CN114111712B - 一种用于监测建筑物沉降的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于监测建筑物沉降的系统及方法，压力传感部横向和纵向地设置于建筑物底部，用于获取所述建筑物底部不同位置处的压力变化量，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；数据寄存器存储多个应变光纤光栅传感器位置数据、纵向传感数据和横向传感数据；处理器基于所述横向传感数据和纵向传感数据计算横向和纵向的沉降数据，将所述横向和纵向的沉降数据与多个应变光纤光栅传感器位置数据相结合，计算空间沉降数据；空间沉降模型生成部用于接收所述空间沉降数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型。本发明通过应变光纤光栅传感器监测建筑物沉降，并拟合成空间沉降模型，提高了监测精度以及空间模型的拟合效果。

Description

一种用于监测建筑物沉降的系统及方法

技术领域

本发明涉及工程监测领域，尤其涉及一种用于监测建筑物沉降的系统及方法。

背景技术

随着我国在民用基础设施和大型建筑物的新建或修缮，对建筑物的结构健康监测、检测、质量评估以及对于现役结构的安全性能监测等问题己经引起相关部门的高度关注。地基沉降是建筑物施工过程中及施工后需要监测的一项重要指标，它是指地基土层在外加应力的作用下被压密而引起的地基沉降现象。当地基沉降量过大，特别是当不均匀的地基沉降发生时，将使建筑物发生倾斜、开裂等现象，以致建筑物不能正常使用。

目前对于地面、桥基等的沉降监测，普遍采用精密三角高程测量、静力水准法、分层沉降法、相机链视觉测量方法等。静力水准法是沉降监测所采用的主要方法，精密三角高程测量可以做为静力水准法的补充，这两种方法都适合于对精密度要求不高的沉降监测。

例如专利文献CN108914985A中，提供了建筑基坑沉降智能监测系统，包括基坑沉降传感监测装置、监测中心、存储装置和用户终端；所述基坑沉降传感监测装置用于对基坑中的变形、地下水、应力应变进行感知，并对感知到的监测数据进行采集；所述监测中心预先存储有基坑沉降的基本数据信息，以及接收并存储所述基坑沉降传感监测装置的监测数据，同时将监测数据同步上传至所述存储装置；所述监测中心还根据所述基本数据信息对监测数据进行分析，检测出监测数据异常时发出警示。但是该技术方案缺少对数据进行过滤和校正的过程，数据的可靠性较低。

再例如专利文献CN110631548A中，提供了用于防护工程建筑沉降与倾斜的实时监控大数据系统，中心数据处理中心分别与预警报警模块和分站数据处理器连接，所述分站数据处理器通过远红外发射仪与远红外接收仪连接，所述远红外发射仪和所述分站数据处理器均与所述支撑机构连接，所述预警报警模块通过无线传输模块与移动端连接，所述中心数据处理中心通过网络传输模块与云端存储器连接。该技术方案仍采用远红外发射仪与远红外接收仪对建筑物的状态进行监控，精度大大降低。

因此，对于高精度的沉降监测最佳的方式是使用光纤传感器，光纤传感器是将光源发出的光经过光纤传送至各种传感元件中，使所需测量的被测参量与调制元件中的传输光相互作用，进而改变某些光学参量(如光的波长、频率、振幅、相位、光程、偏振态等)的特性，此过程被称为光信号的调制。再将被调制的光信号进行传输，当被调制的光信号传输到信号解调单元中，信号解调单元对被调制的光信号进行解调，获得被测参量的相关信息，完成整个光学测量过程。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于监测建筑物沉降的系统，包括：压力传感部、数据寄存器、处理器和空间沉降模型生成部；

所述压力传感部横向和纵向地设置于所述建筑物底部，用于获取所述建筑物底部不同位置处的压力变化量，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；

