CN218723852U - 变形监测安全预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种变形监测安全预警系统，包括：遥感卫星，用于获取被监测目标的历史和实时I nSAR图像；人工角反射器，安装于被监测目标的变形监测点位，用于增强卫星遥感技术在低相干区域监测变形的能力；I nSAR图像数据处理装置，用于接收并处理被监测目标的历史和实时I nSAR图像，获取被监测目标的变形数据，并形成直观、可视化的变形图像；安全预警装置，至少设置有第一报警阈值，能够在被监测目标的变形数据达到所述第一报警阈值时向管理人员发出警报。本实用新型提出的变形监测安全预警系统能够综合分析被监测目标的历史变形速率与实时变形速率，发现异常变形情况并及时发出预警，可有效规避风险并指导施工。

Description

变形监测安全预警系统

技术领域

本实用新型涉及工程变形监测技术领域，具体涉及一种变形监测安全预警系统。

背景技术

地铁、城市轨道、高速公路等基础设施施工过程中会对施工影响区域的地下管线、附近建筑物、相邻环境、地面交通等产生影响，导致影响区域内建(构)筑物变形。大型基础设施在运营阶段也会对周边建筑物产生影响，因此在施工阶段和运营阶段监测大型基础设施及其影响区域内建筑物的变形十分重要，做到及时发现问题及时维护，确保基础设施的安全运行。

传统变形监测技术有水准测量法、埋设仪器法等方式，其测量时间长、精度受人为因素影响较大，在连续性、实时性和自动化程度等方面也越来越难以满足建筑物的动态监测要求，且传统的变形监测技术无法获取被监测目标的历史变形数据。

因此，需要提出一种用于建、构筑物施工前、施工过程中及后期运营、维护期间的能够进行长期变形监测和及时预警的新的变形监测安全预警系统。

实用新型内容

鉴于现有技术的不足，本实用新型的主要目的是提供一种变形监测安全预警系统，能够对建筑物变形进行实时监测并且可以综合分析被监测目标的历史变形速率与实时变形速率，发现异常变形情况并及时发出一级或两级预警，可有效规避风险并指导施工。测量范围广、不受光照和天气条件的限制，可以穿透云层，能够对建筑物微小形变做变形监测。

本实用新型的技术方案如下：

一种变形监测安全预警系统，包括：

遥感卫星，用于获取被监测目标的历史和实时InSAR图像；

人工角反射器，安装于被监测目标的变形监测点位，用于增强卫星遥感技术在低相干区域监测变形的能力；

InSAR图像数据处理装置，用于接收并处理被监测目标的历史和实时InSAR图像，获取被监测目标的变形数据，并形成直观、可视化的变形图像；

安全预警装置，至少设置有第一报警阈值，能够在被监测目标的变形数据达到所述第一报警阈值时向管理人员发出警报。

在一些实施例中，所述遥感卫星采用高分系列卫星或COSMO-SkyMed卫星。

在一些实施例中，所述被监测目标的变形数据包括被监测目标的空间坐标信息，空间坐标随时间的变化趋势，被监测目标的累积变形量，短期与长期变形速率与趋势。

在一些实施例中，该变形监测安全预警系统还包括后台客户端，作为安全预警第一道防线，用于在被监测目标的变形数据达到所述第一报警阈值时接收所述安全预警装置发出的警报。

在一些实施例中，所述后台客户端通过有线或无线通讯接收所述安全预警装置发出的警报。

在一些实施例中，所述后台客户端为手机端或PC端，所述安全预警装置通过短信和/或电话向所述后台客户端发出警报。

在一些实施例中，该变形监测安全预警系统还包括室内报警器，安装在被监测目标的室内，作为安全预警第二道防线，用于向室内人员发出警报。

在一些实施例中，所述安全预警装置还设置有第二报警阈值，在被监测目标的变形数据达到所述第二报警阈值时所述安全预警装置控制所述室内报警器启动，向室内人员发出警报。

在一些实施例中，所述被监测目标为建、构筑物，所述人工角反射器的底座开设螺栓孔通过螺栓安装在建、构筑物的顶部，或所述人工角反射器的底座通过结构胶粘接在建、构筑物的顶部。

在一些实施例中，该变形监测安全预警系统为永久性结构，用于建、构筑物施工前、施工过程中及后期运营、维护期间的长期变形监测和安全预警。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：本实用新型提出一种变形监测安全预警系统，该安全预警系统测量范围广、不受光照和天气条件的限制，可以穿透云层，能够对建筑物微小形变做变形监测。该安全预警系统能够对建筑物变形进行实时监测并且可以综合分析被监测目标的历史变形速率与实时变形速率，发现异常变形情况并及时发出一级或两级预警，可有效规避风险并指导施工。具体而言，至少具有如下实际效果：

人工角反射器能够有效增强卫星遥感技术在低相干区域监测建、构筑物变形的能力。

InSAR图像处理系统可获取被监测目标的实时和历史InSAR图像，并从InSAR图像中提取被监测目标的空间坐标信息，通过处理不同时间节点的多幅InSAR图像，获取被监测目标的空间坐标随时间的变化趋势，获取被监测目标的累积变形量，短期与长期变形速率与趋势，并形成直观、可视化的变形图像。

