CN118007710A - 深基坑远程监控系统以及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了深基坑远程监控系统以及监控方法，属于建设工程基坑监测技术领域，深基坑远程监控系统包括相互无线电性连接的深基坑现场监控装置和后端实时监测数据平台，深基坑现场监控装置包括位置识别器、地面沉降检测模块、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块、地下水渗透检测模块和视频检测模块；后端实时监测数据平台包括数据处理模块、预测模块、异常数据报警模块、数据存储器；深基坑远程监控系统以及监控方法可以提高深基坑工程的安全性、稳定性和可靠性，保障施工过程的顺利进行，减少人员和财产损失，具有重要的应用价值和发展前景。

Description

深基坑远程监控系统以及监控方法

技术领域

本发明属于建设工程基坑监测技术领域，特别是涉及深基坑远程监控系统以及监控方法。

背景技术

伴随着我国经济的发展和城市建设现代化水平的提升，城市深基坑工程数量愈来愈多，开挖深度和占地面积也越来越大，并且通常坐落于人口密集、交通拥挤、地下管网密集的区域，且周边还时常有重要建筑，工作环境也十分复杂。安全事故如果出现，会给人民的生命安全、产业安全带来严重危害。根据观测预警数据，能够妥善及时地处理安全问题，以保障基坑和周边工程人员的安全。而传统型的人工监测则具有观测耗时多、意见反馈速度慢、极端天气状态下，不能进行人工精确测量的众多问题。

发明内容

本发明旨在提供了深基坑远程监控系统以及监控方法，解决了传统型的人工监测存在观测耗时多和意见反馈速度慢的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

提供了深基坑远程监控系统，其包括深基坑现场监控装置和后端实时监测数据平台；

深基坑现场监控装置包括多个设置在多个深基坑监测点的监测墩，监测墩与深基坑监测点呈一一匹配关系；监测墩的底部通过灌注桩与深基坑下方的土体固定连接；

每个监测墩上均设置有一个监测支架，监测墩或监测支架上设置有第一通讯模块；每个监测支架上均设置有与处理器电性连接的位置识别器、地面沉降检测模块、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块、地下水渗透检测模块和视频检测模块；处理器与第一通讯模块电性连接；

后端实时监测数据平台包括相互电性连接的第二通讯模块和监控模块；第一通讯模块与第二通讯模块电性连接。具体地，第一通讯模块与第二通讯模块均为无线通讯装置。

进一步地，位置识别器采用无线射频识别方式识别标签。位置识别器采集当前深基坑监测点的深基坑现场监控装置位置标识数据，无需现场施工人员手工记录工地现场深基坑现场监控装置的排布情况及其变化，有效提高了施工效率。

进一步地，地面沉降检测模块包括激光测距仪，激光测距仪包括激光发射器和反射板；激光发射器设置在监测支架上且与处理器电性连接，反射板水平固定设置于深基坑的底面且位于激光发射器的正下方；

激光发射器通过固定座与监测支架连接，固定座包括用于与监测支架磁吸连接的磁吸座，磁吸座上设置有伸缩杆，激光发射器固定设置于伸缩杆的端部；激光发射器与反射板之间设置有连接安全绳。

激光测距仪的设置，可以实时测量深基坑地面沉降的变化。固定座中的磁吸座设置，便于调节激光发射器在监测支架上的位置，便于激光发射器的固定安装；伸缩杆的设置，便于调节激光发射器与反射板之间的初始间距，提高激光测距仪的测距准确性；反射板的设置，主要用于解决深基坑表面土壤为粗糙面漫反射严重的问题。连接安全绳的设置，避免反射板丢失。

进一步地，位于监测墩底部灌注桩的深度为1m～2m，灌注桩可以通过锚杆与基坑围护外侧的土体进行固定连接，提高监测墩的可靠性，同时深基坑地面发生微沉降时，监测墩的高度位置不会改变，进而也固定激光发射器的高度，提高激光测距仪测量深基坑地面沉量降量的精度和准确性。

