CN112681405A - 一种基坑自动化变形监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑自动化变形监测系统，包括数据采集装置、本地控制设备和后台监控系统；数据采集装置，用于对基坑的变形数据进行采集并将采集到的数据发送给本地控制设备；本地控制设备，用于存储采集数据并将其发送到后台监控系统，以使得后台监控系统对采集数据进行处理、分析、建模后实现对基坑的变形监测。本发明可实现对基坑的变形的自动化监测、实时监测，解决了人工检测效率差、存在危险等问题。

Description

一种基坑自动化变形监测系统

技术领域

本发明涉及土木工程领域，尤其涉及一种基坑自动化变形监测系统。

背景技术

目前，传统的基坑变形的监测是人工按照设定的计划定时携带监测设备在基坑内的各个监测点进行人工测验，同时进行数据的记录，该方式对于人员水平要求较高，速度较慢，也不能够实时对基坑的变形进行监测；同时，由于基坑内的地形多样，人员存在安全隐患。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基坑自动化变形监测系统，其能够对基坑的变形进行自动化监测以及实时在线检测。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种基坑自动化变形监测系统，包括数据采集装置、本地控制设备和后台监控系统；所述本地控制设备包括第一主控模块、第一通信模块和FLASH存储模块；数据采集装置包括智能监测传感器，智能监测传感器与第一主控模块连接，用于将采集数据发送给第一主控模块，使得第一主控模块将采集数据存储FLASH存储模块中；第一主控模块还通过第一通信模块与后台监控系统通讯连接，用于将存储FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统；后台监控系统包括第二通信模块、监测数据处理模块、基础数据存储模块和第二主控模块；所述监测数据处理模块通过第二通信模块与第一通信模块连接；监测数据处理模块与第二主控模块电性连接，用于将从本地控制设备获取的采集数据进行预处理后，发送给第二主控模块；所述基础数据存储模块，用于存储基坑的基础数据信息；所述第二主控模块还用于基于BIM模型对基坑的基础数据信息以及采集数据进行3D模型建立，然后将新建立的3D模型与系统存储的3D模型进行对比实现对基坑的变形监测。

进一步地，所述后台监控系统还包括模型更新模块；模型更新模块与第二主控模块电性连接，用于存储第二主控模块建立的3D模型；所述3D模型包括基坑的原始3D模型以及新建立的3D模型；其中，原始3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息建立的3D模型；新建立的3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息以及每次从第一主控模块获取的采集数据建立的3D模型；第二主控模块，根据基坑的基础数据信息以及采集数据度对基坑进行3D模型重建后，将新建立的3D模型存储于模型更新模块中存储；所述模型更新模块中的每个3D模型均包括构建时间。

进一步地，第一主控模块将采集数据上传至后台监控系统时还包括主动上传和被动上传；其中，主动上传包括第一主控模块根据预先设定的上传机制将存储FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统；被动上传包括第一主控模块接收到后台监控系统发送的上传指令后，将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

进一步地，所述预先设定的上传机制包括设定上传时间或FLASH存储模块的存储容量达到预设值时，第一主控模块将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

进一步地，所述第一主控模块还用于将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统后，将上传的采集数据从FLASH存储模块中删除。

进一步地，后台监控系统包括移动终端设备和云存储平台；后台监控系统的第二主控模块与云存储平台通信连接，用于将基坑的基础数据信息、每次的采集数据以及对应的判断结果均上传至云存储平台进行存储；移动终端设备与云存储平台通信连接，用于从云存储平台上查看基坑的判断结果。

进一步地，所述后台监控系统包括预警分析模块，第二主控模块与预警分析模块电性连接，用于调用预警分析模块中的预警引擎对基坑的变形测试结果进行分析，以及当达到预警时，及时向相关的工作人员发送预警信息。

进一步地，所述后台监控系统还包括专家系统，当达到预警时，第二主控模块，用于从专家系统中调用相应的处理方法，及时发送到相关的工作人员，以便相关工作人员采取对应的处理措施。

