CN203276534U

CN203276534U - 基于无线传感技术的地下工程监测系统

Info

Publication number: CN203276534U
Application number: CN 201320265059
Authority: CN
Inventors: 赵凯; 徐照
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2023-05-15

Abstract

本实用新型涉及一种基于无线传感技术的地下工程监测系统，尤其是一种结合GIS的基于无线传感技术的地下工程监测系统，适用于地下工程施工过程中的质量检测和安全监测。该系统包括监控主机、以及至少一个信息汇聚组，信息汇聚组由一个汇聚节点和若干传感器节点构成；汇聚节点与各传感器节点无线通信连接，监控主机与汇聚节点无线通信连接。采用本实用新型的结构后，可利用无线传感器实时监测地理空间信息，实现对地下工程稳定性的监测。

Description

基于无线传感技术的地下工程监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于无线传感技术的地下工程监测系统，尤其是一种结合GIS的地下工程监测系统，适用于地下工程施工过程中的质量检测和安全监测。

背景技术

地下工程施工是一项高风险的作业项目，通常存在施工作业区域分散、施工工期长、技术复杂、人员流动性大等条件，这类工程一旦发生灾害事故，都具有严重性、群体性和多发性的特点，给安全生产带来困难和压力。

对地下工程施工过程中的构筑物和基坑的变形状态进行有效检测和监控是现代地下工程施工管理中的一个重要环节和亟待解决的问题。

传统的地下工程施工监管方式通常包括无人值守自动实时监控和人员定期现场巡检，其中监控系统常采用PLC、嵌入式监控专用设备等前端装置，连接方式有工业以太网，现场总线等；巡检管理通常由巡检人员执便携式巡检仪读取设备标识，再通过集中采集器上传至管理系统。这种传统方案有一些不足之处，如有线方式联网存在实施难度大、覆盖面局限性大；监控通常与巡检相互独立，不利于信息融合、提高处理效率；巡检数据传输具有滞后、单向性的不足，容易出现漏检；系统缺乏统一规范，升级不便，不利于管理平台功能扩展等。

在利用现有技术获取地下工程基坑和构筑物施工的质量和安全监测信息方面，监测信息的不确定性和非精确性是施工监测系统亟待解决的最主要的问题。换言之，解决施工监测信息残缺仍然是构建监测系统的主要问题。

施工过程中构筑物和基坑的变形失稳机理复杂，涉及多要素以及要素之间的相互作用和相互依赖，导致了变形监测信息获取的不确定性；各种监测手段和测量固有的误差，导致了检测信息获取的不精确性。从信息获取与处理的角度上看，工程信息是一种多源信息，具有同类、异类、异步等特征，因而需要监测系统的主动、实时、智能和整体协同监测。其次，目前在数据采集方式上，有线集中式采集仍然是主要方式，即便是有无线传输方式，也仅仅是利用无线传输，其实质依然是集中式数据采集，进而导致信息处理是一种集中式处理方式，数据缺乏实时性。第三，准确确定安全检测点的地理位置和地理信息属性是现有地下工程施工监测系统一个尚待解决的问题，特别是在监测区域分散且工程状况复杂的环境下，该问题尤为突出。

据申请人了解，地下工程与地面工程的一个重要区别在于特殊的岩土地质环境，工程设计和施工中存在很多尚不完全清楚的问题，主要原因在于：①岩土地质条件千变万化，难以把握；②岩土结构与人工支护系统的相互作用关系尚不明确；③大量城市地下工程周围环境影响十分复杂。由于岩土力学理论与技术发展和经济条件的限制，要准确预测地下及周围环境在施工过程中的动态响应几乎是不可能的。当前一个有效的手段就是在施工中加强过程监测，以岩土层、地下工程结构与周围建、构筑物的变形和受力的变化信息为依据来优化或修改设计与施工方案，即信息化施工，它在隧道工程施工的安全和风险控制方面起着重要作用，尤其是对于繁华城市地铁或长大复杂隧道，信息化施工是必不可少的关键施工技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术存在的问题，提出一种基于无线传感技术的地下工程监测系统，可利用无线传感器实时监测地理空间信息，实现对地下工程稳定性的监测。

为了达到以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种基于无线传感技术的地下工程监测系统，包括监控主机，其特征是，还包括至少一个信息汇聚组，所述信息汇聚组由一个汇聚节点和若干传感器节点构成；所述汇聚节点与各传感器节点无线通信连接，所述监控主机与汇聚节点无线通信连接。

本实用新型进一步完善的技术方案如下：

优选地，所述传感器节点包括第一处理器模块、GPS模块、传感器模块、及第一无线通信模块，所述第一处理器模块的定位信号输入端与GPS模块信号输出端连接，所述第一处理器模块的感知信号输入端与传感器模块信号输出端连接，所述第一处理器模块的信号输出端与第一无线通信模块连接。

更优选地，所述传感器模块包括传感器和模数转换器，所述传感器输出端与模数转换器输入端连接，所述模数转换器输出端与传感器模块信号输出端重合。

再更优选地，所述传感器为变形传感器、土压力传感器、地下水传感器、或爆破传感器。

优选地，所述汇聚节点包括第二处理器模块和第二、第三无线通信模块；所述第二处理器模块的输入端与第二无线通信模块连接，所述第二处理器模块的输出端与第三无线通信模块连接；所述第二无线通信模块经无线网络与第一无线通信模块通信连接，所述第三无线通信模块经无线网络与监控主机通信连接。

