布情况则由现场施工人员手工记录。

这就造成了远程只能看到监控数据而无法实时知道工地现场支撑的位置排布情况。工地现场根据施工进程，往往有些支撑在过程中支撑了一段时间后需进行拆除，另一处随着工程进行需增加支撑，这些动态变化无法在计算机中实时反映，均需人工根据施工进程进行记录。而人工操作存在人为错误操作和操作及时性的问题，使实时监控无法做到真正实时。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统及方法，实时三维动态显示支撑排布情况，用于解决现有的深基坑微变形控制系统无法实时显示工地现场支撑的位置排布情况的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，包括钢支撑轴力控制系统、后台系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统，所述钢支撑轴力控制系统负责采集钢支撑的轴力信息并通过控制支撑油缸的压力进行钢支撑的轴力控制，所述三维显示系统负责钢支撑动态模拟、控制界面的显示及控制信号的输入，所述后台系统分别与钢支撑轴力控制系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统连接，所述钢支撑位置识别系统能够识别处于工作状态的钢支撑的位置信息，并将识别到的钢支撑位置信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑的位置信息及轴力信息并进行实时监控。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑位置识别系统包括安装于每个支撑油缸上的识别器以及安装于基坑内的每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台上的标签，所述标签含有对应钢支撑支架平台的位置信息，所述支撑油缸分别安装于对应的所述钢支撑上，当安装有支撑油缸的钢支撑安装于钢支撑支架平台上时，支撑油缸上的识别器能够识别对应钢支撑支架平台上的标签，识别器将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器是否识别到标签信息以及标签所含的表征钢支撑位置的钢支撑支架平台的位置信息，所述后台系统通过三维显示系统，对识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置进行显示，对识别器未识别到的标签所对应的钢支撑进行隐藏。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑轴力情况的支撑油缸的压力信息发送至后台系统，后台系统根据识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，还包括负责数据存储的云平台系统，所述云平台系统与所述后台系统通信连接。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述识别器采用无线射频识别方式识别标签。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，在后台系统中结合BIM建立整个深基坑的三维模型，对每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台进行编号，每个编号对应不同位置的钢支撑支架平台。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑轴力控制系统包括若干控制柜、若干液压泵站、若干检测元件和监控站，所述控制柜和监控站通过CAN 总线连接通信，所述监控站与所述后台系统通信连接；每个所述控制柜与若干液压泵站连接，所述液压泵站分别与所述支撑油缸连接并控制各支撑油缸支撑各自对应的钢支撑；每个所述检测元件分别检测各个支撑油缸的运行情况，并将该信息反馈到所属的控制柜，所述检测元件为设于液压泵站和支撑油缸之间的连接管路上的压力传感器，所述监控站能够监控各支撑油缸的实时运行情况并对各支撑油缸的运行参数进行设定以及显示和输出各支撑油缸的实时运行情况即实时压力信息。

本发明还公开了一种三维动态深基坑微变形远程实时监控方法，采用如上所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据设计要求在后台系统中结合BIM建立整个深基坑的三维模型，对每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台进行编号，每个编号对应不同位置的钢支撑支架平台；

步骤2：对标签进行编号，使得标签编号与钢支撑支架平台编号一一对应，并将标签分别安装于对应的钢支撑支架平台上，且工地现场的钢支撑支架平台编号排布与三维图中的钢支撑支架平台编号排布相同；

步骤3：将识别器分别安装于对应的支撑油缸上，将支撑油缸分别安装于对应的钢支撑上，对各识别器进行编号，所述识别器与支撑油缸一一对应；

步骤4：随着基坑开挖进度，在基坑内增设钢支撑或者拆减钢支撑，增设的钢支撑安装于对应的钢支撑支架平台上，接入钢支撑轴力控制系统且加压至设定轴力，所述识别器将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器是否识别到标签信息，以及标签所含的表征钢支撑位置的钢支撑支架平台的位置信息，且所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑轴力情况的支撑油缸的压力信息发送至后台系统；