所述数据寄存器存储所述压力传感部的位置数据、纵向传感数据和横向传感数据；

所述处理器基于所述横向传感数据和纵向传感数据计算所述建筑物的横向和纵向的沉降数据，所述沉降数据结合压力传感部的位置数据，计算空间沉降数据；

所述空间沉降模型生成部用于接收所述空间沉降数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型。

进一步地，所述压力传感部包括：多个应变光纤光栅传感器、光源、光纤耦合器、解调仪和分析部；

多个应变光纤光栅传感器以规定间隔布设在光纤上，所述多个应变光纤光栅传感器对应建筑物下部的不同位置，从而对所述建筑物不同位置的压力变化量进行感测；

所述光源通过所述光纤耦合器连接于所述光纤，用于向所述多个应变光纤光栅传感器输入光信号，所述多个应变光纤光栅传感器接收并反射所述光信号；

所述光纤耦合器将被应变光纤光栅传感器反射的光信号传输至所述解调仪，所述解调仪解析分别被所述多个应变光纤光栅传感器反射的光信号的波长；

所述分析部，根据所述解调仪解析的波长值计算所述建筑物下部的不同位置的压力变化量。

进一步地，所述压力变化量ΔP通过下式计算:

ΔP＝Ｉ（λ₀-λ）；

λ₀为光源发射的光信号的初始中心波长，λ为被应变光纤光栅传感器反射的光信号中心波长；

当应变光纤光栅传感器规格选定后，参数Ｉ为确定值，并通过下式进行计算：

；

其中，L为应变光纤光栅传感器中光栅的栅长，Pe为光栅的弹光系数，ε为应变光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，μ为应变光纤光栅传感器材料的泊松系数。

进一步地，所述压力传感部包括：多个应变光纤光栅传感器对、光纤、光纤耦合器、光源、解调仪、分析部、滤波器和放大器；

每个应变光纤光栅传感器对包括以使应变不起作用的方式设置的基准光纤光栅和以使应变起作用的方式设置的测量光纤光栅；

所述分析部根据所述解调仪解析的波长值计算所述建筑物下部的不同位置的压力变化量；并基于所述光纤的反射指数、所述滤波器的线宽、所述放大器放大的光的频率及所述光源的波长带宽来计算所述基准光纤光栅与测量光纤光栅之间的最大允许间隔。

进一步地，所述基准光纤光栅与测量光纤光栅之间的最大允许间隔ΔD通过下式计算：

；

其中，c表示光速，Δλ表示滤波器的线宽，n表示光纤的反射指数，f表示放大器放大的光的频率，Δλ₀表示光源发射的光的带宽，

是用于补偿非线性的因子。

进一步地，所述分析部包括峰值检测器、比较器、峰值差计算器和傅里叶变换器；

所述峰值检测器检测由在所述基准光纤光栅反射的光的光信号的基准峰值脉冲P2和由在所述测量光纤光栅反射的光的光信号的测量峰值脉冲P1；

所述比较器将所述测量峰值脉冲P1与阈值进行比较，当测量峰值脉冲P1的强度等于或大于阈值时则将所述测量峰值脉冲P1识别峰值，当测量峰值脉冲P1的强度小于阈值时则不将所述测量峰值脉冲P1识别峰值；

所述比较器将基准峰值脉冲P2与阈值进行比较，当基准峰值脉冲P2的强度等于或大于阈值时则将所述基准峰值脉冲P2识别峰值，当基准峰值脉冲P2的强度小于阈值时则不将所述基准峰值脉冲P2识别峰值；

所述峰值差计算器实时测量基准峰值脉冲P2和测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt，基于时间间隔Δt内的光信号振幅来测定所述测量光纤光栅被施加的应变的强度；

所述傅里叶变换器对基准峰值脉冲P2与测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt的时变数据进行快速傅里叶变换，分析施加于所述测量光纤光栅的应变的频率成分。

进一步地，所述处理器将横向传感数据和纵向传感数据转化为对应的横向沉降量数据和纵向沉降量数据，并分别拟合为横向和纵向的沉降数据，将所述横向和纵向的沉降数据与所述压力传感部的位置数据最终拟合为空间沉降数据，并将所述空间沉降数据发送给空间沉降模型生成部。

