CN209470695U - 一种用于景观长廊的沉降监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于景观长廊的沉降监测装置，包括沿景观长廊轴向设置的若干个容纳有液体的储水箱，相邻的储水箱之间分别通过连通管道连通，在各储水箱中分别设有测距传感器；各测距传感器均分别包括位于储水箱顶部的信号发送和接收器、以及漂浮于储水箱内液面之上的反射信号器；所有测距传感器均与一无线控制端进行数据通讯，通过该无线控制端处理各测距传感器采集的相应储水箱的液面高度信息，以得到景观长廊所在区域的地面下沉值。本实用新型基于连通器原理，与常规的景观长廊相结合，避免了单独修建沉降监测建筑结构，不仅提高了复垦土地的利用情况，降低了建设成本，又为复垦公园提供了一定的景观效益，且能更加准确地反应地表沉降。
Description
技术领域
本实用新型涉及沉陷监测装置技术领域，特别涉及一种用于景观长廊的沉降监测装置。
背景技术
对因地下资源开采而造成地面沉陷进行合理的土地复垦有着重要的意义，根据矿区特点和复垦需求要进行不同的土地复垦方案设计，其中将具有一定条件的沉陷土地进行合理整治和土地复垦之后建设公园是一项较为常见的土地复垦方案。地表沉陷充分采动之后可进行土地复垦规划设计公园建设，为保证其安全性应当对复垦区域土地沉陷进行监测。
目前用于采煤沉陷区的沉降监测方法主要有传统的地面沉陷监测方法和地面沉陷监测合成孔径雷达干涉(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技术，以及静力水准系统在沉陷复垦区的应用。
传统的地面沉陷监测方法主要是采用精密水准仪、全球定位系统(GPS)等，监测工作量大、耗时耗力、测点难以保存(由于测点一般为随机选取的地面点，故测点难以保存)，局限于离散点的数据观测。
现有的地面沉陷监测InSAR技术，采煤沉陷区土地沉陷的下沉值较小，因此需采用高空间分辨率的雷达数据才能识别，对仪器设备要求较高，且沉陷地区在经过土地复垦之后地面植被覆盖等会造成雷达数据相干性较差，InSAR技术具有一定的局限性。
目前在沉陷复垦区的土地沉降监测方案中有关于静力水准系统的应用，其原理是采用悬空装置将多个监测单元连接起来，当某一监测单元发生下沉时，引起各个监测单元的检测杆发生移动，并通过刻度值记录沉降值，然后再输入控制端。这样的沉降监测装置不仅需要占用沉陷复垦区域一部分面积来进行单独修建沉降监测结构，同时安全性较低，地表下沉时容易引起地面建筑结构损坏，而其监测单元的悬空结构容易受到建筑物的影响降低其精确性，若是对整个沉陷区进行监测需要增加大量的成本，其监测单元的连接方式为连接杆也不便于长距离基站修建和地表下沉值的监测，更加影响公园的景观性。
实用新型内容
为克服上述传统监测技术的低效性和已有监测技术InSAR的局限性，同时解决目前静力水准在沉陷复垦应用中存在的不足，本实用新型的目的在于提出一种用于景观长廊的沉降监测装置，具有结构简单、易于实现，不易受到外界环境干扰，且与常规的景观长廊相结合能更加便捷、准确地反应复垦区域的地表沉降值。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型提出的一种用于景观长廊的沉降监测装置，所述景观长廊包括沿景观长廊轴向间隔设置的若干个景观亭，其特征在于，所述沉降监测装置包括沿所述景观长廊轴向设置的若干个容纳有液体的储水箱，各储水箱分别固定于所述景观长廊中相应景观亭的顶部，相邻的储水箱之间分别通过连通管道连通，在各储水箱中分别设有测距传感器；各测距传感器均分别包括信号发送和接收器、反射信号器，所述信号发送和接收器位于相应储水箱顶部，所述反射信号器漂浮于相应储水箱内的液面之上，通过各测距传感器采集相应储水箱内的液面高度信息；所有测距传感器均与一无线控制端进行数据通讯，通过该无线控制端处理所有测距传感器采集的液面高度信息，以得到所述景观长廊所在区域的地面下沉值。
进一步地，所述信号发送和接收器采用激光测距仪。
进一步地，所述反射信号器为一浮板结构，该浮板结构的厚度根据浮板结构的密度确定，保证反射信号器不被所述储水箱内的液体覆盖，所述浮板结构的面积与所述储水箱面积匹配。