步骤5：后台系统通过三维显示系统，对识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息进行显示，对识别器未识别到的标签所对应的钢支撑进行隐藏，后台系统根据识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，通过增设钢支撑位置识别系统，能够识别处于工作状态的钢支撑的位置信息，并将识别到的钢支撑位置信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑的位置信息及轴力信息并进行实时监控，一方面，由于所述钢支撑位置识别系统识别实际钢支撑位置排布情况，无需现场施工人员手工记录工地现场支撑的排布情况及其变化，有效提高了施工效率，并使施工控制更为直观便捷：另一方面，由于工地现场错综复杂，钢支撑与钢支撑支架平台位置对应关系容易出错，采用钢支撑位置识别系统，可避免施工人员手工记录中可能发生的对应关系的错误而导致控制错误，提高了基坑施工的安全性。

附图说明

图1 为本发明一实施例的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统的结构示意图。

图2 为本发明一实施例的钢支撑轴力控制系统的控制框图。

图3为本发明一实施例的钢支撑位置识别系统与钢支撑轴力控制系统的示意图。

图中：1-钢支撑、2-支撑油缸、3-识别器、4-钢支撑支架平台、5-标签、6-基坑围护结构、7-控制柜、8-液压泵站。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

请参阅图1至图3，本实施例公开了一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，包括钢支撑轴力控制系统、后台系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统，所述钢支撑轴力控制系统负责采集钢支撑1的轴力信息并通过控制支撑油缸2（即液压千斤顶）的压力进行钢支撑1的轴力控制所述三维显示系统负责钢支撑1动态模拟、控制界面的显示及控制信号的输入，所述后台系统分别与钢支撑轴力控制系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统连接，所述钢支撑位置识别系统能够识别处于工作状态的钢支撑1的位置信息，并将识别到的钢支撑1位置信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑1的位置信息及轴力信息并进行实时监控。

本发明提供的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，通过增设钢支撑位置识别系统，能够识别处于工作状态的钢支撑1的位置信息，并将识别到的钢支撑1位置信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑1的位置信息及轴力信息并进行实时监控，一方面，由于通过所述钢支撑位置识别系统能够识别实际钢支撑1位置排布情况，无需现场施工人员手工记录工地现场支撑的排布情况及其变化，有效提高了施工效率，并使施工控制更为直观便捷：另一方面，由于工地现场错综复杂，钢支撑1与钢支撑支架平台4位置对应关系容易出错，采用钢支撑位置识别系统，可避免施工人员手工记录中可能发生的对应关系的错误而导致控制错误，提高了基坑施工的安全性。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑位置识别系统包括安装于每个支撑油缸2上的识别器3以及安装于基坑内的每个用于安装钢支撑1的钢支撑支架平台4上的标签5，所述标签5含有对应钢支撑支架平台4的位置信息，所述支撑油缸2分别安装于对应的所述钢支撑1上，当安装有支撑油缸2的钢支撑1安装于钢支撑支架平台4上时，支撑油缸2上的识别器3能够识别对应钢支撑支架平台4上的标签5，识别器3将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器3是否识别到标签5信息以及标签5所含的表征钢支撑1位置的钢支撑支架平台4的位置信息，所述后台系统通过三维显示系统，对识别器3识别到的标签5所对应的钢支撑1进行显示，对识别器3未识别到的标签5所对应的钢支撑1进行隐藏。

在本实施例子中，所述标签5可以根据需要按照基坑中的排布位置依次命名为A1~Z26，其中，字母表示标签5所在的楼层，例如A表示标签5位于最上面的楼层上，然后由上至下依次用字母B、C…；数字表示标签5在同一楼层中排布序号。优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑1轴力情况的支撑油缸2的压力信息发送至后台系统，后台系统根据识别器3识别到的标签5所对应的钢支撑1的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑1的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑位置识别系统包括：安装于每个支撑油缸2上的识别器3，所述钢支撑1上与支撑油缸2相连的一端下方的钢支撑支架平台4上分别设有一标签5，所述标签5含有对应钢支撑1所在的钢支撑支架平台4的位置信息，实际上就是对应钢支撑1的位置信息即安装位置信息，当钢支撑1安装于基坑的钢支撑支架平台4上时，支撑油缸2上的识别器3能够识别钢支撑支架平台4上的标签5，识别器3将识别到的标签5信息发送给后台系统，所述后台系统通过所述三维显示系统显示所有识别到的标签5所对应的钢支撑1的位置情况以及轴力情况。所有识别到的标签5所对应的钢支撑1即为工作状态的钢支撑。优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，还包括负责数据存储的云平台系统，所述云平台系统与所述后台系统通信连接。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述识别器3采用无线射频识别方式识别标签5。采用无线射频识别技术的识别器3和标签5，具有识别精度高、识别速度快、体积小、可重复使用、抗污染能力和耐久性强等优点。