进一步地，地面水平位移检测模块包括位移检测件和全站仪机器人，全站仪机器人设置于监测支架上且与处理器电性连接，位移检测件埋设于深基坑监测点；

位移检测件包括固定杆，固定杆打设于深基坑的地层中，固定杆的顶部设置有安装盒，安装盒内设置有相互电性连接的电源和位移传感器，位移传感器与全站仪机器人无线电性连接。通过全站仪机器人实时测量位移检测件的位移量，该位移量为深基坑在一段时间内的地面水平位移量，实现对深基坑地面水平位移量的监控。

进一步地，监测支架包括相互固定连接的竖直支架和水平支架，竖直支架的底部与监测墩的顶部固定连接，水平支架的一侧与竖直支架的顶部固定连接，竖直支架与水平支架之间设置有斜撑杆；

竖直支架的顶部设置有基坑围护支撑力检测模块，基坑围护支撑力检测模块包括液压油缸和设置于监测墩顶部的液压泵，液压油缸与液压泵通过液压管道连接；液压泵包括控制系统；

液压油缸的尾端与竖直支架固定连接，液压油缸的输出端与基坑围护之间设置有压力传感器；液压油缸的输出端还设置有球头连接杆，球头连接杆上连接有球头座，液压油缸的输出端的一侧设置有与球头座固定连接的支撑板，支撑板的一侧侧面与基坑围护抵紧接触，支撑板的另一侧侧面上设置有角速度传感器；压力传感器、控制系统和角速度传感器均与处理器电性连接。

压力传感器的力读数变化量和角速度传感器的角度读数变化量分别代表基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量；当基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量超出预设值后，可以启动液压油缸的输出端伸出，对基坑围护进行紧急临时支撑，避免基坑围护支撑崩坏。

进一步地，深基坑监测点周围开设有地下水位检测孔；地下水渗透检测模块包括设置于水平支架上且与处理器电性连接的电子拉力计，电子拉力计下方设置有测量管，测量管通过拉绳与电子拉力计的测量端连接，测量管的底部设置有配重体，测量管和配重体均设置于地下水位检测孔内，配重体处于悬空状态，测量管和配重体自身重力大于自身受到的浮力；测量管的外壁上设置有高度刻度，测量管的长度大于深基坑渗水高度的极限值。

当地下水位检测孔中的水位高度发生变化时，测量管被淹没的长度发生改变，进而导致测量管所受到的浮力相应改变，导致测量管连接在电子拉力计上的受力平衡打破，导致电子拉力计的读数变化，利用水位高度的变化与电子拉力计的读数变化之间呈线性关系，处理器实时测量出地下水高程，完成对地下水高程的实时监测。

进一步地，视频检测模块包括多个摄像头，多个摄像头均与处理器电性连接，多个摄像头分别用于采集深基坑环境图像信息、反射板使用状态图像信息、棱镜位置图像信息、地下水位检测孔图像信息和基坑围护形变图像信息。

视频检测模块将实时采集的图像数据传输到后端实时监测数据平台，通过视频分析技术对图像进行处理和分析，提取深基坑的状态信息，如裂缝、沉降、位移等。这些信息可以与深基坑的其他监测数据相结合，进行综合分析和评估，帮助工程人员及时发现安全隐患，采取相应的措施进行预防和解决，保障深基坑工程的安全性和稳定性。

进一步地，后端实时监测数据平台还包括相互电性连接的数据处理模块、预测模块、异常数据报警模块、数据存储器；数据处理模块与第二通讯模块电性连接，第二通讯模块还包括与异常数据报警模块和预测模块电性连接的短信发生模块；监控模块还包括通过第一通讯模块和第二通讯模块与处理器电性连接的控制器。

数据存储器可以长期保存监测数据，方便后期分析和追溯，为深基坑工程的长期稳定性和安全性提供保障。

本发明还提供深基坑远程监控系统的监控方法，方法包括以下步骤：

步骤1、安装深基坑现场监控装置：在深基坑现场的变形部位和关键位置设置多个深基坑监测点，并在每个深基坑监测点安装深基坑现场监控；

步骤2，处理器收集深基坑监测点的监控数据：监控数据包括位置识别器采集当前深基坑监测点的深基坑现场监控装置位置标识数据；地面沉降检测模块、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块和地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度；视频检测模块采集深基坑监测点现场图像信息数据；