进一步地，第二主控模块，还用于根据多次的判断结果对基坑的变形进行预测分析得出基坑的变形趋势图，并发送到云存储平台进行存储。

进一步地，所述本地控制设备包括箱体以及安装于箱体内的电路板，所述第一主控模块、通信模块、FLASH存储模块均设于电路板上。

进一步地，所述电路板上设有电源模块；所述电源模块与第一主控模块电性连接；所述电源模块包括电池电源模块和太阳能电源模块。

进一步地，所述电路板上设有时钟电路；所述时钟电路与第一主控模块电性连接，用于为第一主控模块提供时间基准。

进一步地，所述智能监测传感器包括环境监测传感器、设备监测传感器、摄像设备和GPS定位模块，所述环境监测传感器用于对基坑以及周边建筑所处的环境数据进行监测并将采集到的环境数据定时上传至本地控制设备的第一主控模块；所述设备监测传感器，安装于基坑内的支护装置以及周边建筑设备上，用于对基坑内的支付装置以及周边建筑设备的位置、受力以及变形的监测；所述设备监测传感器，用于定时将采集到的监测数据上传至第一主控模块或当接收到第一主控模块发送的采集指令后，将采集到的监测数据上传至第一主控模块；所述GPS定位模块设于每个智能监测传感器的安装位置处，用于将每个智能监测传感器的位置信息实时上传主第一主控模块；所述摄像设备，用于对基坑以及基坑的周边环境进行录像；所述摄像设备与第一主控模块连接，用于当第一主控模块发送录像指令时启动录像并将录像数据上传至第一主控模块，进而存储到FLASH存储模块中；

第一主控模块，还用于将录像数据通过第一通信模块、第二通信模块上传至监测数据处理模块进行预处理后发送到第二主控模块，使得第二主控模块根据录像数据对基坑的变形进行判断。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过将在基坑的各个监测点设置传感器装置，并将其与本地控制设备通信连接，以实现对基坑的实时监测；同时，将监测数据存储于本地系统中，以便在网络稳定或接收到上传指令后将数据上传至后台控制系统，以使得后台控制系统根据数据进行处理，实现对基坑的变形进行判断，本发明既可以实现对基坑的变形的实时监测，同时又可避免因网络不稳等外部因素导致数据丢失，解决了现有技术中人工对基坑变形判断的效率低下、操作难度大等问题。

附图说明

图1为本发明提供的基坑的自动化监测系统的模块图；

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

针对现有人工对基坑变形进行检测的问题，本实施例提供了一优选的实施例，一种基坑自动化变形监测系统，如图1所示，包括数据采集装置、本地控制设备和后台监控系统。

其中，数据采集装置与本地控制设备通过自组网连接，以实现将采集到的数据发送到本地控制设备。

本地控制设备包括第一主控模块、第一通信模块和FLASH存储模块。其中，数据采集装置与第一主控模块连接，用于将采集数据发送给第一主控模块。FLASH存储模块与第一主控模块电性连接，用于存储采集数据。也即，第一主控模块通过数据采集装置获取到采集数据后将其存储于FLASH存储模块中。

第一主控模块还通过第一通信模块与后台监控系统通信连接，用于将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

优选地，采集数据上传至后台监控系统可采用主动上传和被动上传。其中，主动上传是指第一主控模块主动将采集数据上传至后台监控系统。具体地，通过在系统内设定上传的时间，当达到上传时间时，第一主控模块自动将FLASH存储模块中的数据上传至后台监控系统；或者，通过在系统内设定FLASH存储模块的存储容量，当达到一定的存储容量后，第一主控模块自动将FLASH存储模块的采集数据上传至后台监控系统。优选地，为了保证FLASH存储模块的存储空间，当第一主控模块将采集数据上传至后台监控系统后，将对应的采集数据从FLASH存储模块中删除，以便后续继续存储采集数据。

优选地，主动上传的上传机制可通过后台监控系统向第一主控模块发送设置指令，使得第一主控模块在系统内设置主动上传的上传机制。

被动上传是指当第一主控模块接收到后台监控系统发送的上传指令后，第一主控模块将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。优选地，上传指令包括上传数据的类型、时间等内容，第一主控模块可根据上传指令从FLASH存储模块中匹配得到对应的采集数据并将其上传至后台监控系统，同时将对应的采集数据从FLASH存储模块中删除，以便节省空间，避免由于采集数据过多导致数据丢失。

优选地，由于基坑一般处于野外，环境较为复杂，而本地控制设备设于距离基坑不远处，为了使得采集数据的传输稳定性，本地控制设备将数据上传至后台监控系统的同时，还要判断网络是否稳定，当网络稳定后，第一主控模块再将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。若需要上传数据，第一主控模块检测到当前网络不稳定时，第一主控模块可预先将该上传任务存储到系统中，当检测到网络稳定后，再启动该上传任务继续将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