进一步地，在待测建筑物的不同层横截面和纵截面的下方均布设一条压力传感部，构成多组横向传感器和多组纵向传感器，所述处理器基于多组横向传感数据和多组纵向传感数据拟合多条横向沉降曲线和多条纵向沉降曲线，通过分别对比多条横向沉降曲线之间相同位置处的斜率和分别对比多条纵向沉降曲线之间相同位置处的斜率，剔除并纠正具有异常斜率的位置点的数据，最终拟合为横向拟合曲面和纵向拟合曲面。

进一步地，所述数据寄存器包括传感器位置数据存储单元、纵向传感数据存储单元和横向传感数据存储单元；

所述传感器位置数据存储单元存储所述多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据；

所述纵向传感数据存储单元接收纵向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的纵向传感数据；

所述横向传感数据存储单元接收横向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的横向传感数据。

本发明还提出了一种用于监测建筑物沉降的系统所实现的方法，包括如下步骤：

S1、将压力传感部横向和纵向地设置于建筑物底部，所述压力传感部的多个应变光纤光栅传感器以规定间隔地布设于光纤上，对建筑物横向和纵向位置的压力变化量进行感测，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；

S2、基于所述横向传感数据和纵向传感数据分别计算横向和纵向的沉降数据，并结合所述多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据，计算空间沉降数据；具体包括：

步骤S21，将横向传感数据和纵向传感数据转化为对应的横向沉降数据和纵向沉降数据；

步骤S22，根据转化后得到的横向和纵向沉降数据分别拟合为横向和纵向的沉降曲线数据；

步骤S23，根据横向和纵向上的多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据，将所述横向和纵向的沉降曲线数据拟合为空间沉降曲面数据，并将空间沉降曲面数据发送给空间沉降模型生成部；

S3、基于所述空间沉降曲面数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号；

图1示出了本发明的用于监测建筑物沉降的系统的结构示意图；

图2示出了本发明的压力传感部的结构示意图；

图3示出了本发明的压力传感部的优选实施例的结构示意图；

图4示出了本发明的数据寄存器、处理器和空间沉降模型生成部的结构示意图；

图5示出了本发明的另一实施例的压力传感部的布设方式示意图；

图6示出了本发明的用于监测建筑物沉降的方法的流程图；

图7示出了本发明的其中一个应变光纤光栅传感器对的测量结果。

附图标记说明：10、压力传感部；10a、10b、10c、另一实施例中示意性的压力传感部；11、应变光纤光栅传感器；12、光纤；13、光纤耦合器；14、光源；15、解调仪；16、分析部；17、滤波器；18、放大器；20、数据寄存器；30、处理器；40、空间沉降模型生成部；100、应变光纤光栅传感器对；101、测量光纤光栅；102、基准光纤光栅；161、峰值检测器；162、比较器；163、峰值差计算器；164、傅里叶变换器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，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。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

如图1所示，为本发明的用于监测建筑物沉降的系统的结构示意图，包括压力传感部10、数据寄存器20、处理器30和空间沉降模型生成部40；

压力传感部10布设于建筑物的下部，压力传感部10通过测定收发光信号的波长变化来获得建筑物不同位置处的压力变化量，如图2所示，为压力传感部10的结构示意图，压力传感部10包括多个应变光纤光栅传感器11、光纤12、光纤耦合器13、光源14、解调仪15和分析部16。

多个应变光纤光栅传感器11以规定间隔设置在光纤12上，且多个应变光纤光栅传感器11对应建筑物下部的不同位置，从而对建筑物不同位置的压力变化量进行感测。应变光纤光栅传感器优选为光纤布拉格光栅（FBG，Fiber Bragg Grating）传感器。

光源14通过光纤耦合器13连接于光纤12，光源14发出的光信号经过光纤耦合器13进入所述光纤12中的多个应变光纤光栅传感器11，多个应变光纤光栅传感器11接收并部分反射该光信号。