优选的，在上述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统中，所述钢支撑轴力控制系统包括若干控制柜7、若干液压泵站8（简称泵站）、若干检测元件和监控站（未图示），本实施例中，控制柜7一共有12台，分别为控制柜1#~12#；每台控制柜7控制3台液压泵站8，分别为泵站1-1~1-3；每台液压泵站8控制4个支撑油缸2，分别为支撑油缸1-1-1~1-1-4，所述识别器3的编号与支撑油缸2的编号一一对应。所述控制柜7和监控站通过CAN 总线连接通信，所述监控站与所述后台系统通信连接；每个所述控制柜与若干液压泵站连接，所述液压泵站分别与所述支撑油缸连接并控制各支撑油缸支撑各自对应的钢支撑；每个所述检测元件分别检测各个支撑油缸的运行情况，并将该信息反馈到所属的控制柜，所述检测元件为设于液压泵站和支撑油缸之间的连接管路上的压力传感器，所述监控站能够监控各支撑油缸的实时运行情况并对各支撑油缸的运行参数进行设定以及显示和输出各支撑油缸的实时运行情况。支撑油缸的实时运行情况为钢支撑的实时压力信息，表征对应钢支撑轴力情况。使用时，通过监控站设定各支撑油缸的设定压力值后，将该支撑油缸所对应的钢支撑投入支撑作业；控制柜7通过各检测元件采集对应的支撑油缸的实际压力值，并通过CAN总线将各支撑油缸的实际压力值该传送到所述监控站；监控站分别对各支撑油缸的实际压力值和各自的设定压力值进行比对、分析和处理后向对应的控制柜7发送控制指令，控制柜7根据该控制指令控制所述液压泵站使得各支撑油缸的实际压力值分别符合各自的设定压力值。

请继续参阅图1至图3，本发明还公开了一种三维动态深基坑微变形远程实时监控方法，采用如上所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据设计要求在后台系统中结合BIM建立整个深基坑的三维模型，对每个用于安装钢支撑1的钢支撑支架平台4进行编号，每个编号对应不同位置的钢支撑支架平台4。

步骤2：对标签5进行编号，使得标签5编号与钢支撑支架平台4编号一一对应，并将标签5分别安装于对应的钢支撑支架平台4上，且工地现场的钢支撑支架平台编号排布与三维图中的钢支撑支架平台编号排布相同。

步骤3：将识别器3分别安装于对应的支撑油缸2上，将支撑油缸分别安装于对应的钢支撑1上，也就是说将识别器、支撑油缸和钢支撑组合成一个整体，对各识别器3进行编号，所述识别器3与支撑油缸2一一对应。

步骤4：随着基坑开挖进度，在基坑内增设钢支撑1或者拆减钢支撑1，增设的钢支撑1安装于对应的钢支撑支架平台4上，接入钢支撑轴力控制系统且加压至设定轴力，所述识别器3将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器3是否识别到标签信息，以及标签所含的表征钢支撑1位置的钢支撑支架平台4的位置信息，且所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑轴力情况的支撑油缸2的压力信息发送至后台系统。其中，标签所含的表征钢支撑1位置的钢支撑支架平台4的位置信息，通过钢支撑支架平台4的编号信息来获知。

步骤5：后台系统通过三维显示系统，对识别器识别到的标签所对应的钢支撑1的位置以及轴力信息进行显示，对识别器未识别到的标签所对应的钢支撑1进行隐藏，后台系统根据识别器3识别到的标签所对应的钢支撑1的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑1的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

综上所述，相对于现有技术而言，本发明所提供的一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，至少具有以下有益的技术效果：

1、大大提高工作效率：所述钢支撑位置识别系统可自动在三维模拟图上显示实际钢支撑1位置排布情况，无需现场施工人员手工记录工地现场支撑的排布情况及其变化，使现场控制更为直观便捷。

2、避免控制错误的发生：工地现场错综复杂，钢支撑1与钢支撑支架平台4位置对应关系容易出错，所述钢支撑位置识别系统可避免施工人员手工记录中可能发生的对应关系的错误而导致控制错误。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (7)