优选地，第一通信模块包括3G通信网络、4G通信网络、5G通信网络、以太网等等各种通信网络，具体可根据实际的情况设定。

优选地，数据采集装置包括智能监测传感器，用于对基坑的变形数据进行采集并将采集数据上传至第一主控模块。更进一步地，根据监测数据的类型不同，智能监测传感器包括环境监测传感器和设备监测传感器。

其中，基坑的变形监测是指针对基坑内的支护结构、周边环境(岩体、建筑物、道路、地下设施)的监测，比如，包括位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起、土层孔隙水压力、地下水位的动态变化。

环境监测传感器，包括温度计、雨量计、大气压强计等各种用于测量环境数据的传感器，分设于基坑内的各个监测点，用于对基坑所处的环境数据进行监测，并将监测到的环境数据实时上传至第一主控模块，以便存储FLASH存储模块中。

设备检测传感器，安装于基坑的支护装置以及周边环境的建筑体上，用于检测基坑的支护装置以及周边环境的建筑体的位移、倾斜、沉降、应力、开裂、基底隆起、土层孔隙水压力、地下水位的动态变化等。

第一主控模块与设备检测传感器连接，用于向设备检测传感器发送控制指令，从而获取对应的监控数据并存储FLASH存储模块中。

优选地，智能监测传感器还包括GPS定位模块，GPS定位模块安装于每个设备检测传感器的位置以及每个环境监测传感器的位置，以实现对每个传感器的实时定位，以便判断每个传感器的位置是否发生变化。

其中，智能监测传感器与本地控制设备采用自组网技术连接。具体地，本地控制设备可通过低功耗蓝牙与智能监测传感器进行通信连接，通过在对应的传感器内设置蓝牙模块，以实现第一主控模块与智能监测传感器的蓝牙连接。

优选地，第一主控模块还可通过蓝牙模块向每个智能监测传感器发送控制指令，进而控制智能监测传感器的数据采集频率。

优选地，本地控制设备还包括电源模块。电源模块为本地控制设备的第一主控模块提供电源。其中，电源模块包括电池电源模块和太阳能电源模块。通过设置太阳能电源模块，以便利用太阳能发电，节省能耗。

优选地，本地控制设备包括一箱体以及设于箱体内的电路板。其中，第一主控模块、第一通信模块、电源模块以及FLASH存储模块均设于电路板上。通过箱体以便实现对本地控制设备中的各个模块进行保护，避免受到外界的环境因素的影响。更为具体地，箱体为耐腐蚀、耐风霜、耐雨水、耐晒等箱体。

优选地，第一主控模块还对存储于FLASH存储模块的采集数据进行加密，并将加密后的采集数据上传至后台监控系统，避免基坑的数据泄露，导致施工工地的数据泄露。

优选地，电路板上还设有时钟电路，用于为本地控制设备提供时间基准。当第一主控模块将采集数据存储FLASH存储模块时，还对每个智能监测传感器所采集到的采集数据记录相应的采集时间。对不同类型的采集数据按照类型进行分类存储；对于每一类采集数据的采集数据按照对应的采集时间进行分类存储，以便后续对基坑的变形数据进行分析。

后台监控系统包括第二通信模块、监测数据处理模块、基础数据存储模块和第二主控模块。其中，第二通信模块与第一通信模块连接。监测数据处理模块通过第二通信模块、第一通信模块与本地控制设备的第一主控模块连接。第一主控模块将采集数据上传至监测数据处理模块。监测数据处理模块，对接收到的第一主控模块发送的采集数据，首先对采集数据进行预处理，然后将预处理后的数据发送数第二主控模块。其中，预处理包括解密、按照采集数据的类型、采集时间等进行分类。

由于基坑的变形可能是一个长期缓慢的过程，因此，在对采集数据进行分析时，需要辨别每个采集数据的采集时间，以便分析得出基坑的变形时间线。

优选地，基础数据存储模块，用于存储基坑的基础数据信息。

第二主控模块，用于基于BIM模型对基坑的基础数据信息以及监测数据信息对基坑内进行3D模型建立，然后将新形成的3D模型与系统中存储的3D模型进行对比，进而实现对基坑的变形监测，并将监测结果存储到系统中。