当有外界应力作用于应变光纤光栅传感器上时，应变光纤光栅传感器会产生应变和弹光效应，分别改变光栅栅格周期和光栅有效折射率，并且应变光纤光栅传感器的反射波的中心波长随着所受应变的变化呈线性变化。基于应变光纤光栅传感器的此种应变感应特性，则可感测到待测建筑物在检测点的应变参量。应变光纤光栅传感器的栅长越长，反射率越高，反射波的带宽越窄。因此，测量应变场时，应选择较长栅长的应变光纤光栅传感器，以保证较高的信噪比和波长解调精度。

由于光纤中布设有多个应变光纤光栅传感器11，因此反射波的信号各有不同，需要解调仪15对不同反射波的信号进行解调，如图2所示，被应变光纤光栅传感器11反射回来的光信号经过光纤耦合器13进入解调仪15。

具体地，当应变光纤光栅传感器受到轴向应变作用时，由于弹光效应不仅会导致周期栅格发生改变，还会引起纤芯有效折射率变化，λ₀为已知的光源发射的光信号初始中心波长，λ为被发生应变作用的应变光纤光栅传感器反射光谱中心波长，其可被解调仪测得，因此，通过光信号波长的偏移量，则可以计算探测点的压力变化量ΔP:

ΔP＝Ｉ（λ₀-λ）；

λ₀为光源发射的光信号的初始中心波长，λ为被应变光纤光栅传感器反射的光信号中心波长；

当应变光纤光栅传感器规格选定后，参数Ｉ为确定值，通过下式进行计算：

；

其中，L为光栅的栅长，Pe为光栅的弹光系数，ε为应变光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，μ为应变光纤光栅传感器材料的泊松系数。

上述计算过程由分析部16计算得出，并将计算所得的数据通过无线的方式发送至数据寄存器20。

如图3所示，为本发明的压力传感部的另一优选实施例。在该实施例中，压力传感部10包括多个应变光纤光栅传感器对100、光纤12、光纤耦合器13、光源14、解调仪15、分析部16、滤波器17和放大器18；多个应变光纤光栅传感器对100相互之间在沿光的传播方向上隔开规定距离以上，每个应变光纤光栅传感器对100包括以使应变不起作用的方式设置的基准光纤光栅102和以使应变起作用的方式设置的测量光纤光栅101。图7的上下两个图分别为其中一个应变光纤光栅传感器对100的测量结果。图7（a）为测量光纤光栅101的接收和反射的光信号的波长与功率关系的测量结果，图7（b）为测量光纤光栅101的接收和反射的光信号的时间与振幅关系的测量结果，图7（b）的横坐标表示时间轴，图7（b）中的光信号的脉冲在时间轴上的位置根据从光源14输出的光信号被反射回来的光波长而改变。根据建筑物沉降程度的不同，每对应变光纤光栅传感器对的反射波长也不同，从而可知，在时间轴中，峰值的发生位置也不同。

分析部16不但具有上一个实施例中的计算探测点的压力变化量的功能，还同时具有如下功能，基于光纤12的反射指数、滤波器17的线宽、放大器18放大的光的频率及光源14的波长带宽来计算基准光纤光栅102与测量光纤光栅101之间的最大允许间隔。

在本实施例中，基准光纤光栅102与测量光纤光栅101之间的最大允许间隔，通过下式计算：

；

其中，ΔD表示基准光纤光栅102与测量光纤光栅101之间的最大允许间隔，c表示光速，Δλ表示滤波器17的线宽，n表示光纤12的反射指数，f表示放大器18放大的光的频率，Δλ₀表示光源发射的光的带宽，

是用于补偿非线性的因子。

在本实施例中，分析部16包括峰值检测器161、比较器162、峰值差计算器163和傅里叶变换器164；

峰值检测器161检测由在基准光纤光栅102反射的光生成的光信号的基准峰值脉冲P2和由在测量光纤光栅101反射的光生成的光信号的测量峰值脉冲P1。

所述比较器将所述测量峰值脉冲P1与阈值进行比较，当测量峰值脉冲P1的强度等于或大于阈值时则将所述测量峰值脉冲P1识别峰值，当测量峰值脉冲P1的强度小于阈值时则不将所述测量峰值脉冲P1识别峰值；