安全预警装置可人为设置报警阈值，当被检测目标的变形数据到达该报警阈值时，能够通过短信、电话等方式及时向管理人员发出警报以及通过在建筑物内设置报警器，控制报警器及时向建筑物内所有人员进行报警，实现多重警报。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本实用新型一种实施方式的变形监测安全预警系统结构示意图；

图2为本实用新型一种实施方式的测点时间与沉降量变形曲线示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型实施例作进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应当理解，术语“包括/包含”、“由……组成”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本实用新型提出的变形监测安全预警系统能够综合分析被监测目标的历史变形速率与实时变形速率，及时发现异常变形情况并及时发出预警，可有效规避风险并指导施工。

以下结合较佳的实施方式对本实用新型的实现进行详细的描述。

如图1所示，本实用新型提出一种变形监测安全预警系统，包括：遥感卫星1、人工角反射器2、InSAR图像数据处理装置3和安全预警装置4。

遥感卫星1用于获取被监测目标的历史和实时InSAR图像。

本实用新型中，遥感卫星1采用我国自主研发的高分系列卫星，或意大利航天局研发的宇宙地中海高分辨率雷达卫星(COSMO-SkyMed卫星)。

人工角反射器2安装于被监测目标的变形监测点位，用于增强卫星遥感技术在低相干区域监测变形的能力。

常规卫星遥感变形监测技术通常会缺少永久散射体即天然PS点，或者永久散射体精度低，图像相干度较低，不能良好反应其变形情况等。相干度表示遥感信号准确入射至被监测点的程度以及入射信号的强度。相干度的强弱直接影响了利用该技术进行建、构筑物变形监测的精度，该人工角反射器2(人工PS点)能有效增强遥感技术在低相干区域监测建、构筑物变形的能力。

容易理解，本文中所说的永久散射体相当于接收遥感信号的装置，是对卫星遥感信号的后向散射较强，并且在时序上较稳定的各种地物目标，自然界存在一些天然永久散射体，但较少。

InSAR图像数据处理装置3用于接收并处理被监测目标的历史和实时InSAR图像，获取被监测目标的变形数据，并形成直观、可视化的变形图像。

应当理解，InSAR图像数据处理装置3可获取被监测目标5的实时和历史InSAR图像，并从InSAR图像中提取被监测目标5的空间坐标信息，通过处理不同时间节点的多幅InSAR图像，获取被监测目标5的空间坐标随时间的变化趋势，获取被监测目标5的累积变形量，短期与长期变形速率与趋势，并形成直观、可视化的变形图像。

安全预警装置4至少设置有第一报警阈值，能够在被监测目标的变形数据达到第一报警阈值时向管理人员发出警报。

容易理解，第一报警阈值根据建筑物结构类型而定，此阈值需要管理人员根据现有规范计算后自定，具体计算方法参照《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)和《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015)及其他结构设计规范。

本实用新型的变形监测安全预警系统通过遥感卫星1可获取被监测目标5的历史与实时InSAR图像，通过InSAR图像数据处理装置3可得到被监测目标5的历史变形速率与趋势，当被监测目标5的实时变形速率突变或与历史变形速率差异较大时，说明被监测目标5的变形存在异常，InSAR图像数据处理装置3会将异常报送至安全预警装置4，安全预警装置4可人为设置报警阈值，当被检测目标的变形数据到达该报警阈值时，能够及时向管理人员发出警报以及向建筑物内所有人员进行报警，实现多重警报。

本实用新型中，被监测目标5的变形数据包括被监测目标5的空间坐标信息，空间坐标随时间的变化趋势，被监测目标5的累积变形量，短期与长期变形速率与趋势。

继续参见图1，该变形监测安全预警系统还包括后台客户端6，作为安全预警第一道防线，用于在被监测目标5的变形数据达到第一报警阈值时接收安全预警装置4发出的警报。

容易理解，当被监测目标5产生的变形数据超过管理人员设置的第一报警阈值时启动第一道防线，安全预警系统控制后台客户端6，启用通讯功能，及时向管理人员发出警报。

较佳的，该后台客户端6通过有线或无线通讯接收该安全预警装置4发出的警报。

较佳的，该后台客户端6为手机端或PC端。安全预警装置4通过短信和/或电话等通讯方式向该后台客户端6发出警报。

本实用新型中，该变形监测安全预警系统还包括室内报警器7，安装在被监测目标5的室内，作为安全预警第二道防线，用于向室内人员发出警报。

较佳的，安全预警装置4还设置有第二报警阈值，在被监测目标5的变形数据达到该第二报警阈值时安全预警系统控制室内报警器7启动，向室内人员发出警报。

容易理解，第二报警阈值可以由用户根据现有规范计算后自定，具体计算方法参照《民用建筑可靠性鉴定标准》(GB50292-2015)和《危险房屋鉴定标准》(JGJ125-2016)及其他结构设计规范。

