一種基于連通器原理的遠程實時地表沉降監測系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于連通器原理的遠程實時地表沉降監測系統，尤其是涉及能遠 程實時自動化監測大面積地表沉降的系統，屬于地表沉降監測技術領域。
【背景技術】
[0002] 現有的表面沉降監測方法中常規的監測方法有沉降板法，沉降水杯法，鐵環分層 沉降儀法，剖面沉降儀法等，在施工中沉降板法應用廣泛，成本低，但是需要人工監測，影響 施工；沉降水杯法成本低，不影響施工，但是操作復雜；鐵環分層沉降儀法成本低，而且能 一次測同一斷面不同層點的沉降，但是干擾施工，容易遭到破壞；剖面沉降儀法不影響地表 以上施工，精度好，可連續測得地表沉降量，并且測量原理簡單，但是成本高，操作復雜，儀 器笨重，測試人員多。常規的監測方法多需要人工檢測，只能監測小面積局部區域某幾個點 的沉降。新型的位移監測方法有GPS位移監測方法和InSAR監測方法。GPS位移監測能實 現自動化遠程實時監測，但是價格昂貴，只能對局部重要的點進行監測，無法實現大面積監 測。InSAR監測方法雖然能實現大面積遠程監測，但是目前無法實現實時自動化監測。

【發明內容】

[0003] 本發明專利要解決的技術問題：
[0004] 為了克服現有的地表沉降監測的不足，本發明提供一種基于連通器原理的遠程 實時地表沉降監測系統，它是一種大面積、自動化實時和遠程監測的監測系統。該監測系 統原理簡單，不僅可以監測高填方土路基，機場跑道，還可以監測居民住宅樓、工廠廠房、辦 公大樓等基礎設施的大面積地表形變，采用光纖進行信號的傳輸提高了了監測數據的精確 度，這種系統為監測場地的安全性和地表沉降的科學研宄提供了可靠數據。
[0005] 本發明專利解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：
[0006] 本發明一種基于連通器原理的遠程實時地表沉降監測系統，它是由地面監測網 絡、數據遠程實時傳輸系統和遠端監測系統三部分構成。三者之間的關系是：地面監測網絡 的沉降信息傳遞給光纖解調儀，該光纖解調儀對沉降信息進行解調，解調完畢將解調信息 傳遞給數據遠程實時傳輸系統的數據采集無線傳輸器，利用GPRS進行無線傳輸，最終由遠 端監測系統的數據接收機接到信息，并傳遞給計算機進行數據處理并實時顯示。
[0007] 所述的地面監測網絡由基準水箱、監測水箱、連通水管、保護管、升降儀、GPS接收 機、內含光纖傳感器的橡皮塞、光纖解調儀、光纖及光纖保護管組成。其之間的關系是：基 準水箱由升降儀的支架固定，并由升降儀控制升降，并且用連通水管與其他監測水箱相連。 基準水箱端部成倒錐形開口，并由支架固定，支架一端與垂直方向步進馬達控制的絲桿同 步移動，該升降儀內含步進電機、驅動器和步進電機控制器，步進電機控制器接收到位移信 號并向驅動器傳達指令，驅動器控制步進馬達，步進馬達轉動帶動絲桿，絲桿與支架同步移 動，從而調整基準水箱液面的高度。光纖解調儀放置在升降儀左側，基準水箱與監測水箱由 可伸縮的水管連接，內含有光纖傳感器的橡皮塞堵住監測水箱端部，從監測點到基準站光 纖處理器的光纖放置在光纖保護管中，保護管不僅保護連通水管而且連通基準點和監測點 之間大氣。基準水箱與其他監測水箱之間用連通水管串聯連接，布拉格光纖將監測站的光 纖液壓傳感器串聯，最后在基準站的光纖解調儀上進行解調，從而形成一個地面監測網絡。
[0008] 所述的數據遠程實時傳輸系統主要有光纖解調儀、數據采集無線傳輸器。光纖解 調儀上有以太網口，可與數據采集無線傳輸器的數據采集端連接，并由數據采集端對接收 到的數據進行GPRS無線傳輸。
[0009] 本發明的遠端監控系統主要由數據接收機、數據處理系統和計算機終端顯示組 成。數據接收機接收遠程傳輸過來的原始信息，數據處理系統進行相應的數據處理，再由計 算機終端顯示最終處理的實時沉降變形結果。
[0010] 本發明的原理及工況簡介如下：
[0011] 1)沉降測量原理。