地面沉降检测模块实时监测深基坑监测点的地面沉量降的方法为：在一段时间内，处理器实时采集激光发射器与反射板之间的间距，该间距的变化量即为深基坑在一段时间内的地面沉量降量；

地面水平位移检测模块实时监测深基坑监测点的地面水平位移量的方法为：在一段时间内，通过全站仪机器人实时测量位移检测件的位移量，该位移量为深基坑在一段时间内的地面水平位移量；

基坑围护支撑力检测模块实时监测深基坑监测点的基坑围护支撑力变化量的方法为：在一段时间内，处理器采集压力传感器的力读数变化量，该力读数变化量为基坑围护支撑力变化量；同时，处理器采集角速度传感器的角度读数变化量，该角度读数变化量为基坑围护支撑的变形量；

当基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量超出预设值后，通过监控模块中的控制器发出液压油缸伸出控制指令，并通过第一通讯装置和第二通讯装置将该控制指令传递至处理器上，处理器根据控制指令控制控制系统启动液压泵工作，液压泵驱动液压油缸的输出端伸出，对基坑围护进行紧急临时支撑；

地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地下水渗透高度的方法为：

在一段时间内，根据电子拉力计读数的变化量，计算当前地下水的高度，根据当前地下水的高度计算地下水渗透高度，计算公式为：

H_当前＝(F_初始-F_当前)/ρg+H₀；

H_渗透＝k×H_当前×(1+0.16×L/D)；

其中，H_当前为当前监测深基坑监测点的地下水位检测孔中地下水的高度，单位为m；F_初始为电子拉力计的初始读数，单位为N；F_当前为地下水高度变化后，电子拉力计的读数，单位为N；ρ为地下水密度；g为重力加速度；H₀为地下水的初始高度，可以通过水位计测量；H_渗透为当前监测深基坑监测点的地下水渗透高度；k为深基坑土壤渗透系数；L为深基坑的深度；D为深基坑土壤颗粒直径；

步骤3，传输深基坑监测点的监控数据：处理器通过第一通讯模块和第二通讯模块将采集到的监控数据传输至后端实时监测数据平台；

步骤4，后端实时监测数据平台远程监控深基坑：后端实时监测数据平台根据接收到的监控数据进行实时分析处理，实现对深基坑工程的远程监控和实时预警；

远程监控的方法为：数据处理模块对接收到的监控数据进行分析处理，当地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度超出了数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看；

实时预警的方法为：由于地面沉降检测模块具有滞后性，则预测模块通过地下水压力对地面沉量降量进行预测，预测地面沉量降量的计算公式为：

Δh＝(1-γw)×(P-Pc)/(γs-γw)；

P＝ρ×g×H_当前；

其中，Δh为预测地面沉量降量；γw为水的重度，单位为N/m³；P为当前监测深基坑监测点的地下水压力，单位为Pa，根据单位换算，1Pa＝1N/m²，因此地下水压力P的单位可以转换为N/m²；Pc为土的饱和密度，单位为N/m³；γs为深基坑土壤的饱和重度，单位为N/m³；ρ为地下水密度；g为重力加速度；

当预测地面沉量降量Δh数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看。

本发明的有益效果为：本发明中的深基坑远程监控系统以及监控方法，通过远程监控，可以实时获取深基坑的各项数据，减少人工巡检的时间和人力成本，提高监测效率。一旦监测数据出现异常，深基坑远程监控系统可以立即发出报警，及时发现安全隐患，避免事故发生。根据监测数据，可以及时调整施工参数和方案，优化施工过程，提高工程质量。远程监控系统可以长期保存监测数据，方便后期分析和追溯，为深基坑工程的长期稳定性和安全性提供保障。

