深大基坑无线智能化监测系统的制作方法

1.本发明涉及地基与基础工程技术领域，具体为深大基坑无线智能化监测系统。


背景技术：

2.随着我国经济与城市的快速发展，深基坑工程越来越多，建设规模越来越大，而且基坑周边环境也越来越复杂，基坑发生工程事故的概率往往高于地上主体工程，一旦发生工程事故，就会严重危及国家与人民的生命财产安全，由于基坑工程具有复杂性、非线性、不确定性等特点，目前还不能找到一个系统的、可靠的方法来判定基坑安全状况，因此基坑监测是预防基坑安全事故发生的重要手段。
3.目前基坑工程监测包括人工监测和有线自动监测，传统的人工监测，主要是配备测试人员进行现场数据采集，然后到室内进行数据整理、统计、分析判断监测结果，并出具相应的监测报告，不仅费时费力，效率低，且工程监测频率低，监测数据不连续，导致对突发情况的反应、处理以及预警能力大大下降；有线网络监测系统在数据采集方式上有所改进，降低了人工成本，但需要铺设大量的长距离线路以保障电源与信号的传递，基坑工程周边施工环境非常复杂，容易对导线造成破坏；有线传感装置不可能大面积、大密度安装，进而漏报、误报现象同样严重。
4.针对上述问题，本发明提供了深大基坑无线智能化监测系统。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供深大基坑无线智能化监测系统，包括用于采集基坑监测数据的自动化数据采集单元和用于将采集数据进行无线传输的无线远程传输单元，以及对基坑监测数据进行分析的监测服务平台，实现对地下工程和深基坑及周边环境监测数据的自动采集以及数据的无线传输，对基坑进行实时的监测预警，从而解决了背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：深大基坑无线智能化监测系统，包括用于采集基坑监测数据的自动化数据采集单元和用于将采集数据进行无线传输的无线远程传输单元，以及对基坑监测数据进行分析的监测服务平台，自动化数据采集单元包括布置在基坑内的无线智能传感器，无线智能传感器对基坑进行实时监测，并将监测数据通过无线远程传输单元传输给监测服务平台；
7.监测服务平台包括用于对监测数据进行分析处理的数据分析处理模块和将处理后的数据进行管理的数据管理模块，且监测服务平台还设置有智能化预警模块，数据分析处理模块对原始监测数据进行分析处理后传输给智能化预警模块，智能化预警模块依据设定的预警值，对监测数据进行分析判断，并做出相应的预警指示，同时将预警信息通过云平台实时发送给用户端。
8.进一步地，无线智能传感器包括全站仪机器人、固定式测斜仪、渗压计、钢筋计、锚索计和静力水准仪，无线智能传感器对基坑及周边的各类变形、内力及地下水进行监测。
9.进一步地，无线远程传输单元整体架构为在无线传感网技术的基础上，用无线智
能传感器加云服务的模式实现，主要由网关、移动网络以太网和传感云组成，实现监测数据的远程自动传输、下载和存储，通过网关接受无线智能传感器发出的加密信号，然后通过移动网络以太网将加密信号上传到传感云，最后监测服务平台通过私钥解密获取原始监测数据。
10.进一步地，原始监测数据实时上传至监测服务平台后，数据分析处理模块实现对原始监测数据的实时存储和分析处理操作，并通过gis平台控件形成各类监测数据变化的曲线、图形、图表等可视化信息并输出。
11.进一步地，为了保证数据分析处理模块对数据存储分析时安全稳定，采用以下保护措施：
12.1)物理安全:应用ups电源，防止突然断电对服务器造成重大影响；
13.2)容错策略:利用raio技术保护数据安全，当计算机硬盘由于特殊情况而发生数据丢失时，利用raio技术的备份及时恢复数据；
14.3)数据库数据每周定时备份；
15.4)人工定期检查服务器的工作状况和数据安全情况。
16.进一步地，原始监测数据经采集与数据分析处理模块处理后，存入到系统监测平台的智能化预警模块中，该模块集成了数据查询、数据分析、视频管理和报警设置等功能，通过该模块设置监测点形变报警阈值。
17.进一步地，基坑监测项目的监测报警值应根据监测对象的规范及支护结构设计要求确定，报警值取设计极限值的70％，警戒值取设计极限值的80％。
18.进一步地，自动化数据采集单元的自动化监测网布设包括以下步骤：
19.s01：在监测点施工范围之外50～100m外设立3～4个稳固的水准测量基准点，监测网中布设3个固定棱镜作为基准点；
