CN212181298U - 深基坑无线采集自动化监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种深基坑无线采集自动化监测系统，包括无线低功耗采集单元、数据集中器、移动通信网络、数据采集及管理单元，多个无线低功耗采集单元与数据集中器进行LoRa通信，数据集中器通过移动通信网络与布置在安全监测中心的数据采集及管理单元连接；无线低功耗采集单元包括第一微处理器、与第一微处理器连接的第二微处理器、采集模块、电池、与第二微处理器连接的LoRa通信模块和与采集模块连接的RS485采集接口，RS485采集接口用于与监测传感器连接。本实用新型具有频次快、时效性好、稳定性高、数据真实可靠等优点，是可实现现地操作和远程管理无缝切换的自动化监测系统，适应深基坑工程监测点分散、施工环境复杂的特点。

Description

深基坑无线采集自动化监测系统

技术领域

本实用新型涉及测量技术领域，具体是一种深基坑无线采集自动化监测系统。

背景技术

我国的深基坑工程在近十余年得到迅猛发展，尤其在大、中城市，随着高层建筑和地下工程的不断涌现，带动了许多大型深基坑的出现。基坑工程的开挖面积、挖深、周边环境复杂程度等方面都屡创新高。深基坑工程是一项风险性较高的工程，根据近年来建设工程事故的统计，基坑工程中发生工程事故的概率往往高于主体工程，基坑工程事故的频频发生，造成了重大的经济损失和严重后果。

深基坑工程作为危大工程之一，由于技术复杂且事故频发，因此在施工过程中应进行监测，以确保施工环境及周边环境安全。为了监测深基坑支护结构的强度和变形，并有效控制基坑对周边环境的破坏，深基坑设置了表面位移监测、深层水平位移监测、地下水位监测、围护墙内力监测、支撑内力监测、土压力监测等监测类型，具有监测点位多、数据类型多、监测任务重等特点。目前国内深基坑工程监测大多采用人工测量的方法，耗费人力资源且数据时效差，深基坑工程施工期需要高频次动态监测、实时监测预警、及时反馈，以便及时调整设计、改进施工方法，达到动态反馈设计的目的，但是人工监测的监测频次和及时性都很难满足要求，同时人为因素等原因提高了错误几率，不能及时发现和预报基坑施工过程中存在的安全隐患。

相比于基坑施工期的人工监测，自动化监测具有时效性、准确性、连续性、便捷性和安全性等优点，在施工过程中能及时对基坑支护结构以及周边环境实施全面的监控量测，通过监测得到的数据对基坑整体稳定与变形进行安全评估，及时反馈施工安全。

目前自动化采集设备存在着以下几方面问题：

1)设备采用市电或太阳能供电方式，深基坑工程的测点呈纵向及横向分布，很多位置无法保证太阳能充足，而在施工期也很难保证市电供应到每个监测站点；

2)深基坑工程的测点较分散，将监测传感器的引线全部接入监测站点，接线布线较繁琐，在施工期较难实现；

3)深部水平位移采用测斜仪进行监测，往往各个厂家都需要专用配套数据采集单元和软件，与基坑监测系统无法兼容；

4)现场施工部位随进度随时发生变化，对自动化采集单元体积、重量和操作灵活性要求高，常规自动化设备体积较大，不适合灵活移动。

发明内容

本实用新型提供一种深基坑无线采集自动化监测系统，采用基于LoRa的窄带无线通讯和低功耗嵌入式芯片技术，兼容深基坑监测多种类型的传感器，构建全方位监测信息感知体系，并通过无线低功耗采集单元实现各个厂家测斜仪的全自动化实时测量，建立深基坑施工期安全监测的数据采集及管理系统，实现监测仪器与设备的多维信息管理。

一种深基坑无线采集自动化监测系统，包括无线低功耗采集单元、数据集中器、移动通信网络、数据采集及管理单元，多个无线低功耗采集单元与数据集中器进行LoRa通信，数据集中器通过移动通信网络与布置在安全监测中心的数据采集及管理单元连接；所述无线低功耗采集单元包括第一微处理器、与第一微处理器连接的第二微处理器、采集模块、电池、与第二微处理器连接的LoRa通信模块和与采集模块连接的RS485采集接口，RS485采集接口用于与监测传感器连接。

进一步的，所述监测传感器包括数字式测斜仪、钢筋计、土压力计。

进一步的，所述无线低功耗采集单元包括低功耗数字式采集单元、低功耗振弦式采集单元、低功耗差阻式采集单元。

进一步的，所述动通信网络为4G通信网络。

进一步的，多个低功耗采集单元作为LoRa通信网络的节点，数据集中器作为LoRa通信网络的网关与多个低功耗采集单元进行组网通信连接。

本实用新型利用自动化监测系统替代人工测量后，通过安装在有关部位的检测仪器实现了数据自动采集，具有频次快、时效性好、稳定性高、数据真实可靠等优点，实时且精准地为施工安全保驾护航；另外通过建立传感器信号分布式采集、集中式管理的工作模式，形成实现现地操作和远程管理无缝切换的自动化监测系统，适应于深基坑工程监测点分散、施工环境复杂的特点。

附图说明

图1是本实用新型深基坑无线采集自动化监测系统的结构示意图；

图2是本实用新型中低功耗采集单元的结构示意图；

图3是本实用新型的现场布置示意图。

图中：1—无线低功耗采集单元，2—数据集中器，3—移动通信网络，4—数据采集及管理单元，11—第一微处理器，12—第二微处理器，13—LoRa通信模块，14—采集模块，15—RS485采集接口，16—电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