所述比较器将基准峰值脉冲P2与阈值进行比较，当基准峰值脉冲P2的强度等于或大于阈值时则将所述基准峰值脉冲P2识别峰值，当基准峰值脉冲P2的强度小于阈值时则不将所述基准峰值脉冲P2识别峰值；峰值差计算器163实时测量基准峰值脉冲P2和测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt。峰值差计算器163基于时间间隔Δt内的光信号振幅来测定测量光纤光栅101被施加的应变的强度。

傅里叶变换器164对基准峰值脉冲P2与测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt的时变数据进行快速傅里叶变换，分析施加于测量光纤光栅101的应变的频率成分。

图1所示的实施例仅示出了在建筑物的横向上的布设压力传感部的示意图，为了空间地展示沉降模型，需要在纵向上以同样的方式布设压力传感部。即压力传感部横向和纵向地设置于所述建筑物底部，用于获取建筑物底部纵向和横向上不同位置处的压力变化量，分别输出纵向传感数据和横向传感数据。

如图4所示，数据寄存器包括传感器位置数据存储单元、纵向传感数据存储单元和横向传感数据存储单元。

传感器位置数据存储单元，其存储多个应变光纤光栅传感器的布设位置，即探测点位置，具体布设位置由人工根据探测需要进行设置并手动输入多个应变光纤光栅传感器位置数据；

纵向传感数据存储单元，其接收纵向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的纵向传感数据；

横向传感数据存储单元，其接收横向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的横向传感数据；

处理器接收数据寄存器存储的各项数据，包括多个应变光纤光栅传感器位置数据、纵向传感数据和横向传感数据，基于纵向传感数据和横向传感数据分析求出的纵向和横向的沉降数据，并结合多个应变光纤光栅传感器位置数据，求出空间沉降数据。

该处理器具体计算过程为：

首先，纵向传感数据和横向传感数据是表示探测点压力变化的数值，需要将纵向传感数据和横向传感数据转化为对应的纵向沉降量数据Δhyi或横向沉降量数据Δhxi，该转化过程可根据建筑物的地基结构以及建筑物所在地的土壤的土质条件进行计算，具体计算过程属于现有的技术手段，在此不再赘述。

其次，将转化后得到的横向和纵向沉降量数据分别拟合为横向和纵向的沉降曲线；

最后，根据横向和纵向探测点的位置数据，将横向和纵向的沉降曲线拟合为一条空间沉降曲面，并将空间沉降曲面发送给空间沉降模型生成部。

空间沉降模型生成部，用于接收处理器计算得到的空间沉降曲面生成最终的建筑物空间沉降展示模型，空间沉降模型生成部包括显示单元和预警单元；显示单元向使用者以视觉方式告知表示待测建筑物的沉降状态的空间沉降展示模型，预警单元被配置为当空间沉降展示模型的最低点超过预定标准风险位置时，可视地显示特定警告消息或响起特定警告声音以通知危险情况。

在另一优选实施例中，如图5所示，在横向方向上，在待测建筑物的不同层横截面的下方均布设一条压力传感部，多条压力传感部处于相同的深度，例如图5中的10a、10b和10c，当然不局限与图中所示的压力传感器的数量。同理，在纵向方向上，一样布设多条压力传感部（未示出）。这样，不但能够更精确地拟合出空间沉降曲面，还能够使得多条压力传感部测得的沉降数据相互校正。

具体地，对于横向方向而言，首先，分别将每条压力传感部测得的探测点压力变化的数值转化为对应的沉降量数据，再根据转化后得到的沉降量数据以及探测点的位置数据分别拟合出代表不同层横截面的沉降数据；其次，通过对比不同的沉降曲线上相同位置处的斜率来验证多条沉降数据的可靠性，对具有异常斜率的位置点的数据进行纠正，最终获得横向拟合曲面。同理，对于纵向方向而言，采用上面同样的方式最终获得纵向拟合曲面。最后，根据横向和纵向的拟合曲面拟合为空间沉降曲面，并将空间沉降曲面发送给空间沉降模型生成部进行展示。