1.一种三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，包括钢支撑轴力控制系统、后台系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统，所述钢支撑轴力控制系统采集钢支撑的轴力信息并通过控制支撑油缸的压力进行钢支撑的轴力控制，所述三维显示系统负责钢支撑动态模拟、控制界面的显示及控制信号的输入，所述后台系统分别与钢支撑轴力控制系统、三维显示系统以及钢支撑位置识别系统连接，所述钢支撑位置识别系统能够识别处于工作状态的钢支撑的位置信息，并将识别到的钢支撑位置信息发送给后台系统，后台系统通过三维显示系统显示处于工作状态的钢支撑的位置信息及轴力信息并进行实时监控，所述钢支撑位置识别系统包括安装于每个支撑油缸上的识别器以及安装于基坑内的每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台上的标签，所述标签含有对应钢支撑支架平台的位置信息，所述支撑油缸分别安装于对应的所述钢支撑上，当安装有支撑油缸的钢支撑安装于钢支撑支架平台上时，支撑油缸上的识别器能够识别对应钢支撑支架平台上的标签，识别器将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器是否识别到标签信息以及标签所含的表征钢支撑位置的钢支撑支架平台的位置信息，所述后台系统通过三维显示系统，对识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置进行显示，对识别器未识别到的标签所对应的钢支撑进行隐藏。

2.如权利要求1所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑轴力情况的支撑油缸的压力信息发送至后台系统，后台系统根据识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

3.如权利要求1所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，还包括负责数据存储的云平台系统，所述云平台系统与所述后台系统通信连接。

4.如权利要求1所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，所述识别器采用无线射频识别方式识别标签。

5.如权利要求1所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，在后台系统中结合BIM建立整个深基坑的三维模型，对每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台进行编号，每个编号对应不同位置的钢支撑支架平台。

6.如权利要求1所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，其特征在于，所述钢支撑轴力控制系统包括若干控制柜、若干液压泵站、若干检测元件和监控站，所述控制柜和监控站通过CAN 总线连接通信，所述监控站与所述后台系统通信连接；每个所述控制柜与若干液压泵站连接，所述液压泵站分别与所述支撑油缸连接并控制各支撑油缸支撑各自对应的钢支撑；每个所述检测元件分别检测各个支撑油缸的运行情况，并将该信息反馈到所属的控制柜，所述检测元件为设于液压泵站和支撑油缸之间的连接管路上的压力传感器，所述监控站能够监控各支撑油缸的实时运行情况并对各支撑油缸的运行参数进行设定以及显示和输出各支撑油缸的实时运行情况。

7.一种三维动态深基坑微变形远程实时监控方法，其特征在于，采用如权利要求1至6任意一项所述的三维动态深基坑微变形远程实时监控系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1：根据设计要求在后台系统中结合BIM建立整个深基坑的三维模型，对每个用于安装钢支撑的钢支撑支架平台进行编号，每个编号对应不同位置的钢支撑支架平台；

步骤2：对标签进行编号，使得标签编号与钢支撑支架平台编号一一对应，并将标签分别安装于对应的钢支撑支架平台上，且工地现场的钢支撑支架平台编号排布与三维图中的钢支撑支架平台编号排布相同；

步骤3：将识别器分别安装于对应的支撑油缸上，将支撑油缸分别安装于对应的钢支撑上，对各识别器进行编号，所述识别器与支撑油缸一一对应；

步骤4：随着基坑开挖进度，在基坑内增设钢支撑或者拆减钢支撑，增设的钢支撑安装于对应的钢支撑支架平台上，接入钢支撑轴力控制系统且加压至设定轴力，所述识别器将识别情况发送至后台系统，所述识别情况包括识别器是否识别到标签信息，以及标签所含的表征钢支撑位置的钢支撑支架平台的位置信息，且所述钢支撑轴力控制系统将实时采集到的表征对应钢支撑轴力情况的支撑油缸的压力信息发送至后台系统；

步骤5：后台系统通过三维显示系统，对识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息进行显示，对识别器未识别到的标签所对应的钢支撑进行隐藏，后台系统根据识别器识别到的标签所对应的钢支撑的位置以及轴力信息，及时通过钢支撑轴力控制系统调整对应钢支撑的支撑轴力，实现深基坑微变形远程实时监控。

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