优选地，后台监控系统还包括模型更新模块，模型更新模块与第二主控模块电性连接，用于存储第二主控模块建立的3D模型；其中，3D模型包括基坑的原始3D模型以及第二主控模块新建立的3D模型。原始3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息建立的3D模型。新建立的3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息以及每次从第一主控模块获取的采集数据建立的3D模型。当第二主控模块基于BIM模型对基坑进行新建3D模型后，将新建立的3D模型发送到模型更新模块进行存储，以更新系统中存储的3D模型。

优选地，模型更新模块中存储的每个3D模型均按照时间先后顺序进行排列，以便主控模块将新建立的3D模型与模型更新模块中存储的每个3D模型进行对比后，得出基坑变形的时间段。

优选地，本实施例还包括移动终端设备和云存储平台。

第二主控模块将判断结果上传至云存储平台。移动终端设备与云存储平台通信连接，用于从云存储平台上下载基坑的变形测试结果。

同时，云存储平台，还用于根据多次判断结果进行图形可视化，通过表格或图视的方式来使得基坑的变形可视化，以便用户通过移动终端设备查看。

优选地，后台监控系统还包括预警分析模块。通过在系统中设置预警引擎。预警分析模块与第二主控模块电性连接，用于对判断结果进行分析，当判断得出基坑的变形达到预警时，及时向相关的工作人员发送预警信息，能够第一时间以短信、传真、广播等形式发送到相关工作人员，实现综合预警功能。

更为优选地，后台监控系统还包括专家系统。当预警分析模块判断得出基坑变形达到预警时，从专家系统中直接提取得出相应的处理方法，及时采取人员介入、封锁道路等措施，将安全隐患消除在萌芽状态。

优选地，第二主控模块还根据多次的判断结果对基坑的变形进行预测分析，以便及时预测到基坑的变形趋势，为相关工程人员及时提供有效的预警以及预测。

优选地，第二主控模块还将基坑的基础数据信息以及所有的监测数据信息存储到云存储平台中，以便为后续同类工程的设计、施工等提供类比依据。

优选地，数据采集装置还包括摄像设备，摄像设备包括一个或多个，分设于基坑内，用于对基坑以及基坑的周边环境进行录像并将录像数据上传至第一主控模块。第一主控模块，将录像数据存储于FLASH存储模块中。当需要上传数据时，第一主控模块将录像数据通过第一通信模块、第二通信模块上传至监测数据处理模块。监测数据处理模块对录像数据进行预处理，比如可通过采用图像处理技术等对录像数据进行预处理，并将预处理后的录像数据发送到第二主控模块。第二主控模块，用于对录像数据进行图像处理后发送到云存储平台。优选地，为了节省能耗，摄像设备一般处于低功耗状态，只有当第二主控模块判断得出基坑存在变形时，第二主控模块通过监测数据处理模块、第二通信模块、第一通信模块将录像指令发送给第一主控模块，从而使得第一主控模块将录像指令发送至摄像设备时，启动摄像设备对基坑以及基坑的周边环境进行录制，并将录制生成的录像数据再通过第一主控模块、第一通信模块、第二通信模块上传至监测数据处理模块，进而发送给第二主控模块，这样，在监测到基坑产生变形的同时，对基坑以及基坑的周边环境进行录像，可将基坑的实际变化录制下来，以便根据录像数据对基坑的变形进一步判断。比如从图像的角度来判断基坑的变化。

同时，第一主控模块将录像数据上传至后台监控系统的同时，还将录像数据存储于FLASH存储模块中，以保证网络不稳时导致传输数据丢失。当数据传输失败时，第一主控模块可从FLASH存储模块中获取录像数据上传至后台监控系统。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，包括数据采集装置、本地控制设备和后台监控系统；所述本地控制设备包括第一主控模块、第一通信模块和FLASH存储模块；数据采集装置包括智能监测传感器，智能监测传感器与第一主控模块连接，用于将采集数据发送给第一主控模块，使得第一主控模块将采集数据存储FLASH存储模块中；第一主控模块还通过第一通信模块与后台监控系统通讯连接，用于将存储FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统；后台监控系统包括第二通信模块、监测数据处理模块、基础数据存储模块和第二主控模块；所述监测数据处理模块通过第二通信模块与第一通信模块连接；监测数据处理模块与第二主控模块电性连接，用于将从本地控制设备获取的采集数据进行预处理后，发送给第二主控模块；所述基础数据存储模块，用于存储基坑的基础数据信息；所述第二主控模块还用于基于BIM模型对基坑的基础数据信息以及采集数据进行3D模型建立，然后将新建立的3D模型与系统存储的3D模型进行对比实现对基坑的变形监测。