如图6所示，本发明还提出了一种根据上述监测建筑物沉降的系统所实现的方法，包括如下步骤：

S1、将压力传感部横向和纵向地设置于建筑物底部，多个应变光纤光栅传感器以规定间隔地布设于光纤上，对建筑物横向和纵向位置的压力变化量进行感测，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；

S2、基于压力传感部感测到的横向传感数据和纵向传感数据分别计算横向和纵向的沉降数据，并结合多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据，计算空间沉降数据；

S3、基于所述空间沉降数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型。

其中步骤S2具体包括：

步骤S21，将横向传感数据和纵向传感数据转化为对应的横向沉降数据和纵向沉降数据；

步骤S22，根据转化后得到的横向和纵向沉降数据分别拟合为横向和纵向的沉降曲线数据；

步骤S23，根据横向和纵向上的多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据，将所述横向和纵向的沉降曲线数据拟合为空间沉降曲面数据，并将空间沉降曲面数据发送给空间沉降模型生成部。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，包括：压力传感部、数据寄存器、处理器和空间沉降模型生成部；

所述压力传感部横向和纵向地设置于所述建筑物底部，用于获取所述建筑物底部不同位置处的压力变化量，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；

所述数据寄存器存储所述压力传感部的位置数据、纵向传感数据和横向传感数据；

所述处理器基于所述纵向传感数据和横向传感数据计算所述建筑物的纵向和横向的沉降数据，并将所述沉降数据和所述压力传感部的位置数据结合，计算空间沉降数据；

所述空间沉降模型生成部用于接收所述空间沉降数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型；所述压力传感部包括：多个应变光纤光栅传感器、光源、光纤耦合器、解调仪和分析部；

所述多个应变光纤光栅传感器以规定间隔布设在光纤上，且所述多个应变光纤光栅传感器对应建筑物下部的不同位置，从而对所述建筑物不同位置的压力变化量进行感测；

所述光源通过所述光纤耦合器连接于所述光纤，用于向所述多个应变光纤光栅传感器输入光信号，所述多个应变光纤光栅传感器接收并反射所述光信号；

所述光纤耦合器将被所述多个应变光纤光栅传感器反射的光信号传输至所述解调仪，所述解调仪解析分别被所述多个应变光纤光栅传感器反射的光信号的波长；

所述分析部，根据所述解调仪解析的波长值计算所述建筑物下部的不同位置的压力变化量；所述压力变化量ΔP通过下式计算:

ΔP＝Ｉ（λ0-λ）；

λ0为光源发射的光信号的初始中心波长，λ为被应变光纤光栅传感器反射的光信号中心波长；

当应变光纤光栅传感器规格选定后，参数Ｉ为确定值，并通过下式进行计算：

；

其中，L为应变光纤光栅传感器中光栅的栅长，Pe为光栅的弹光系数，ε为应变光纤光栅传感器的应变灵敏度系数，μ为应变光纤光栅传感器材料的泊松系数。

2.根据权利要求1所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，所述压力传感部包括：多个应变光纤光栅传感器对、光纤、光纤耦合器、光源、解调仪、分析部、滤波器和放大器；

每个应变光纤光栅传感器对包括以使应变不起作用的方式设置的基准光纤光栅和以使应变起作用的方式设置的测量光纤光栅；

所述分析部根据所述解调仪解析的波长值计算所述建筑物下部的不同位置的压力变化量；并基于所述光纤的反射指数、所述滤波器的线宽、所述放大器放大的光的频率及所述光源的波长带宽来计算所述基准光纤光栅与所述测量光纤光栅之间的最大允许间隔。

3.根据权利要求2所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，所述基准光纤光栅与所述测量光纤光栅之间的最大允许间隔ΔD通过下式计算：