本实用新型的有益效果：
土地复垦设计方案规划为公园时，考虑到其效益性和可行性，设计一种用于景观长廊的沉降监测装置不仅可以满足公园特色的景观性，同时还能起到沉陷监测的作用。本实用新型能够解决现有沉降监测装置的不足，对复垦土地进行有效的沉陷监测，在提高沉陷监测效率性和抗干扰能力的同时降低技术要求，实现无线远程控制，能够监测地面下沉值并进行自动记录，在地面沉陷发生并达到一定值时具有自动报警功能，同时沉陷监测装置结合常规的景观长廊，无需为了进行沉降监测修建单独的监测建筑结构，不额外占用沉陷复垦区域的面积，尽可能的降低了成本，本装置的外部形状又可依据公园景观性的需求进行灵活设计，为土地复垦提供一定的景观效益。此外，本沉降监测装置依托于景观长廊满足贯通整个沉陷复垦区长距离监测的要求，能更加准确地反应复垦区域的地表沉降值。
附图说明
图1为本实用新型一种用于景观长廊的沉降监测装置与地表开采沉陷曲线相关位置分布示意图。
图2为本实用新型沉降监测装置与景观亭的安装结构示意图。
图3为本实用新型沉降监测装置中储水箱、测距传感器、电脑端无线控制器的结构示意图。
图4为本实用新型沉降监测装置中连通管道的结构示意图。
图5为利用本实用新型沉降监测装置对地表下沉值进行计算的原理示意图，5-a和5-b分别为沉陷发生前后的液面变化。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型的技术方案进一步详细说明：
本实用新型提出的一种用于景观长廊的沉降监测装置，其特点是在常规的景观长廊顶部增加基于连通器原理的沉陷监测结构，达到既满足景观性的要求又能够实现对地面沉陷的有效监测。
本实用新型提出的一种用于景观长廊的沉降监测装置，其整体结构如图1所示。所述景观长廊1为在采煤沉陷区进行复垦后修建的贯穿于该采煤沉陷区的常规公园景观长廊，该景观长廊包括沿景观长廊轴向间隔设置的若干个景观亭。本实用新型的沉降监测装置安装于景观长廊的顶部，参见图2，包括沿景观长廊轴向设置的若干个容纳有液体的储水箱2，各储水箱分别固定于景观长廊中相应景观亭的顶部，相邻的储水箱2之间分别通过连通管道3连通，在各储水箱2中分别设有测距传感器4；各测距传感器4均分别包括信号发送和接收器4.1、反射信号器4.2，信号发送和接收器4.1位于相应储水箱2顶部，反射信号器4.2漂浮于相应储水箱2内的液面之上，通过各测距传感器4采集相应储水箱2内的液面高度信息；所有测距传感器4均与一无线控制端5进行数据通讯，通过该无线控制端5处理所有测距传感器4采集的液面高度信息，以得到景观长廊1所在区域的地面下沉值，参加图3。
本实用新型各组成部件的具体实现方式及功能分别说明如下：
各储水箱2结构相同，现以其中一个储水箱为例进行说明。参见图3，储水箱2包括箱体2.1，在箱体2.1相对设置的两侧壁下部分别设有用于安装连通管道3的连通口2.2和2.3，箱体2.1侧壁上具有用于显示液面高度的刻画线2.4，箱体2.1的顶部开设有进水口2.5，箱体2.1的侧壁顶部设有通气管道2.6。其中，箱体2.1由透明玻璃材料制作，箱体2.1底部与景观长廊连接处用不锈钢连接件稳固。两侧连通口2.2和2.3位于储水箱2侧壁，由连通管道3将相邻的储水箱2连接起来。刻画线2.4用黑色且不褪色的印记标注。顶部进水口2.5为圆形，可连接充水管道，并在充水完成后可进行顶部密封(避免挥发以及降水的影响)，其端口采用螺旋纹，可完全连接测距传感器4中的信号发送和接收器4.1。在箱体2.1侧壁顶端设有通气管道2.6，为向外延伸且弯曲90度开口朝下的管道，使箱体2.1内部和外界气压保持一致，同时防止降水等外来水源对箱体2.1内部的干扰。所有储水箱2采用同一规格标准，位于景观长廊最两端储水箱2的连通口2.2或2.3可采用不锈钢材料通过焊接的方式进行封闭。此外，依据景观长廊景观要求，对箱体2.1的外形构造进行设计，可通过增设植被等方式，保证结构一致增强景观性。
参见图4，各连通管道3均分别包括在通水管道3.1外部套设的固定及包装结构3.2。通水管道3.1外部由固定及包装结构3.2进行包裹防护，固定及包装结构3.2为景观长廊的走廊上沿结构，对通水管道进行固定，依据景观长廊景观要求灵活设计包装，可通过设计外形构造，增设植被等方式，保证结构一致增强景观性。