20.s02：基坑坡顶水平位移及竖向位移监测共用同一监测点，沿基坑边坡顶部布设，距离基坑开挖上口线约30cm，测点间距约15～20m，每个测点设置l型棱镜作为监测点；
21.s03：周边建筑物位移监测点采用植筋的方式在周边建筑物四角及沿建筑物外墙每20m处布设，周边道路位移监测采用击入界址钉的方式布设在道路两侧；
22.s04：深层水平位移监测断面沿基坑四周布设，断面间距约20～60m，每个监测断面不同深度处设置测斜传感器；
23.s05：锚索内力监测断面布设基坑每侧边中部、阳角处和地质条件复杂的区段，每个监测断面不同深度处设置锚索传感器；
24.s06：混凝土支撑的监测断面设置在两支点间1/3部位，并避开节点位置，混凝土支撑应采用应变计进行测试，绑扎钢筋笼时进行埋设，宜在截面分布均匀，并牢固固定；
25.s07：地下水位监测点沿基坑四周布设，监测点间距约25m，每个监测点安放渗压计。
26.进一步地，无线远程传输单元的现场无线组网的搭建，利用无线智能传感器的数字接口和通信协议，通过无线传感网技术，分别与现场网关逐一配置，形成一对多点的分布式无线通信网。
27.进一步地，无线组网按照工地面积大小和地理特征，划分为一个或若干采集区域，可呈线性分布或蜂窝分布，每个采集区域以网关为中心，其覆盖半径不小于500m，采集终端
不少于100个测点。
28.本发明的有益效果如下：
29.本发明提供的深大基坑无线智能化监测系统，利用物联网技术，开发具有自动化数据采集、无线数据传输、传感器自由组网、远程化智能控制为一体的深大基坑监测系统，为深大基坑的监测提供实时、精确、连续的数据，预测基坑变形趋势，建立科学的预警机制，评判基坑的安全状态，以保障基坑安全顺利施工，无线数据传输节省了电缆的使用，避免了基坑工程施工对电缆造成破坏，克服了常规人工监测手段所需的人员投入多、耗时长、误差大、数据处理滞后的缺点，同时数据采集连续，能够反映出各工况下动态变化情况，实现实时监测预警。
附图说明
30.图1为本发明的深大基坑无线智能化监测系统的整体模块图；
31.图2为本发明的深大基坑无线智能化监测系统的无线远程传输单元的模块图；
32.图3为本发明的深大基坑无线智能化监测系统的监测服务平台的模块图；
33.图4为本发明的自动化数据采集单元的自动化监测网布设流程图；
34.图5为本发明的无线远程传输单元的现场无线组网的搭建结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.请参阅图1，深大基坑无线智能化监测系统，包括用于采集基坑监测数据的自动化数据采集单元和用于将采集数据进行无线传输的无线远程传输单元，以及对基坑监测数据进行分析的监测服务平台，自动化数据采集单元包括布置在基坑内的无线智能传感器，无线智能传感器对基坑进行实时监测，并将监测数据通过无线远程传输单元传输给监测服务平台。
37.监测服务平台包括用于对监测数据进行分析处理的数据分析处理模块和将处理后的数据进行管理的数据管理模块，且监测服务平台还设置有智能化预警模块，数据分析处理模块对原始监测数据进行分析处理后传输给智能化预警模块，智能化预警模块依据设定的预警值，对监测数据进行分析判断，并做出相应的预警指示，同时将预警信息通过云平台实时发送给用户端。
38.请参阅图2和图5，无线智能传感器包括全站仪机器人、固定式测斜仪、渗压计、钢筋计、锚索计和静力水准仪，无线智能传感器对基坑及周边的各类变形、内力及地下水进行监测。
39.无线远程传输单元整体架构为在无线传感网技术的基础上，用无线智能传感器加云服务的模式实现，主要由网关、移动网络以太网和传感云组成，实现监测数据的远程自动传输、下载和存储，通过网关接受无线智能传感器发出的加密信号，然后通过移动网络以太网将加密信号上传到传感云，最后监测服务平台通过私钥解密获取原始监测数据，传感器
节点采用无线连接，安装便利，节省了电缆的使用，避免了基坑工程施工对电缆造成破坏，确保了监测系统的安全性和稳定性。
40.请参阅图3，原始监测数据实时上传至监测服务平台后，数据分析处理模块实现对原始监测数据的实时存储和分析处理操作，并通过gis平台控件形成各类监测数据变化的曲线、图形、图表等可视化信息并输出。
41.进一步地，为了保证数据分析处理模块对数据存储分析时安全稳定，采用以下保护措施：
42.1)物理安全:应用ups电源，防止突然断电对服务器造成重大影响；