图1所示为本实用新型深基坑无线采集自动化监测系统的结构示意图，所述深基坑无线采集自动化监测系统包括系统包括无线低功耗采集单元1、数据集中器2、移动通信网络3、数据采集及管理单元4。

多个无线低功耗采集单元1与数据集中器2进行LoRa通信，即多个低功耗采集单元1作为LoRa通信网络的节点，数据集中器2作为LoRa通信网络的网关进行组网通信连接，数据集中器2通过移动通信网络3(例如4G通信网络)与布置在安全监测中心的数据采集及管理单元4连接。

如图2所示，所述无线低功耗采集单元1包括第一微处理器11、与第一微处理器11连接的第二微处理器12、采集模块14、电池16、与第二微处理器12连接的LoRa通信模块13和与采集模块14连接的RS485采集接口15。所述第一微处理器11作为主处理器负责其他组件的控制和调配，LoRa通信模块13用于与数据集中器2进行LoRa通信连接，第二微处理器12与LoRa通信模块13连接，用于控制通信并解析通信协议。

RS485采集接口15用于与监测传感器连接，所述监测传感器包括数字式测斜仪、钢筋计、土压力计等，如图3所示，各监测传感器埋入后立刻就近接入无线低功耗采集单元1的RS485采集接口15，无线低功耗采集单元1无需有线网络和供电，通过内置电池16即可进行工作，采集模块14通过RS485采集接口15采集监测数据后，利用LoRa通信模块13将监测数据通过LoRa通信网络将给数据集中器2，然后数据集中器2收集多台无线低功耗采集单元1采集的监测数据后，通过移动通信网络3(例如4G通信网络)将监测数据发送给安全监测中心的数据采集及管理单元4，达到实时监测和及时预警的目的。

本实用新型采用的无线低功耗采集单元1通过高密度电池、信号采集、无线通讯、数据存储一体化，可降低整个采集仪体积和重量，保证基坑施工期随着工作面的灵活移动，具有轻量型、体积小、易安装固定的特点，无线低功耗采集单元1分为低功耗数字式采集单元、低功耗振弦式采集单元、低功耗差阻式采集单元三种类型，覆盖深基坑监测传感器的多种类型。

对应几种不同的无线低功耗采集单元1，所述采集模块14包括低功耗数字式采集单元、低功耗振弦式采集单元、低功耗差阻式采集单元，其中低功耗振弦式采集单元、低功耗差阻式采集单元的结构与低功耗数字式采集单元类似，布置时将数字式采集模块和对应的RS485采集接口，更换成振弦式(差阻式)采集模块和振弦式(差阻式)采集接口电路即可。

深基坑工程重点是支护结构的强度和变形，基坑施工过程中现场环境复杂，难以保证稳定电源和通信网络，进行自动化监测须采用低功耗无线采集的监测方案，本实用新型的三种低功耗采集单元，可覆盖多种传感器类型，通过全密封式防水外壳和简易安装方式，确保施工期自动化系统布设的时效性，保证工程监测的及时可靠。

本实用新型利用自动化监测系统替代人工测量后，通过安装在有关部位的检测仪器实现了数据自动采集，具有频次快、时效性好、稳定性高、数据真实可靠等优点，实时且精准地为施工安全保驾护航；另外通过建立传感器信号分布式采集、集中式管理的工作模式，实现现地操作和远程管理无缝切换的自动化监测系统，适应于深基坑工程监测点分散、施工环境复杂的特点；可提供安全监测信息的多维查询、仪器设备管理及实时分析，为深基坑工程的安全稳定运行提供重要的技术支撑。

本实用新型具有以下优点：

(1)即装即用。无线低功耗采集单元1不需要接外部供电和通信线缆，只需要接入传感器电缆就即刻进行采集和传输；

(2)实时预警。仪器埋入后，就近接入自动化采集单元(即数据集中器2)，可实现高频次采集和实时监测预警；

(3)重复使用。基坑稳定后，监测仪器可接入永久观测站，进行自动化采集，替换的低功耗数据采集单元1可以用于其他施工基坑进行自动化监测使用。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种深基坑无线采集自动化监测系统，其特征在于：包括无线低功耗采集单元(1)、数据集中器(2)、移动通信网络(3)、数据采集及管理单元(4)，多个无线低功耗采集单元(1)与数据集中器(2)进行LoRa通信，数据集中器(2)通过移动通信网络(3)与布置在安全监测中心的数据采集及管理单元(4)连接；所述无线低功耗采集单元(1)包括第一微处理器(11)、与第一微处理器(11)连接的第二微处理器(12)、采集模块(14)、电池(16)、与第二微处理器(12)连接的LoRa通信模块(13)和与采集模块(14)连接的RS485采集接口(15)，RS485采集接口(15)用于与监测传感器连接。

2.如权利要求1所述的深基坑无线采集自动化监测系统，其特征在于：所述监测传感器包括数字式测斜仪、钢筋计、土压力计。

3.如权利要求1所述的深基坑无线采集自动化监测系统，其特征在于：所述无线低功耗采集单元(1)包括低功耗数字式采集单元、低功耗振弦式采集单元、低功耗差阻式采集单元。

4.如权利要求1所述的深基坑无线采集自动化监测系统，其特征在于：所述动通信网络(3)为4G通信网络。

5.如权利要求1所述的深基坑无线采集自动化监测系统，其特征在于：多个低功耗采集单元(1)作为LoRa通信网络的节点，数据集中器(2)作为LoRa通信网络的网关与多个低功耗采集单元(1)进行组网通信连接。

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