CN211013054U - 管道滑坡智能监测桩组件、监测网系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开管道滑坡智能监测桩组件、监测网系统。智能监测桩组件包括相互通信连接的1支母桩与大于1支的子桩，母桩包括安装柱、通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、供电装置；子桩的安装柱是空心件，上段外壁固定通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、角度传感器、位移传感器，近底端内壁固定土壤传感器，土壤传感器的敏感元件出露在安装柱底面外，其余部件密封在安装柱内；数据采集仪分别与通信装置、各传感器电信号连接，供电装置分别与通信装置、数据采集仪、各传感器电路连接。智能监测网系统，包括上位机与至少一组管道滑坡智能监测桩组件，母桩与上位机通信连接。本实用新型产品能够提供更全面、高效、延展性强的数据监测。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种滑坡灾害监测方案，特别是涉及一种用于监测管道滑坡的组件、系统，属于信号装置、地质灾害监测防治技术领域。
背景技术
油气管道是目前最重要的能源运输方式之一，起着输送、存储石油和天然气、调节管网压力等重要作用。管道建设不可避免地会经过一些不良地质地段，由于降雨、人类工程活动、地壳运动等因素触发的管道地质灾害时有发生。管道滑坡是管道地质灾害中危险最大、发生频率最高的灾种，极易造成管道悬空、挤压甚至断裂，管道的破损泄漏不仅污染环境，还存在着爆炸的风险，进而造成严重的经济损失和人员伤亡，因此防治管道地质灾害成为管道安全保护的重要任务。
滑坡对油气管道的致灾过程是一个多参数综合耦合的复杂过程，对其监测预警需要建立在全面的监测数据基础上，尤其是需要对滑坡土体的立体监测，这就要求安装必要的监测装置。出于对管道滑坡特征的分析，构建全面高效的坡体监测方案应当考虑并尽量满足三方面要求：第一，管道滑坡多为浅表层滑坡，这就要求监测仪器必须在满足多参数监测的基础上，还必须灵巧简洁、自重小、对周围土壤扰动小、供电方案周全等。第二，建设有管道的坡体发生滑坡危险时，滑坡体中各位置处土的物理性质、土中应力并非均匀一致，而各位置处土的物理性质、土中应力又必须与该位置的管道敷设特征数据结合，才能提高管道滑坡的监测预警的有效性与减灾措施的科学性。这要求坡体监测数据体具有分布式特征，从而可以为灾害的三维乃至四维的空间建模提供数据基础。第三，影响管道滑坡的主要风险因素包括降雨与原发或次生的地质变动，两者既相互独立，又相互联系(主要是降雨引发地质变动)。一般来说，降雨发生时，监测区域内的降雨数据一致性程度高，而地质变动数据则存在明显的局部异质性。因而，有效率的监测方案应当是，即能满足这两类数据的独立监测，又能满足及时根据降雨量数据调节地质数据监测的频率。
公布号为CN101667325A、名称为“一种管道滑坡监测预警方法和系统及系统的构建方法”的中国发明专利申请公开了一种管道滑坡监测预警系统及方法。该监测系统及方法依赖于应变光纤光栅传感器对管道及其周边土体位移变形的测量来实现其目标，获取的监测数据内容与结构均单一。并且埋入光纤的过程中也容易对浅表层滑坡体产生扰动，可能产生加速滑坡的蠕变等影响。公布号为CN101667326A、名称为“滑坡对管道影响的监测预警方法和系统”的中国发明专利申请，也是有相似的技术缺陷。公布号为CN 110211338 A、名称为“一种单体管道滑坡灾害的预警方法”的中国发明专利申请公开了一种管道滑坡灾害预警方法。该方法的数据基础仅为集群结构，非理想高效的监测方案。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，提供一种基于智能监测组件采集的分布式监测数据实现的管道滑坡智能监测系统。