更优选地，所述传感器节点、汇聚节点还分别包括供电用电源模块。

再更优选地，所述无线网络为GSM、GPRS、或3G网络。

再更优选地，所述监控主机为GIS监控主机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

（1）传感器节点可以处于静止状态或移动状态，各传感器节点与对应汇聚节点构成的信息汇聚组可以协作感知、采集处理、以及将网络覆盖地理区域内感知对象的监测信息传送至监控主机，实现实时监控，避免信息滞后和漏检。

（2）采用GPS定位，可将监测数据与位置信息捆绑在一起，利于实现高精度、全方位的地理信息数据监控。

（3）采用GIS监控主机，以地理空间数据库为基础，采用地理模型的分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2为图1实施例中传感器节点的结构示意图。

图3为图1实施例中汇聚节点的结构示意图。

具体实施方式

实施例

本实施例基于无线传感技术的地下工程监测系统如图1至图3所示，包括监控主机（优选GIS监控主机）、以及至少一个信息汇聚组，信息汇聚组由一个汇聚节点和若干传感器节点构成；汇聚节点与各传感器节点无线通信连接，监控主机与汇聚节点无线通信连接。

传感器节点包括第一处理器模块、GPS模块、传感器模块、及第一无线通信模块，第一处理器模块的定位信号输入端与GPS模块信号输出端连接，第一处理器模块的感知信号输入端与传感器模块信号输出端连接，第一处理器模块的信号输出端与第一无线通信模块连接。

传感器模块包括传感器和模数转换器（即A/D转换器），传感器输出端与模数转换器输入端连接，模数转换器输出端与传感器模块信号输出端重合。传感器为变形传感器、土压力传感器、地下水传感器、或爆破传感器。

传感器节点还包括供电用电源模块。

汇聚节点包括第二处理器模块和第二、第三无线通信模块；第二处理器模块的输入端与第二无线通信模块连接，第二处理器模块的输出端与第三无线通信模块连接；第二无线通信模块经无线网络与第一无线通信模块通信连接，第三无线通信模块经无线网络与监控主机通信连接。无线网络为GSM、GPRS、或3G网络。

汇聚节点还包括供电用电源模块。

具体而言，GPS模块可外购，如深圳天工测控技术的Skylab SKG13C模块；传感器可外购，如江西飞尚科技的FAS-LTG-R传感器；模数转换器可外购，如深圳市唯诺得科技的TLC7135CN模数转换器；第一、第二处理器模块可外购，如Intel的Atom N270；第一、第二、第三无线通信模块可外购，如华为的GTM900模块。GIS监控主机可外购，如装有通用GIS平台的市售PC。

具体实施过程如下：

（1）各传感器节点中，由传感器观测获得模拟信号，经模数转换器转换为数字信号，再由第一处理器模块处理并经第一无线通信模块发出；同时，GPS模块获得定位信息经第一处理器模块处理后一并经第一无线通信模块发出。

（2）汇聚节点中，第二无线通信模块收到各传感器节点发来信息，发至第二处理器模块进行分析处理，分析处理后的信息经第三无线通信模块发出。

（3）GIS监控主机收到汇聚节点发来信息，由GIS平台对信息进行集成、存储和分析，建立包括实时监测所得数据、法规标准数据等属性数据库和基于ArcGIS的地下工程及周边区域环境等图形数据库。

GIS平台支持空间化监测信息的综合加工和信息的形象化表达，用户可以直接通过点击电子地图中传感器位置直接获取监测信息，也可以通过数据（如预警门槛值）到GIS图中定位查找。在此基础上，可对地下工程的稳定性及其对周边环境的影响做出评价、预报及其状态的评估。评估结果可以通过网页查看、短信接收和现场预警等方式传递给相关人员，实现预警信息的实时发布，提供辅助决策支持功能。

除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。

Claims

1.一种基于无线传感技术的地下工程监测系统，包括监控主机，其特征是，还包括至少一个信息汇聚组，所述信息汇聚组由一个汇聚节点和若干传感器节点构成；所述汇聚节点与各传感器节点无线通信连接，所述监控主机与汇聚节点无线通信连接。

2.根据权利要求1所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述传感器节点包括第一处理器模块、GPS模块、传感器模块、及第一无线通信模块，所述第一处理器模块的定位信号输入端与GPS模块信号输出端连接，所述第一处理器模块的感知信号输入端与传感器模块信号输出端连接，所述第一处理器模块的信号输出端与第一无线通信模块连接。

3.根据权利要求2所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述传感器模块包括传感器和模数转换器，所述传感器输出端与模数转换器输入端连接，所述模数转换器输出端与传感器模块信号输出端重合。

4.根据权利要求3所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述传感器为变形传感器、土压力传感器、地下水传感器、或爆破传感器。

5.根据权利要求2所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述汇聚节点包括第二处理器模块和第二、第三无线通信模块；所述第二处理器模块的输入端与第二无线通信模块连接，所述第二处理器模块的输出端与第三无线通信模块连接；所述第二无线通信模块经无线网络与第一无线通信模块通信连接，所述第三无线通信模块经无线网络与监控主机通信连接。

6.根据权利要求5所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述传感器节点、汇聚节点还分别包括供电用电源模块。

7.根据权利要求6所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述无线网络为GSM、GPRS、或3G网络。

8.根据权利要求7所述基于无线传感技术的地下工程监测系统，其特征是，所述监控主机为GIS监控主机。