2.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述后台监控系统还包括模型更新模块；模型更新模块与第二主控模块电性连接，用于存储第二主控模块建立的3D模型；所述3D模型包括基坑的原始3D模型以及新建立的3D模型；其中，原始3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息建立的3D模型；新建立的3D模型是指第二主控模块根据基坑的基础数据信息以及每次从第一主控模块获取的采集数据建立的3D模型；第二主控模块，根据基坑的基础数据信息以及采集数据度对基坑进行3D模型重建后，将新建立的3D模型存储于模型更新模块中存储；所述模型更新模块中的每个3D模型均包括构建时间。

3.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，第一主控模块将采集数据上传至后台监控系统时还包括主动上传和被动上传；其中，主动上传包括第一主控模块根据预先设定的上传机制将存储FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统；被动上传包括第一主控模块接收到后台监控系统发送的上传指令后，将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

4.根据权利要求3所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述预先设定的上传机制包括设定上传时间或FLASH存储模块的存储容量达到预设值时，第一主控模块将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统。

5.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述第一主控模块还用于将FLASH存储模块中的采集数据上传至后台监控系统后，将上传的采集数据从FLASH存储模块中删除。

6.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，后台监控系统包括移动终端设备和云存储平台；后台监控系统的第二主控模块与云存储平台通信连接，用于将基坑的基础数据信息、每次的采集数据以及对应的判断结果均上传至云存储平台进行存储；移动终端设备与云存储平台通信连接，用于从云存储平台上查看基坑的判断结果。

7.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述后台监控系统包括预警分析模块，第二主控模块与预警分析模块电性连接，用于调用预警分析模块中的预警引擎对基坑的变形测试结果进行分析，以及当达到预警时，及时向相关的工作人员发送预警信息。

8.根据权利要求7所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述后台监控系统还包括专家系统，当达到预警时，第二主控模块，用于从专家系统中调用相应的处理方法，及时发送到相关的工作人员，以便相关工作人员采取对应的处理措施。

9.根据权利要求7所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，第二主控模块，还用于根据多次的判断结果对基坑的变形进行预测分析得出基坑的变形趋势图，并发送到云存储平台进行存储。

10.根据权利要求1所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述本地控制设备包括箱体以及安装于箱体内的电路板，所述第一主控模块、通信模块、FLASH存储模块均设于电路板上。

11.根据权利要求10所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述电路板上设有电源模块；所述电源模块与第一主控模块电性连接；所述电源模块包括电池电源模块和太阳能电源模块。

12.根据权利要求10所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述电路板上设有时钟电路；所述时钟电路与第一主控模块电性连接，用于为第一主控模块提供时间基准。

13.根据权利要求12所述的一种基坑自动化变形监测系统，其特征在于，所述智能监测传感器包括环境监测传感器、设备监测传感器、摄像设备和GPS定位模块，所述环境监测传感器用于对基坑以及周边建筑所处的环境数据进行监测并将采集到的环境数据定时上传至本地控制设备的第一主控模块；所述设备监测传感器，安装于基坑内的支护装置以及周边建筑设备上，用于对基坑内的支付装置以及周边建筑设备的位置、受力以及变形的监测；所述设备监测传感器，用于定时将采集到的监测数据上传至第一主控模块或当接收到第一主控模块发送的采集指令后，将采集到的监测数据上传至第一主控模块；所述GPS定位模块设于每个智能监测传感器的安装位置处，用于将每个智能监测传感器的位置信息实时上传主第一主控模块；所述摄像设备，用于对基坑以及基坑的周边环境进行录像；所述摄像设备与第一主控模块连接，用于当第一主控模块发送录像指令时启动录像并将录像数据上传至第一主控模块，进而存储到FLASH存储模块中；

第一主控模块，还用于将录像数据通过第一通信模块、第二通信模块上传至监测数据处理模块进行预处理后发送到第二主控模块，使得第二主控模块根据录像数据对基坑的变形进行判断。

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