为实现上述目的，本实用新型首先提供一种管道滑坡智能监测桩组件，技术方案如下：
一种管道滑坡智能监测桩组件，用于监测埋设有管道的坡体的滑坡类地质灾害，其特征在于：
包括一支母桩、N支子桩，N≥1；
所述母桩包括安装柱，安装柱上固定通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针，供电装置与通信装置电路连接，通信装置与数据采集仪电信号连接；
所述子桩包括安装柱，安装柱是空心件，安装柱上段外壁固定通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、角度传感器、位移传感器，安装柱近底端内壁固定土壤传感器，土壤传感器的敏感元件出露在安装柱底面外，土壤传感器的其余部件密封在安装柱内；数据采集仪分别与通信装置、土壤传感器、位移传感器、土壤传感器电信号连接，供电装置分别与通信装置、数据采集仪、角度传感器、位移传感器、土壤传感器电路连接；
所述母桩的通信装置与子桩的通信装置通信连接。
上述智能监测桩组件采用一支母桩搭配多支子桩的分离式设计。子桩承担空间位置数据与地质土壤理化数据的功能，母桩承担协调子桩工作功能。使用时，两者配合，一方面可以使子桩更简洁灵巧，且自重低，从而有效降低安装时对土体的扰动；另一方面，各子桩的数据传输至母桩的数据采集仪构成分布式结构的监测数据，可以得到网格化数据，实现对一个既定监测区域内不同局部位点的土体物理性质、土中应力的有效监测，也为监测数据后期进一步利用提供基础。使用该智能监测桩组件对某一管道坡体的滑坡风险进行监测时，由于子桩轻便灵活、自重小，因而可以布设在坡体上滑坡高危位点，而母桩的布设位置则可较为自由地选择在滑坡体之外的稳定区域处。整体上，更有可能实施更科学、理想的监测桩布设方案，实现对坡体的全面监测。配合不同野外场地条件，供电装置可采用电池供电、交流电供电、太阳能供电等常规方案。
进一步地，上述管道滑坡智能监测桩组件，母桩：安装柱上还固定雨量计，供电装置与雨量计电路连接，数据采集仪分别与通信装置、雨量计电信号连接。
通过在母桩上增加雨量计，可以采集监测区域的雨量数据，提供预测管道滑坡风险更全面的数据基础。并且，由于在一个既定监测区域内，降雨数据具有一致性，而滑坡土体物理力学数据则不然，因而将雨量计配置在母桩上，既满足了监测数据需求，又继续保证了子桩的轻便优势。进一步地，母桩数据采集仪可以根据降雨量数据，调整子桩各类数据的采集频率，能够更科学、经济地实施监测。
进一步地，上述管道滑坡智能监测桩组件的优化方案为：
子桩：安装柱包括间隙配合的内管与外管，内管上段伸出外管，内管下段套于外管内，内管与外管通过定位件联接；外管是空心件，外管近底端内壁固定土壤传感器，土壤传感器的敏感元件出露在外管底面外，土壤传感器的其余部件密封在外管内；内管上段外壁固定通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、角度传感器、位移传感器。
上述优化方案是将子桩设计为可伸缩的管件结构。当内管向上拉出并经定位件固定，可调节子桩总长度。子桩安装时外管下段能够根据需要植入至不同深度的土体层采集土壤数据，并且不影响上部空间位置数据的测量。定位件可采用螺纹定位、卡槽定位、弹簧插销定位等多种常规定位结构。
进一步地，上述管道滑坡智能监测桩组件中，供电装置是太阳能供电装置，包括太阳能控制器、蓄电池。为在必要情况下，为进一步降低子桩自重，母桩与子桩共用安装在母桩上的太阳能控制器。
一般地，上述管道滑坡智能监测桩组件中，土壤传感器(23)包括土壤湿度传感器、土壤孔隙水压力传感器。同时可根据需要安装其他类型土壤传感器。