容易理解，在建筑物内设置室内报警器7，当被监测目标5产生的变形数据超过用户自己设置的第二报警阈值时启动第二道防线，安全预警系统可控制室内报警器7，及时向建筑物内所有人员进行报警，及时疏散。

本实用新型中，被监测目标5为建、构筑物。

本实用新型中，该人工角反射器2设置在被监测目标5的顶部。

较佳的，该人工角反射器2的底座开设螺栓孔，该人工角反射器2通过螺栓安装在建、构筑物的顶部，或人工角反射器2的底座通过结构胶粘接在建、构筑物的顶部。

容易理解，人工角反射器2的数量根据用户变形监测需求设立，可布置一个，也可布置多个，具体数量根据现场用户需求自行设立，本文在这里不做具体限定。

在一个具体实施例中，图2为测点时间与沉降量变形曲线，示出建筑被监测点从2018年至2021年的沉降量变化曲线，即位移-时间曲线，反应在不同时间节点被监测点位的沉降量，图中点1和点2代表两个不同的监测点的情况。由曲线可知，2020年2月至6月，沉降变形迅速增大，沉降速率远大于2020年2月前该测点的沉降速率，InSAR图像数据处理装置3可根据监测日期和沉降量实时计算监测点的沉降速率，当沉降速率大于安全预警装置4所设定的阈值时，平台会向管理人员或用户发出警报，或沉降速率未超出安全预警装置4所设定的阈值，但发生突变时，平台也会向管理人员或用户发出警报。由图2可知，2020年2月之前曲线斜率趋近于0，而进入2月时，曲线斜率大幅度增加，即沉降速率突变了，此时后台客户端6或室内报警器7会发出警报。

本实用新型的变形监测安全预警系统为永久性结构，用于建、构筑物施工前、施工过程中及后期运营、维护期间的长期变形监测和安全预警。

本实用新型的变形监测安全预警系统的监测流程为：

S1：安装人工角反射器2；

S2：选择遥感变形监测卫星，获取被监测目标5的历史与实时InSAR图像；

S3：InSAR图像数据处理装置3接收并处理被监测目标5的历史与实时InSAR图像，获取被监测目标5的变形数据，使数据形成直观、可视化的变形图像；

S4：处理后的变形数据报送至安全预警装置4并通过后台客户端6和/或室内报警器7发出警报。

本实用新型的变形监测安全预警系统属于非接触测量范畴，具有其他传统接触式测量技术所不具备的优势，具有测量范围广、不受光照和天气条件的限制，可以穿透云层影响的特点。该变形监测安全预警系统可实现对建筑物微小形变的变形监测，可对建筑物变形进行实时监测并且可以获取建筑物历史与实时变形数据，对被监测建筑物的历史变形进行反演，综合分析被监测目标的历史变形速率与实时变形速率，及时发现异常变形情况并及时发出预警，可有效规避风险并指导施工。

本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变形监测安全预警系统，其特征在于，包括：

遥感卫星，用于获取被监测目标的历史和实时InSAR图像；

人工角反射器，安装于被监测目标的变形监测点位，用于增强卫星遥感技术在低相干区域监测变形的能力；

InSAR图像数据处理装置，用于接收并处理被监测目标的历史和实时InSAR图像，获取被监测目标的变形数据，并形成直观、可视化的变形图像；所述被监测目标的变形数据包括被监测目标的空间坐标信息，空间坐标随时间的变化趋势，被监测目标的累积变形量，短期与长期变形速率与趋势；

安全预警装置，至少设置有第一报警阈值，能够在被监测目标的变形数据达到所述第一报警阈值时向管理人员发出警报；

室内报警器，安装在被监测目标的室内，作为安全预警第二道防线，用于向室内人员发出警报；

所述安全预警装置还设置有第二报警阈值，在被监测目标的变形数据达到所述第二报警阈值时所述安全预警装置控制所述室内报警器启动，向室内人员发出警报。

2.根据权利要求1所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

所述遥感卫星采用高分系列卫星或COSMO-SkyMed卫星。

3.根据权利要求1所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

该变形监测安全预警系统还包括后台客户端，作为安全预警第一道防线，用于在被监测目标的变形数据达到所述第一报警阈值时接收所述安全预警装置发出的警报。

4.根据权利要求3所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

所述后台客户端通过有线或无线通讯接收所述安全预警装置发出的警报。

5.根据权利要求4所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

所述后台客户端为手机端或PC端，所述安全预警装置通过短信和/或电话向所述后台客户端发出警报。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

所述被监测目标为建、构筑物，所述人工角反射器的底座开设螺栓孔通过螺栓安装在建、构筑物的顶部，或所述人工角反射器的底座通过结构胶粘接在建、构筑物的顶部。

7.根据权利要求6所述的变形监测安全预警系统，其特征在于，

该变形监测安全预警系统为永久性结构，用于建、构筑物施工前、施工过程中及后期运营、维护期间的长期变形监测和安全预警。

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