综上所述，深基坑远程监控系统以及监控方法可以提高深基坑工程的安全性、稳定性和可靠性，保障施工过程的顺利进行，减少人员和财产损失，具有重要的应用价值和发展前景。

附图说明

图1为深基坑远程监控系统的原理框图。

图2为深基坑现场监控装置的结构示意图。

其中，1、监测墩；2、灌注桩；3、监测支架；4、地面沉降检测模块；5、激光发射器；6、反射板；7、磁吸座；8、伸缩杆；9、连接安全绳；10、位移检测件；11、全站仪机器人；12、固定杆；13、安装盒；14、液压油缸；15、液压泵；16、控制系统；17、压力传感器；18、球头连接杆；19、球头座；20、支撑板；21、角速度传感器；22、地下水位检测孔；23、电子拉力计；24、测量管；25、拉绳；26、配重体；27、基坑围护。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1～图2所示，本发明提供了深基坑远程监控系统，其包括深基坑现场监控装置和后端实时监测数据平台。

深基坑现场监控装置包括多个设置在多个深基坑监测点的监测墩1，监测墩1与深基坑监测点呈一一匹配关系；监测墩1的底部通过灌注桩2与深基坑下方的土体固定连接。

优选但不局限地，位于监测墩1底部灌注桩2的深度为1m～2m，灌注桩2可以通过锚杆与基坑围护27外侧的土体进行固定连接，提高监测墩1的可靠性，同时深基坑地面发生微沉降时，监测墩1的高度位置不会改变，进而也固定激光发射器5的高度，提高激光测距仪测量深基坑地面沉量降量的精度和准确性。

每个监测墩1上均设置有一个监测支架3，监测墩1或监测支架3上设置有第一通讯模块；每个监测支架3上均设置有与处理器电性连接的位置识别器、地面沉降检测模块4、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块、地下水渗透检测模块和视频检测模块；处理器与第一通讯模块电性连接。

后端实时监测数据平台包括相互电性连接的第二通讯模块和监控模块；第一通讯模块与第二通讯模块电性连接。具体地，第一通讯模块与第二通讯模块均为无线通讯装置。

具体地，位置识别器采用无线射频识别方式识别标签。位置识别器采集当前深基坑监测点的深基坑现场监控装置位置标识数据，无需现场施工人员手工记录工地现场深基坑现场监控装置的排布情况及其变化，有效提高了施工效率。

如图2所示，地面沉降检测模块4包括激光测距仪，激光测距仪包括激光发射器5和反射板6；激光发射器5设置在监测支架3上且与处理器电性连接，反射板6水平固定设置于深基坑的底面且位于激光发射器5的正下方；

激光发射器5通过固定座与监测支架3连接，固定座包括用于与监测支架3磁吸连接的磁吸座7，磁吸座7上设置有伸缩杆8，激光发射器5固定设置于伸缩杆8的端部；激光发射器5与反射板6之间设置有连接安全绳9。

激光测距仪的设置，可以实时测量深基坑地面沉降的变化。固定座中的磁吸座7设置，便于调节激光发射器5在监测支架3上的位置，便于激光发射器5的固定安装；伸缩杆8的设置，便于调节激光发射器5与反射板6之间的初始间距，提高激光测距仪的测距准确性；反射板6的设置，主要用于解决深基坑表面土壤为粗糙面漫反射严重的问题。连接安全绳9的设置，避免反射板6丢失。

深基坑现场监控装置实时监测深基坑监测点的地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度和采集深基坑监测点现场图像信息数据，并将数据传输至端实时监测数据平台，后端实时监测数据平台根据接收到的监控数据进行实时分析处理，实现对深基坑工程的远程监控和实时预警，可以实时获取深基坑的各项数据，减少人工巡检的时间和人力成本，提高监测效率，提高深基坑工程的安全性、稳定性和可靠性，保障施工过程的顺利进行，减少人员和财产损失。