以上述各管道滑坡智能监测桩组件为基础，本实用新型进一步提供一种管道滑坡智能监测网系统，其技术方案如下：
一种管道滑坡智能监测网系统，包括上位机，其特征在于：还包括至少一组上述管道滑坡智能监测桩组件，母桩通信装置与上位机通信连接；
所述母桩位于监测坡体周边稳定区域的基岩上，当有多支母桩时，母桩沿坡体边沿排布；
所述子桩位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩安装柱地下部分深度1.7m～3.0m，子桩的通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、角度传感器、位移传感器在地面以上；每一组监测桩组件的子桩在与同组母桩通信范围内。
本实用新型管道滑坡智能监测桩组件中，位移传感器可采用拉线式位移传感器。拉线式传感器测位移能够克服传统全站仪和GPS手段测表部位移时效性差、并难以满足长期监测的需求的缺陷。
当智能监测组件采用拉线式位移传感器时，管道滑坡智能监测网系统的技术方案如下：
一种管道滑坡智能监测网系统，包括上位机，其特征在于：还包括至少一组上述管道滑坡智能监测桩组件，母桩的通信装置与上位机通信连接；
所述母桩位于监测滑坡体周边的稳定区域的基岩上，当有多支母桩时，母桩沿滑坡体边沿排布；
所述子桩位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩安装柱地下部分深度1.7m～3.0m，子桩的通信装置、数据采集仪、角度传感器、位移传感器在地面以上，所述拉线式位移传感器的钢丝绳一端固定在母桩安装柱的基部；每一组监测桩组件的子桩在与同组母桩通信范围内。
本实用新型管道滑坡智能监测桩组件中，进一步优化是将子桩拆分为两部分。具体方案是：子桩包括独立的电源支架，供电装置、避雷针安装在电源支架上。该设计是将子桩进一步拆分为核心测量功能部件(含各传感器、数据采集仪、通信装置)与辅助功能部件(含电源装置、避雷针)，从而有效降低每一部件的自重。既能减少安装时对土体的扰动，又能降低子桩的安装深度，以适应对更浅表层土体土壤的监测。在必要或紧急的情况下，子桩辅助功能部件可以为多个核心测量功能部件供电。
当智能监测组件的子桩可拆分为两部分时，管道滑坡智能监测网系统的技术方案如下：
一种管道滑坡智能监测网系统，包括上位机，其特征在于：还包括至少一组上述管道滑坡智能监测桩组件，母桩的通信装置与上位机通信连接；
所述母桩位于监测滑坡体周边的稳定区域的基岩上，当有多支母桩时，母桩沿滑坡体边沿排布；
所述子桩位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩安装柱地下部分深度1.7m～3.0m，子桩的通信装置、数据采集仪、供电装置、避雷针、角度传感器、位移传感器在地面以上，所述电源支架位于子桩远离管道一侧的1m范围内；每一组监测桩组件的子桩在与同组母桩通信范围内。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本发明管道滑坡智能监测桩组件采用子母分离式结构，按管道滑坡监测对象数据特征分配母桩与子桩不同的监测功能，提高了监测组件在整个监测区域中布设的灵活性，从面提高了监测的科学性与有效性。承担地质土体监测功能的子桩设计简洁轻便，并能够根据需要将土壤传感器伸入不同深度土层中，提高了其工作适应性。智能监测组件中各子桩的原始监测数据统一传输至母桩，成为具有分布式特征的监测数据的优势。本实用新型管道滑坡智能监测网系统能够根据需要在监测坡体不同区域布置智能监测组件，不同组的组件可根据需要在坡体的不同位点监测不同深度地层的土壤数据，监测精细化程度高，数据可利用性高。所获得数据具有监测网数据的特征。
附图说明