；

其中，c表示光速，Δλ表示滤波器的线宽，n表示光纤的反射指数，f表示放大器放大的光的频率，Δλ0表示光源发射的光的带宽，

是用于补偿非线性的因子。

4.根据权利要求3所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，所述分析部包括峰值检测器、比较器、峰值差计算器和傅里叶变换器；

所述峰值检测器检测由所述基准光纤光栅反射的光信号的基准峰值脉冲P2和由所述测量光纤光栅反射的光的光信号的测量峰值脉冲P1；

所述比较器将所述测量峰值脉冲P1与阈值进行比较，当测量峰值脉冲P1的强度等于或大于阈值时则将所述测量峰值脉冲P1识别峰值，当测量峰值脉冲P1的强度小于阈值时则不将所述测量峰值脉冲P1识别峰值；

所述比较器将基准峰值脉冲P2与阈值进行比较，当基准峰值脉冲P2的强度等于或大于阈值时则将所述基准峰值脉冲P2识别峰值，当基准峰值脉冲P2的强度小于阈值时则不将所述基准峰值脉冲P2识别峰值；

所述峰值差计算器实时测量基准峰值脉冲P2和测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt，基于时间间隔Δt内的光信号振幅来测定所述测量光纤光栅被施加的应变的强度；

所述傅里叶变换器对基准峰值脉冲P2与测量峰值脉冲P1之间的时间间隔Δt的时变数据进行快速傅里叶变换，分析施加于所述测量光纤光栅的应变的频率成分。

5.根据权利要求1所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，所述处理器将所述横向传感数据和纵向传感数据转化为对应的横向沉降量数据和纵向沉降量数据，并分别拟合为横向和纵向的沉降数据，将所述横向和纵向的沉降数据与所述压力传感部的位置数据结合最终拟合为空间沉降数据，并将所述空间沉降数据发送给所述空间沉降模型生成部。

6.根据权利要求5所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，在待测建筑物的不同层横截面和纵截面的下方均布设一条压力传感部，构成多组横向传感器和多组纵向传感器，所述处理器基于多组横向传感数据和多组纵向传感数据拟合多条横向沉降曲线和多条纵向沉降曲线，通过分别对比所述多条横向沉降曲线之间相同位置处的斜率和分别对比所述多条纵向沉降曲线之间相同位置处的斜率，剔除并纠正具有异常斜率的位置点的数据，最终拟合为横向拟合曲面和纵向拟合曲面。

7.根据权利要求1所述的用于监测建筑物沉降的系统，其特征在于，所述数据寄存器包括传感器位置数据存储单元、纵向传感数据存储单元和横向传感数据存储单元；

所述传感器位置数据存储单元存储所述多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据；

所述纵向传感数据存储单元接收纵向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的纵向传感数据；

所述横向传感数据存储单元接收横向布设的压力传感部的多个应变光纤光栅传感器探测的压力变化量所形成的横向传感数据。

8.一种根据权利要求1-7任意一项所述的用于监测建筑物沉降的系统所实现的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将压力传感部横向和纵向地设置于建筑物底部，所述压力传感部的多个应变光纤光栅传感器以规定间隔地布设于光纤上，对建筑物横向和纵向位置的压力变化量进行感测，分别输出横向传感数据和纵向传感数据；

S2、基于所述横向传感数据和纵向传感数据分别计算横向和纵向的沉降数据，并将所述横向和纵向的沉降数据与所述多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据结合，计算空间沉降数据；具体包括：

步骤S21，将所述横向传感数据和纵向传感数据转化为对应的横向沉降数据和纵向沉降数据；

步骤S22，根据转化后得到的横向和纵向沉降数据分别拟合为横向和纵向的沉降曲线数据；

步骤S23，根据横向和纵向上的多个应变光纤光栅传感器的布设位置数据，将所述横向和纵向的沉降曲线数据拟合为空间沉降曲面数据，并将空间沉降曲面数据发送给所述空间沉降模型生成部；

S3、基于所述空间沉降曲面数据生成最终的建筑物空间沉降展示模型。

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