具体地，地面水平位移检测模块包括位移检测件10和全站仪机器人11，全站仪机器人11设置于监测支架3上且与处理器电性连接，位移检测件10埋设于深基坑监测点；位移检测件10包括固定杆12，固定杆12打设于深基坑的地层中，固定杆12的顶部设置有安装盒13，安装盒13内设置有相互电性连接的电源和位移传感器，位移传感器与全站仪机器人11无线电性连接。通过全站仪机器人11实时测量位移检测件10的位移量，该位移量为深基坑在一段时间内的地面水平位移量，实现对深基坑地面水平位移量的监控。

监测支架3包括相互固定连接的竖直支架和水平支架，竖直支架的底部与监测墩1的顶部固定连接，水平支架的一侧与竖直支架的顶部固定连接，竖直支架与水平支架之间设置有斜撑杆；

竖直支架的顶部设置有基坑围护支撑力检测模块，基坑围护支撑力检测模块包括液压油缸14和设置于监测墩1顶部的液压泵15，液压油缸14与液压泵15通过液压管道连接；液压泵15包括控制系统16；

液压油缸14的尾端与竖直支架固定连接，液压油缸14的输出端与基坑围护27之间设置有压力传感器17；液压油缸14的输出端还设置有球头连接杆18，球头连接杆18上连接有球头座19，液压油缸14的输出端的一侧设置有与球头座19固定连接的支撑板20，支撑板20的一侧侧面与基坑围护27抵紧接触，支撑板20的另一侧侧面上设置有角速度传感器21；压力传感器17、控制系统16和角速度传感器21均与处理器电性连接。

压力传感器17的力读数变化量和角速度传感器21的角度读数变化量分别代表基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量；当基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量超出预设值后，可以启动液压油缸14的输出端伸出，对基坑围护27进行紧急临时支撑，避免基坑围护27崩坏。

深基坑监测点周围开设有地下水位检测孔22；地下水渗透检测模块包括设置于水平支架上且与处理器电性连接的电子拉力计23，电子拉力计23下方设置有测量管24，测量管24通过拉绳25与电子拉力计23的测量端连接，测量管24的底部设置有配重体26，测量管24和配重体26均设置于地下水位检测孔22内，配重体26处于悬空状态，测量管24和配重体26自身重力大于自身受到的浮力；测量管24的外壁上设置有高度刻度，测量管24的长度大于深基坑渗水高度的极限值。

当地下水位检测孔22中的水位高度发生变化时，测量管24被淹没的长度发生改变，进而导致测量管24所受到的浮力相应改变，导致测量管24连接在电子拉力计23上的受力平衡打破，导致电子拉力计23的读数变化，利用水位高度的变化与电子拉力计23的读数变化之间呈线性关系，处理器实时测量出地下水高程，完成对地下水高程的实时监测。

视频检测模块包括多个摄像头，多个摄像头均与处理器电性连接，多个摄像头分别用于采集深基坑环境图像信息、反射板6使用状态图像信息、棱镜位置图像信息、地下水位检测孔22图像信息和基坑围护形变图像信息。

视频检测模块将实时采集的图像数据传输到后端实时监测数据平台，通过视频分析技术对图像进行处理和分析，提取深基坑的状态信息，如裂缝、沉降、位移等。这些信息可以与深基坑的其他监测数据相结合，进行综合分析和评估，帮助工程人员及时发现安全隐患，采取相应的措施进行预防和解决，保障深基坑工程的安全性和稳定性。

后端实时监测数据平台还包括相互电性连接的数据处理模块、预测模块、异常数据报警模块、数据存储器；数据处理模块与第二通讯模块电性连接，第二通讯模块还包括与异常数据报警模块和预测模块电性连接的短信发生模块；监控模块还包括通过第一通讯模块和第二通讯模块与处理器电性连接的控制器。数据存储器可以长期保存监测数据，方便后期分析和追溯，为深基坑工程的长期稳定性和安全性提供保障。

本发明还提供深基坑远程监控系统的监控方法，方法包括以下步骤：

步骤1、安装深基坑现场监控装置：在深基坑现场的变形部位和关键位置设置多个深基坑监测点，并在每个深基坑监测点安装深基坑现场监控；

步骤2，处理器收集深基坑监测点的监控数据：监控数据包括位置识别器采集当前深基坑监测点的深基坑现场监控装置位置标识数据；地面沉降检测模块4、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块和地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度；视频检测模块采集深基坑监测点现场图像信息数据；