参见图3，所述测距传感器4包括信号发射和接收器4.1，反射信号器4.2。信号发射和接收器4.1主要用于发射、接收并传输测距信号，采用STOPM-CP-20激光测距仪(自带电源)，大小与储水箱2顶部的进水口2.5相同，可在充水完成后将其通过螺旋纹安装同时达到密封的效果，连接处设计为螺旋纹。反射信号器4.2采用浮板结构，其密度小于储水箱2内充入液体的密度，可以漂浮于液面之上，放置于储水箱2内部使其漂浮在水面上，同时根据浮板密度确定其厚度，保证反射信号器不被液面覆盖，浮板面积与储水箱2面积匹配(优选稍小于储水箱2面积)，确保始终能够将信号反射回去被接收。参加图3，所述无线控制端5是采用常规的PC机，通过一个无线控制端5来发射和接收所有激光测距仪的采集信号，并将接收到的信号转化为数字信息，得到储水箱2液面高度，每间隔1个小时传输一次信号并记录液面高度，通过计算得到地面下沉值并记录，当地面下沉值达到一定程度时进行自动报警。
本实用新型所涉及的一种用于景观长廊的沉降监测装置与地表开采沉陷曲线相关位置分布如图1所示，图1中景观长廊底部的曲线为开采沉陷区主断面的地表下沉曲线，沉陷监测景观长廊由沉陷中心向外不断延伸至无沉陷区域。
本实用新型的工作原理：
连通器即为底部连通且上端开口相通，几个底部互相连通的容器注入水，在水不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上。在本实用新型中储水箱2及连通管道3共同构成连通器。在规划设计中，景观长廊每间隔一定的距离设置一个景观亭并在其顶端放置储水箱2，连通管道3沿景观长廊走向铺设。景观长廊的建设要保证所有储水箱2处于同一个水平面上，并由顶部进水口2.5充水使水面处于储水箱2的中间零刻度位置，储水箱内需留有足够的空间使水面可以上下浮动。在储水箱2侧壁设有通气管道2.6，保证储水箱2内部与外界的气压相同。
由采矿引起的采空区上方地表移动的范围称为地表移动盆地，地下煤层采出后地表下沉值达到地质条件下的最大下沉值，形成地表开采沉陷曲线。地表开采沉陷曲线上不同位置的地表下沉值不同，中心位置下沉值最大，逐渐向两侧递减。
测距传感器是一种可以精确测量距离的传感器，通过发生信号源，遇到介质后反射回来再重新接收，基于其传输速度和时间可以进行距离测定。具体地，根据反射信号器4.2和储水箱内2液体的密度，得到反射信号器4.2上表面至液面的高度h1；通过信号发送和接收器4.1测得储水箱2顶部至反射信号器4.2上表面的距离h2；由储水箱2的总高度h减去上述得到的h1、h2即可得到储水箱2内液面距离储水箱底部的高度。
本实用新型设计的一种用于景观长廊的沉降监测装置，可根据不同位置储水箱2内的水面高度是否变化来进行有效监测。当地表发生沉陷时，不同位置的下沉值不同，其相应位置储水箱2内水面也会发生浮动，下沉值大的地方储水箱2内水面较原来刻度线上升，下沉值小的地方储水箱2内水面较原来刻度线下降。同时利用测距传感器将各个位置的信号进行无线传输，转换为数字信号测出其地表下沉值进行记录。
本实用新型计算地表下沉值原理说明如图5所示。本实用新型所涉及的一种用于景观长廊的沉降监测装置与地表开采沉陷曲线相关位置分布如图1所示，沉陷监测景观长廊由沉陷中心向外不断延伸至无沉陷区域。沉陷中心地表下沉值最大，最外侧几乎不发生地表下沉(设计时让景观长廊最外侧处于无下沉地区)。设景观长廊最中心储水箱编号为1，向外一侧不断增加编号记为2、3、4……，最外侧储水箱的编号为m。沉陷发生前各储水箱内的液面高度如图5-a所示，每个储水箱内部液面高度均为a，各储水箱的底面积为S，则整个景观长廊的储水箱内液体体积为m×a×S。