图1a是管道滑坡智能监测桩组件母桩结构正面示意图。
图1b是管道滑坡智能监测桩组件母桩结构侧面示意图。
图2a是管道滑坡智能监测桩组件子桩正结构示意图。
图2b是管道滑坡智能监测桩组件子桩侧结构示意图(图中虚线圈部分为局部透视示意)。
图3是子桩底部结构示意图。
图4是子桩电源支架结构示意图。
图5是管道滑坡智能监测网系统监测组件布设正投影示意图(虚线圈所示为母桩信号范围，点划线所示为滑动面，箭头示滑坡主滑方向)。
附图中的数字标记分别是：
1母桩 11雨量计 2子桩 21角度传感器 22位移传感器 23土壤传感器 231敏感元件 24电源支架 3安装柱 31内管32外管 33定位件 4通信装置 5数据采集仪 6供电装置61太阳能控制器 62蓄电池 7避雷针 8上位机 9监测坡体坡面
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的优选实施例作进一步的描述。
实施例一
如图1a～图3所示，加工一组管道滑坡智能监测桩组件。
管道滑坡智能监测桩组件包括一支母桩1、N支子桩2，N≥1；
图1a是管道滑坡智能监测桩组件母桩结构正面示意图，图1b是管道滑坡智能监测桩组件母桩结构侧面示意图。母桩1包括安装柱3，安装柱3上固定通信装置4、数据采集仪5、供电装置6、避雷针7、雨量计11，供电装置6分别与通信装置4、雨量计11电路连接，数据采集仪5分别与通信装置4、雨量计11电信号连接。
本实施方式中，安装柱3采用上小下大的两段不锈钢管件结构，上段外径较小便于固定各装置，下段外径较大以提高稳固性。安装柱3总长约1.5m，上段长约0.5m、下段长约1m，两段采用轴肩结构连接。通信装置4安装在安装柱3顶端。供电装置6安装在距安装柱3底部约1.5m高处。数据采集仪5，安装在距安装柱3顶约170mm处。数据采集仪5芯片的物理指标要求是：16位ARM微处理器+4MbFlash外部存储、4通道MODBUS协议接口、4通道RS485接口、电池电量采集接口、2路16位模拟信号采集。避雷针7安装距安装柱3顶约75mm处。雨量计11采用翻斗式雨量计，安装位置在其顶部与安装柱3顶部齐，并保证水平。
图2a是管道滑坡智能监测桩组件子桩正结构示意图，图2b是管道滑坡智能监测桩组件子桩侧结构示意图(图中虚线圈部分为局部透视示意)，图3是子桩底部结构示意图。子桩2包括安装柱3，安装柱3包括间隙配合的内管31与外管32，内管上段伸出外管32，内管下段套于外管32内，内管31与外管32通过定位件33联接；外管32是空心件，外管32近底端内壁固定土壤传感器23，土壤传感器23的敏感元件231出露在外管32底面外，土壤传感器23的其余部件密封在外管32内；内管上段外壁固定通信装置4、数据采集仪5、供电装置6、避雷针7、角度传感器21、位移传感器22。
本实施方式中，内管31长约1.5m，外管32长约1.5m，内管31伸出外管32约0.5m。内管31完全套在外管32内时，子桩达到最小安装深度约1.7m，内管31完全拉出外管32时，子桩达到最大安装深度为约3.0m。该调节范围能基本满足各种管道坡体的土体位移监测需要。子桩2的数据采集仪5芯片的物理指标要求同母桩。
本实施方式中，土壤传感器23包括土壤湿度传感器、土壤孔隙水压力传感器。出露在外管32底面外的传感器敏感元件与外管32底面的连接部分采用740防水防腐胶封。位移传感器22采用拉线式位移传感器。
本实施方式中，定位件33采用螺纹定位结构。具体结构是：主体为钢材螺纹套筒，套筒具有内螺纹，相对应的是具有外螺纹的塑料圆筒连接结构，该结构的下端固定于外管顶端，上端连接内管(不固定内管)，塑料圆筒的上部分是齿状结构，下部分是外螺纹，塑料圆筒中部里侧有一个固定的圆环。当内管向上拉出至合适位置，拧紧螺纹套筒，由于螺纹套筒的顶部直径变小，向下拧紧的过程中将使得塑料圆筒的齿状结构受挤压，齿状结构发生形变间隙减小，对内管施加环向的压力，从而使得内管被固定住。内管的底部焊有一略大于内管直径的圆盘，内管底部圆盘可活动。当拉出内管至最大长度时，其底部的圆盘被塑料连接结构里侧的圆环抵住，从而固定住内管不被拉出。