[0012] 在監測前，基準水箱端部高度要高于監測水箱端部液面某值，基準站與監測站通 過連接水管連接，通氣管將基準站與監測站之間的大氣連通。基準站和監測站在相同的大 氣壓下，從基準水箱端部注水，使監測水箱端部液體溢出，排出水管中的氣體，然后塞緊監 測水箱端部，從監測水箱端部的光纖液壓傳感器中測出此時第i個監測水箱監測的液壓， 記為P tli。監測水箱所在監測區域發生垂直方向沉降時，監測水箱隨監測地面一同發生沉降， 此時監測水箱端部液面高度與初始位置產生高度差，此時第i個監測水箱端部的光纖傳感 器中測得水壓，記為P li。由連通器的原理，此時第i個監測水箱端部水壓與沉降的高度差 (即監測區域的沉降變形）有如下函數關系：
[0013] Api= p n-p0i= p 液 gAhi(i = 1，2...n)
[0014] Λ Pi表示第i個監測水箱端部液體表面壓力差（單位：Pa) ; p ^表示監測水箱端 部液體的密度（單位：kg/m3) ;g表示當地重力加速度（單位：N/kg) Δ Iii表示第i個監測點 隨地表沉降的位移（單位：m)。
[0015] 從而得到地表第i個監測點的沉降位移：
[0016]
【主權項】
1. 一種基于連通器原理的遠程實時地表沉降監測系統，其特征在于：它是由地面監測 網絡、數據遠程實時傳輸系統和遠端監測系統三部分構成，地面監測網絡的沉降信息傳遞 給光纖解調儀，該光纖解調儀對沉降信息進行解調，解調完畢將解調信息傳遞給數據遠程 實時傳輸系統的數據采集無線傳輸器，利用GPRS進行無線傳輸，最終由遠端監測系統的數 據接收機接到信息，并傳遞給計算機進行數據處理并實時顯示； 所述的地面監測網絡由基準水箱、監測水箱、連通水管、保護管、升降儀、GPS接收機、內 含光纖傳感器的橡皮塞、光纖解調儀、光纖及光纖保護管組成；基準水箱由升降儀的支架固 定，并由升降儀控制升降，并且用連通水管與其他監測水箱相連，基準水箱端部成倒錐形開 口，并由支架固定，支架一端與垂直方向步進馬達控制的絲桿同步移動；該升降儀內含步進 電機、驅動器和步進電機控制器，步進電機控制器接收到位移信號并向驅動器傳達指令，驅 動器控制步進馬達，步進馬達轉動帶動絲桿，絲桿與支架同步移動，從而調整基準水箱液面 的高度；光纖解調儀放置在升降儀左側，基準水箱與監測水箱由能伸縮的水管連接，內含有 光纖傳感器的橡皮塞堵住監測水箱端部，從監測點到基準站光纖處理器的光纖放置在光纖 保護管中，保護管不僅保護連通水管而且連通基準點和監測點之間大氣；基準水箱與其他 監測水箱之間用連通水管串聯連接，布拉格光纖將監測站的光纖液壓傳感器串聯，最后在 基準站的光纖解調儀上進行解調，從而形成一個地面監測網絡； 所述的數據遠程實時傳輸系統有光纖解調儀、數據采集無線傳輸器；光纖解調儀上有 以太網口，與數據采集無線傳輸器的數據采集端連接，并由數據采集端對接收到的數據進 行GPRS無線傳輸； 所述的遠端監控系統由數據接收機、數據處理系統和計算機終端顯示組成；數據接收 機接收遠程傳輸過來的原始信息，數據處理系統進行相應的數據處理，再由計算機終端顯 示最終處理的實時沉降變形結果。
【專利摘要】一種基于連通器原理的遠程實時地表沉降監測系統，它是由地面監測網絡、數據遠程實時傳輸系統和遠端監測系統三部分構成，地面監測網絡的沉降信息傳遞給光纖解調儀，該光纖解調儀對沉降信息進行解調，解調完畢將解調信息傳遞給數據遠程實時傳輸系統的數據采集無線傳輸器，利用GPRS進行無線傳輸，最終由遠端監測系統的數據接收機接到信息，并傳遞給計算機進行數據處理并實時顯示。本發明能夠實現大面積表層沉降自動化實時遠程監測，可推廣應用于機場、大型建筑群、高速鐵路、隧道等需要大面積表層沉降監測的區域。
【IPC分類】G01C5-04
【公開號】CN104613934
【申請號】CN201510030133
【發明人】姚仰平, 祁生鈞, 陳軍, 方雨菲
【申請人】北京航空航天大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月21日