地面沉降检测模块4实时监测深基坑监测点的地面沉量降的方法为：在一段时间内，处理器实时采集激光发射器5与反射板6之间的间距，该间距的变化量即为深基坑在一段时间内的地面沉量降量；

地面水平位移检测模块实时监测深基坑监测点的地面水平位移量的方法为：在一段时间内，通过全站仪机器人11实时测量位移检测件10的位移量，该位移量为深基坑在一段时间内的地面水平位移量；

基坑围护支撑力检测模块实时监测深基坑监测点的基坑围护支撑力变化量的方法为：在一段时间内，处理器采集压力传感器17的力读数变化量，该力读数变化量为基坑围护支撑力变化量；同时，处理器采集角速度传感器21的角度读数变化量，该角度读数变化量为基坑围护支撑的变形量；

当基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量超出预设值后，通过监控模块中的控制器发出液压油缸14伸出控制指令，并通过第一通讯装置和第二通讯装置将该控制指令传递至处理器上，处理器根据控制指令控制控制系统16启动液压泵15工作，液压泵15驱动液压油缸14的输出端伸出，对基坑围护27进行紧急临时支撑；

地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地下水渗透高度的方法为：

在一段时间内，根据电子拉力计23读数的变化量，计算当前地下水的高度，根据当前地下水的高度计算地下水渗透高度，计算公式为：

H_当前＝(F_初始-F_当前)/ρg+H₀；

H_渗透＝k×H_当前×(1+0.16×L/D)；

其中，H_当前为当前监测深基坑监测点的地下水位检测孔22中地下水的高度，单位为m；F_初始为电子拉力计23的初始读数，单位为N；F_当前为地下水高度变化后，电子拉力计23的读数，单位为N；ρ为地下水密度；g为重力加速度；H₀为地下水的初始高度，可以通过水位计测量；H_渗透为当前监测深基坑监测点的地下水渗透高度；k为深基坑土壤渗透系数；L为深基坑的深度；D为深基坑土壤颗粒直径；

步骤3，传输深基坑监测点的监控数据：处理器通过第一通讯模块和第二通讯模块将采集到的监控数据传输至后端实时监测数据平台；

步骤4，后端实时监测数据平台远程监控深基坑：后端实时监测数据平台根据接收到的监控数据进行实时分析处理，实现对深基坑工程的远程监控和实时预警；

远程监控的方法为：数据处理模块对接收到的监控数据进行分析处理，当地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度超出了数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看；

实时预警的方法为：由于地面沉降检测模块4具有滞后性，地面沉降检测模块4只能获得深基坑土体的实时地面沉量降量，当监测人员获知到深基坑土体的地面沉量降量数据异常时，深基坑土体的沉量变形已经发生，也就无法提前进行预警及提前处置，导致地面沉降检测模块4的有效性和实用性较差，则设置预测模块通过地下水压力对地面沉量降量进行预测，预测地面沉量降量的计算公式为：

Δh＝(1-γw)×(P-Pc)/(γs-γw)；

P＝ρ×g×H_当前；

其中，Δh为预测地面沉量降量；γw为水的重度，单位为N/m³；P为当前监测深基坑监测点的地下水压力，单位为Pa，根据单位换算，1Pa＝1N/m²，因此地下水压力P的单位可以转换为N/m²；Pc为土的饱和密度，单位为N/m³；γs为深基坑土壤的饱和重度，单位为N/m³；ρ为地下水密度；g为重力加速度；

当预测地面沉量降量Δh数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看。

Claims (10)

1.深基坑远程监控系统，其特征在于，包括深基坑现场监控装置和后端实时监测数据平台；

所述深基坑现场监控装置包括多个设置在多个深基坑监测点的监测墩，所述监测墩与所述深基坑监测点呈一一匹配关系；监测墩的底部通过灌注桩与深基坑下方的土体固定连接；

每个监测墩上均设置有一个监测支架，监测墩或监测支架上设置有第一通讯模块；每个监测支架上均设置有与处理器电性连接的位置识别器、地面沉降检测模块、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块、地下水渗透检测模块和视频检测模块；所述处理器与所述第一通讯模块电性连接；