母桩1的通信装置4与子桩2的通信装置4通信连接。
本实施方式中，供电装置6采用太阳能供电装置，包括太阳能控制器61、蓄电池62。通信装置4采用北斗通信装置。
实施例二
如图4所示，加工一管道滑坡智能监测桩组件，其与实施例一不同之处在于子桩结构，子桩另包括独立的电源支架。
图4是子桩电源支架结构示意图。子桩拆分为两部分，包括独立的电源支架24。避雷针7与供电装置的蓄电池62安装在电源支架24上，成为辅助功能部件。各传感器、数据采集仪、通信装置安装在安装柱3成为核心测量功能部件。母桩1与子桩2共用安装在母桩1上的太阳能控制器61。
实施例三
如图5所示，为监测某建设有管道的坡体搭建管道滑坡智能监测网系统。
图5是管道滑坡智能监测网系统监测组件布设正投影示意图(虚线圈所示为母桩信号范围，点划线所示为滑动面，箭头所示为滑坡主滑方向)。
管道滑坡智能监测网系统内含上位机8与至少一组实施例一或二加工的管道滑坡智能监测桩组件。母桩1通信装置4与上位机8，通信连接。
母桩1位于监测坡体周边稳定区域的基岩上，当有多支母桩1时，母桩1沿坡体边沿排布。母桩1采用在基岩上现浇混凝土并配合法兰结构固定。
子桩2位于监测坡体坡面9上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩2安装柱3地下部分深度1.7m～3.0m，子桩2的通信装置4、数据采集仪5、供电装置6、避雷针7、角度传感器21、位移传感器22在地面以上；每一组监测桩组件的子桩2在与同组母桩1通信范围内。子桩2上拉线式位移传感器的钢丝绳一端固定在母桩1安装柱3的基部。
对于由实施例二加工的独立电源支架24的监测组件，电源支架24位于子桩1远离管道一侧的1m范围内；每一组监测桩组件的子桩2在与同组母桩1通信范围内。
母桩与子桩均尽量布设在开阔无遮挡物、光照条件良好处，保证监测数据的传输质量与供电充足。
Claims (10)
1.管道滑坡智能监测桩组件，用于监测埋设有管道的坡体的滑坡类地质灾害，其特征在于：
包括一支母桩(1)、N支子桩(2)，N≥1；
所述母桩(1)包括安装柱(3)，安装柱(3)上固定通信装置(4)、数据采集仪(5)、供电装置(6)、避雷针(7)，供电装置(6)与通信装置(4)电路连接，通信装置(4)与数据采集仪(5)电信号连接；
所述子桩(2)包括安装柱(3)，安装柱(3)是空心件，安装柱(3)上段外壁固定通信装置(4)、数据采集仪(5)、供电装置(6)、避雷针(7)、角度传感器(21)、位移传感器(22)，安装柱(3)近底端内壁固定土壤传感器(23)，土壤传感器(23)的敏感元件(231)出露在安装柱(3)底面外，土壤传感器(23)的其余部件密封在安装柱(3)内；数据采集仪(5)分别与通信装置(4)、土壤传感器(23)、位移传感器(22)、土壤传感器(23)电信号连接，供电装置(6)分别与通信装置(4)、数据采集仪(5)、角度传感器(21)、位移传感器(22)、土壤传感器(23)电路连接；
所述母桩(1)的通信装置(4)与子桩(2)的通信装置(4)通信连接。
2.根据权利要求1所述的智能监测桩组件，其特征在于：所述母桩(1)：安装柱(3)上还固定雨量计(11)，供电装置(6)与雨量计(11)电路连接，数据采集仪(5)分别与通信装置(4)、雨量计(11)电信号连接。
3.根据权利要求2所述的智能监测桩组件，其特征在于：
所述子桩(2)，安装柱(3)包括间隙配合的内管(31)与外管(32)，内管上段伸出外管(32)，内管下段套于外管(32)内，内管(31)与外管(32)通过定位件(33)联接；