43.2)容错策略:利用raio技术保护数据安全，当计算机硬盘由于特殊情况而发生数据丢失时，利用raio技术的备份及时恢复数据；
44.3)数据库数据每周定时备份；
45.4)人工定期检查服务器的工作状况和数据安全情况。
46.更进一步地，原始监测数据经采集与数据分析处理模块处理后，存入到系统监测平台的智能化预警模块中，该模块集成了数据查询、数据分析、视频管理和报警设置等功能，通过该模块设置监测点形变报警阈值，基坑监测项目的监测报警值应根据监测对象的规范及支护结构设计要求确定，作为优选的，报警值取设计极限值的70％，警戒值取设计极限值的80％。
47.请参阅图4，自动化数据采集单元的自动化监测网布设包括以下步骤：
48.s01：在监测点施工范围之外50～100m外设立3～4个稳固的水准测量基准点，监测网中布设3个固定棱镜作为基准点；
49.s02：基坑坡顶水平位移及竖向位移监测共用同一监测点，沿基坑边坡顶部布设，距离基坑开挖上口线约30cm，测点间距约15～20m，每个测点设置l型棱镜作为监测点；
50.s03：周边建筑物位移监测点采用植筋的方式在周边建筑物四角及沿建筑物外墙每20m处布设，周边道路位移监测采用击入界址钉的方式布设在道路两侧；
51.s04：深层水平位移监测断面沿基坑四周布设，断面间距约20～60m，每个监测断面不同深度处设置测斜传感器；
52.s05：锚索内力监测断面布设基坑每侧边中部、阳角处和地质条件复杂的区段，每个监测断面不同深度处设置锚索传感器；
53.s06：混凝土支撑的监测断面设置在两支点间1/3部位，并避开节点位置，混凝土支撑应采用应变计进行测试，绑扎钢筋笼时进行埋设，宜在截面分布均匀，并牢固固定；
54.s07：地下水位监测点沿基坑四周布设，监测点间距约25m，每个监测点安放渗压计。
55.固定测斜传感器、锚索传感器、钢筋计传感器、渗压计均按照实际项目的监测方案要求结合现场实际情况进行埋设，并通过无线传感网技术与现场网关箱进行连接，从而实现不同位置，不同深度的数据采集，并能够实现对地下工程和深基坑及周边环境监测数据的自动采集、实时加密传输，保证了监测数据的准确性、完整性、及时性、安全性。
56.需要说明的是，请参阅图2和图5，无线远程传输单元的现场无线组网的搭建，利用无线智能传感器的数字接口和通信协议，通过无线传感网技术，分别与现场网关逐一配置，形成一对多点的分布式无线通信网，无线组网按照工地面积大小和地理特征，划分为一个
或若干采集区域，可呈线性分布或蜂窝分布，每个采集区域以网关为中心，其覆盖半径不小于500m，采集终端不少于100个测点，基坑监测系统中的传感器通过无线数据采集器自动采集和传输数据，数据收发的速率可以达到1mbit/s，传输采用2.4ghz频段，符合ieee802.15.4无线协议，为基坑现场构建无线数据采集网络提供一个稳定可行的组网方案。
57.与传统的技术相比，本发明具备以下有益效果：
58.(1)无线通信，传感器节点采用无线连接，安装便利，节省了电缆的使用，避免了基坑工程施工对电缆造成破坏，确保了监测系统的安全性和稳定性。
59.(2)数据采集连续，能够反映出各工况下动态变化情况，实现实时监测预警，且能够在不同条件和环境内使用。
60.(3)实现对地下工程和深基坑及周边环境监测数据的自动采集、实时加密传输，保证了监测数据的准确性、完整性、及时性、安全性。
61.(4)克服了常规人工监测手段所需的人员投入多、耗时长、误差大、数据处理滞后的缺点。
62.(5)自动化监测系统操作简单易懂，便于监测人员随时掌握监测信息。
63.(6)通过自动化监测系统，各责任主体单位以及相关责任人员，可以通过系统及时查询在建工程现场的监测数据，有利于及时采取应急措施，保证地下工程及基坑工程的施工安全。
64.综上所述：本发明提供了深大基坑无线智能化监测系统，利用物联网技术，开发具有自动化数据采集、无线数据传输、传感器自由组网、远程化智能控制为一体的深大基坑监测系统，为深大基坑的监测提供实时、精确、连续的数据，预测基坑变形趋势，建立科学的预警机制，评判基坑的安全状态，以保障基坑安全顺利施工，无线数据传输节省了电缆的使用，避免了基坑工程施工对电缆造成破坏，克服了常规人工监测手段所需的人员投入多、耗时长、误差大、数据处理滞后的缺点，同时数据采集连续，能够反映出各工况下动态变化情况，实现实时监测预警。
65.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。