沉陷发生后各储水箱内的液面高度如图5-b所示，设1～m号储水箱发生沉陷值分别为x1～xm(xm＝0，x1最大)，则根据体积不变的原理有m×a×S＝(a′1+a′2+…+a′m)×S，(a′1，a′2，…，a′m分别为下沉后储水箱内液面高度值，可由测距传感器测量浮板到顶端距离，再根据浮板密度计算出浮板上层距离液面距离，结合储水箱内部高度，求出储水箱内液面的高度)，根据下沉关系得到a′1＝a′2+x1-x2＝…＝a′n+x1-xn＝…＝a′m+x1(xn代表任意一个储水箱下沉值，n＝1,2,…,m)，从而得到下沉值x1＝a′1-a′m、x2＝a′2-a′m、…、xn＝a′n-a′m，即任何一个储水箱下沉值xn等于其下沉后液面高度值减去最外侧储水箱下沉后液面高度值。每间隔一小时发送接收一次信号并对地面下沉值进行记录，根据实际要求和情况确定下沉预警值，达到限值时电脑端无线控制器自动报警。同时可根据地面下沉值确定下沉边界。
本实用新型的沉降监测装置在实际应用时采用如下步骤进行安装：
第一，在充分采动的情况下设计土地复垦规划方案建造公园；
第二，测量土地复垦区域地形图，并设计景观长廊的位置分布；
第三，设计一种用于景观长廊的沉降监测装置的具体结构，包括常规的公园景观长廊1，顶部设置有本实用新型的基于连通器原理的沉陷监测结构：储水箱2和连通管道3，景观长廊每间隔一定的距离设置一个景观亭并在顶端放置储水箱2，连通管道3沿景观长廊走向铺设，并保证所有储水箱2处于同一个水平面上；同时根据实际需求确定不同的测距传感器4。
第四，在储水箱2顶部进水口2.5充水使水面处于储水箱2的刻画线2.4中间零刻度位置，然后封闭顶部进水口2.5，在侧壁留通气小孔2.6用来保持储水箱2内部和外界的气压一致，并能够起到防止降水等其他外来水源的干扰。
第五，通过测距传感器对液面的高度进行精确测量，间隔1个小时传输一次信号并记录液面高度，通过计算得到地面下沉值并记录，根据实际要求和情况确定下沉预警值，达到限值时无线控制端自动报警。同时可根据地面下沉值确定下沉边界。
若发生沉陷，则下沉值大的地方储水箱2内水面较原来刻度线上升，下沉值小的地方储水箱2内水面较原来刻度线下降。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种用于景观长廊的沉降监测装置，所述景观长廊包括沿景观长廊轴向间隔设置的若干个景观亭，其特征在于，所述沉降监测装置包括沿所述景观长廊轴向设置的若干个容纳有液体的储水箱，各储水箱分别固定于所述景观长廊中相应景观亭的顶部，相邻的储水箱之间分别通过连通管道连通，在各储水箱中分别设有测距传感器；各测距传感器均分别包括信号发送和接收器、反射信号器，所述信号发送和接收器位于相应储水箱顶部，所述反射信号器漂浮于相应储水箱内的液面之上，通过各测距传感器采集相应储水箱内的液面高度信息；所有测距传感器均与一无线控制端进行数据通讯，通过该无线控制端处理所有测距传感器采集的液面高度信息，以得到所述景观长廊所在区域的地面下沉值。
2.根据权利要求1所述的沉降监测装置，其特征在于，所述信号发送和接收器采用激光测距仪。
3.根据权利要求1所述的沉降监测装置，其特征在于，所述反射信号器为一浮板结构，该浮板结构的厚度根据浮板结构的密度确定，保证反射信号器不被所述储水箱内的液体覆盖，所述浮板结构的面积与所述储水箱面积匹配。
4.根据权利要求1所述的沉降监测装置，其特征在于，所述无线控制端为PC机，当计算得到的地面下沉值超过设定值时发出报警。
5.根据权利要求1所述的沉降监测装置，其特征在于，所述储水箱包括一箱体，在该箱体相对设置的两侧壁下部分别设有用于安装所述连通管道的连通口，所述箱体侧壁上具有用于显示液面高度的刻画线，所述箱体的顶部开设有进水口，通过该进水口充入液体并安装所述信号发送和接收器，所述箱体的侧壁顶部设有通气管道。
6.根据权利要求5所述的沉降监测装置，其特征在于，所述储水箱的通气管道为向外延伸且开口朝下的管道。
7.根据权利要求5所述的沉降监测装置，其特征在于，所述箱体的形状满足景观要求。
8.根据权利要求1所述的沉降监测装置，其特征在于，所述连通管道包括在通水管道外部套设的固定及包装结构，所述固定及包装结构的形状满足景观要求。
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Granted publication date: 20191008 Termination date: 20200401 |