外管(32)是空心件，外管(32)近底端内壁固定土壤传感器(23)，土壤传感器(23)的敏感元件(231)出露在外管(32)底面外，土壤传感器(23)的其余部件密封在外管(32)内；
内管上段外壁固定通信装置(4)、数据采集仪(5)、供电装置(6)、避雷针(7)、角度传感器(21)、位移传感器(22)。
4.根据权利要求3所述的智能监测桩组件，其特征在于：所述土壤传感器(23)包括土壤湿度传感器、土壤孔隙水压力传感器。
5.根据权利要求4所述的智能监测桩组件，其特征在于：所述位移传感器(22)是拉线式位移传感器。
6.根据权利要求5所述的智能监测桩组件，其特征在于：所述子桩(2)还包括独立的电源支架(24)，供电装置(6)、避雷针(7)安装在电源支架(24)上。
7.根据权利要求6所述的智能监测桩组件，其特征在于：所述供电装置(6)是太阳能供电装置，包括太阳能控制器(61)、蓄电池(62)；所述母桩(1)与子桩(2)共用安装在母桩(1)上的太阳能控制器(61)。
8.管道滑坡智能监测网系统，其特征在于：
包括上位机(8)与权利要求1、2、3、4任一所述管道滑坡智能监测桩组件，母桩(1)通信装置(4)与上位机(8)通信连接；
所述母桩(1)位于监测坡体周边稳定区域的基岩上，当有多支母桩(1)时，母桩(1)沿坡体边沿排布；
所述子桩(2)位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩(2)安装柱(3)地下部分深度1.7m～3.0m，子桩(2)的通信装置(4)、数据采集仪(5)、供电装置(6)、避雷针(7)、角度传感器(21)、位移传感器(22)在地面以上；每一组监测桩组件的子桩(2)在与同组母桩(1)通信范围内。
9.管道滑坡智能监测网系统，其特征在于：
包括上位机(8)与权利要求5所述管道滑坡智能监测桩组件，母桩(1)的通信装置(4)与上位机(8)通信连接；
所述母桩(1)位于监测滑坡体周边的稳定区域的基岩上，当有多支母桩(1)时，母桩(1)沿滑坡体边沿排布；
所述子桩(2)位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩(2)安装柱(3)地下部分深度1.7m～3.0m，子桩(2)的通信装置(4)、数据采集仪(5)、角度传感器(21)、位移传感器(22)在地面以上，所述拉线式位移传感器的钢丝绳一端固定在母桩(1)安装柱(3)的基部；每一组监测桩组件的子桩(2)在与同组母桩(1)通信范围内。
10.管道滑坡智能监测网系统，其特征在于：
包括上位机(8)与权利要求6或7所述管道滑坡智能监测桩组件，母桩(1)的通信装置(4)与上位机(8)通信连接；
所述母桩(1)位于监测滑坡体周边的稳定区域的基岩上，当有多支母桩(1)时，母桩(1)沿滑坡体边沿排布；
所述子桩(2)位于监测坡体坡面上，呈错列排布，投影位置在坡体内埋设的管道旁侧，子桩(2)安装柱(3)地下部分深度1.7m～3.0m，子桩(2)的通信装置(4)、数据采集仪(5)、供电装置(6)、避雷针(7)、角度传感器(21)、位移传感器(22)在地面以上，所述电源支架(24)位于子桩(2)远离管道一侧的1m范围内；每一组监测桩组件的子桩(2)在与同组母桩(1)通信范围内。
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|---|---|---|---|---|
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2019
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