后端实时监测数据平台包括相互电性连接的第二通讯模块和监控模块；所述第一通讯模块与所述第二通讯模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述位置识别器采用无线射频识别方式识别标签。

3.根据权利要求2所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述地面沉降检测模块包括激光测距仪，所述激光测距仪包括激光发射器和反射板；所述激光发射器设置在所述监测支架上且与所述处理器电性连接，反射板水平固定设置于深基坑的底面且位于激光发射器的正下方；

激光发射器通过固定座与监测支架连接，所述固定座包括用于与监测支架磁吸连接的磁吸座，所述磁吸座上设置有伸缩杆，激光发射器固定设置于所述伸缩杆的端部；激光发射器与反射板之间设置有连接安全绳。

4.根据权利要求3所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，位于所述监测墩底部所述灌注桩的深度为1m～2m。

5.根据权利要求4所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述地面水平位移检测模块包括位移检测件和全站仪机器人，所述全站仪机器人设置于所述监测支架上且与所述处理器电性连接，所述位移检测件埋设于深基坑监测点；

位移检测件包括固定杆，所述固定杆打设于深基坑的地层中，固定杆的顶部设置有安装盒，所述安装盒内设置有相互电性连接的电源和位移传感器，所述位移传感器与全站仪机器人无线电性连接。

6.根据权利要求5所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述监测支架包括相互固定连接的竖直支架和水平支架，所述竖直支架的底部与所述监测墩的顶部固定连接，所述水平支架的一侧与竖直支架的顶部固定连接，竖直支架与水平支架之间设置有斜撑杆；

竖直支架的顶部设置有所述基坑围护支撑力检测模块，基坑围护支撑力检测模块包括液压油缸和设置于监测墩顶部的液压泵，所述液压油缸与液压泵通过液压管道连接；液压泵包括控制系统；

液压油缸的尾端与竖直支架固定连接，液压油缸的输出端与基坑围护之间设置有压力传感器；液压油缸的输出端还设置有球头连接杆，所述球头连接杆上连接有球头座，所述液压油缸的输出端的一侧设置有与所述球头座固定连接的支撑板，所述支撑板的一侧侧面与基坑围护抵紧接触，支撑板的另一侧侧面上设置有角速度传感器；

所述压力传感器、控制系统和角速度传感器均与所述处理器电性连接。

7.根据权利要求6所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，深基坑监测点周围开设有地下水位检测孔；所述地下水渗透检测模块包括设置于所述水平支架上且与所述处理器电性连接的电子拉力计，所述电子拉力计下方设置有测量管，所述测量管通过拉绳与电子拉力计的测量端连接，测量管的底部设置有配重体，测量管和所述配重体均设置于所述地下水位检测孔内，配重体处于悬空状态，测量管和配重体自身重力大于自身受到的浮力；

测量管的外壁上设置有高度刻度，测量管的长度大于深基坑渗水高度的极限值。

8.根据权利要求7所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述视频检测模块包括多个摄像头，多个所述摄像头均与所述处理器电性连接，多个摄像头分别用于采集深基坑环境图像信息、所述反射板使用状态图像信息、所述棱镜位置图像信息、所述地下水位检测孔图像信息和基坑围护形变图像信息。

9.根据权利要求8所述的深基坑远程监控系统，其特征在于，所述后端实时监测数据平台还包括相互电性连接的数据处理模块、预测模块、异常数据报警模块、数据存储器；所述数据处理模块与所述第二通讯模块电性连接，第二通讯模块还包括与所述异常数据报警模块和预测模块电性连接的短信发生模块；所述监控模块还包括通过第一通讯模块和第二通讯模块与所述处理器电性连接的控制器。

10.深基坑远程监控系统的监控方法，其特征在于，采用如权利要求9所述的深基坑远程监控系统，所述方法包括以下步骤：

步骤1、安装深基坑现场监控装置：在深基坑现场的变形部位和关键位置设置多个深基坑监测点，并在每个深基坑监测点安装深基坑现场监控；

步骤2，处理器收集深基坑监测点的监控数据：监控数据包括位置识别器采集当前深基坑监测点的深基坑现场监控装置位置标识数据；地面沉降检测模块、地面水平位移检测模块、基坑围护支撑力检测模块和地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度；视频检测模块采集深基坑监测点现场图像信息数据；

地面沉降检测模块实时监测深基坑监测点的地面沉量降的方法为：在一段时间内，处理器实时采集激光发射器与反射板之间的间距，该间距的变化量即为深基坑在一段时间内的地面沉量降量；

地面水平位移检测模块实时监测深基坑监测点的地面水平位移量的方法为：在一段时间内，通过全站仪机器人实时测量位移检测件的位移量，该位移量为深基坑在一段时间内的地面水平位移量；

基坑围护支撑力检测模块实时监测深基坑监测点的基坑围护支撑力变化量的方法为：在一段时间内，处理器采集压力传感器的力读数变化量，该力读数变化量为基坑围护支撑力变化量；同时，处理器采集角速度传感器的角度读数变化量，该角度读数变化量为基坑围护支撑的变形量；

当基坑围护支撑力变化量和基坑围护支撑的变形量超出预设值后，通过监控模块中的控制器发出液压油缸伸出控制指令，并通过第一通讯装置和第二通讯装置将该控制指令传递至处理器上，处理器根据控制指令控制控制系统启动液压泵工作，液压泵驱动液压油缸的输出端伸出，对基坑围护进行紧急临时支撑；

地下水渗透检测模块实时监测深基坑监测点的地下水渗透高度的方法为：

在一段时间内，根据电子拉力计读数的变化量，计算当前地下水的高度，根据当前地下水的高度计算地下水渗透高度，计算公式为：

H_当前＝(F_初始-F_当前)/ρg+H₀；

H_渗透＝k×H_当前×(1+0.16×L/D)；

其中，H_当前为当前监测深基坑监测点的地下水位检测孔中地下水的高度，单位为m；F_初始为电子拉力计的初始读数，单位为N；F_当前为地下水高度变化后，电子拉力计的读数，单位为N；ρ为地下水密度；g为重力加速度；H₀为地下水的初始高度，可以通过水位计测量；H_渗透为当前监测深基坑监测点的地下水渗透高度；k为深基坑土壤渗透系数；L为深基坑的深度；D为深基坑土壤颗粒直径；

步骤3，传输深基坑监测点的监控数据：处理器通过第一通讯模块和所述第二通讯模块将采集到的监控数据传输至后端实时监测数据平台；

步骤4，后端实时监测数据平台远程监控深基坑：后端实时监测数据平台根据接收到的监控数据进行实时分析处理，实现对深基坑工程的远程监控和实时预警；

远程监控的方法为：数据处理模块对接收到的监控数据进行分析处理，当地面沉量降量、地面水平位移量、基坑围护支撑力变化量和地下水渗透高度超出了数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看；

实时预警的方法为：由于地面沉降检测模块具有滞后性，则预测模块通过地下水压力对地面沉量降量进行预测，预测地面沉量降量的计算公式为：

Δh＝(1-γw)×(P-Pc)/(γs-γw)；

P＝ρ×g×H_当前；

其中，Δh为预测地面沉量降量；γw为水的重度，单位为N/m³；P为当前监测深基坑监测点的地下水压力，单位为Pa，根据单位换算，1Pa＝1N/m²，因此地下水压力P的单位可以转换为N/m²；Pc为土的饱和密度，单位为N/m³；γs为深基坑土壤的饱和重度，单位为N/m³；ρ为地下水密度；g为重力加速度；

当预测地面沉量降量Δh数据处理模块的预设阈值后，触发异常数据报警模块和短信发生模块，提醒监控人员进行现场查看。