基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及建筑地基安全监测技术领域，具体是一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统及监测方法。

背景技术

随着我国城市化进程的不断发展，高层及超高层建筑、城市大型商业社区、地铁工程、高铁站房工程、地下商业综合体工程等项目越来越多，由此所带来深基坑的安全问题也不断涌现，据统计每年因基坑开挖施工引发的塌陷事故达数千起，造成了严重的人员伤亡和经济损失，而事故的发生多数是因为基坑监测布设不合理、监测精度不足、数据传输存在漏洞或者监测系统不完善导致。深基坑的施工安全问题已受到了社会的广泛关注，在施工过程中如何及时有效对基坑变形进行监测成为了基础工程施工的重要环节，如何开发基坑的远程预警监控与实时预报系统是亟待解决的问题。随着物联网、北斗导航定位、数字信息处理等新兴技术的不断出现，为基坑变形监测技术的发展也提供了有力的支撑。

深基坑开挖及施工过程不仅会引起支护结构内力松弛和位移变化，而且会导致基坑边坡土体的倾覆变形破坏，危及基坑稳定，威胁人员安全，影响周边的建筑物安全，引发重大工程事故，造成严重的人员伤亡和经济损失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统及监测方法。

实现本发明目的的技术方案是：

一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统，包括位移传感器、北斗导航定位基站、监测控制器、终端数据处理设备、数据存储设备、物联网传输设备和上位机，将待监测的深基坑内侧壁区域划分成网格，若干个位移传感器预埋设在网格节点处，各位移传感器之间相互通信，位移传感器实时监测与其他位移传感器之间的距离，并将监测到的距离实时传输至北斗导航定位基站；

所述的北斗导航定位基站布置在深基坑的周边，与每个位移传感器无线连接，接收位移传感器传输来的数据，并将接收到的数据传输至监测控制器；

所述的监测控制器分别与北斗导航定位基站、物联网传输设备和数据存储设备连接，监测控制器接收北斗导航定位基站传输来的数据并存储至数据存储设备中，并对接收到的数据进行分析计算，调取数据存储设备中存储的初始数据与分析计算的结果进行比对，将比对结果通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备中；终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行存储并可视化，管理人员根据可视化的数据判断是否异常，从而实时掌握深基坑内的土体形变情况。

所述的网格节点，相邻的网格节点间的距离为8-15m。

所述的网格内还设有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器布设在网格对角线的交点处，温度传感器和湿度传感器分别与北斗导航定位基站连接，通过北斗导航定位基站将监测到的温度和湿度实时传输至监测控制器中，监测控制器将接收到的温度存储至数据存储设备中，并通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备，终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行存储并可视化，管理人员根据可视化的温度和湿度数据判断是否异常，从而实时掌握深基坑内的温湿度情况。

所述的位移传感器、温度传感器和湿度传感器，具有无线发射功能，自带电源模块或由外部独立电源供电。

一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统的监控方法，包括如下步骤：

1）将所有位移传感器、温度传感器和湿度传感器按网格法布设在深基坑的内侧壁上，位移传感器将与之相邻的传感器初始距离数据，以及温度传感器和湿度传感器将基坑内的初始温湿度数据通过北斗导航定位基站传输至监测控制器上，并存储在数据存储设备中；

2）深基坑监测过程中，位移传感器将实时监测到的与之相邻的位移传感器之间的距离，以及温度传感器和湿度传感器实时监测到温湿度通过北斗导航定位基站传输至监测控制器；

3）监测控制器接收北斗导航定位基站传输来的数据并存储至数据存储设备中，并对接收到的数据进行分析计算，调取数据存储设备中存储的初始数据与分析计算的结果进行比对，将比对结果通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备中；

4）终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行可视化，管理人员根据可视化的数据判断是否异常，管理员根据终端数据处理设备显示的数据，判断数据是否异常，当数据异常时，作出异常警报；

所述的位移传感器，通过飞行时间法或可变磁通法获取位移传感器之间的距离；

所述的误差修正，是采用差分技术对数据进行误差修正。

本发明提供的一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统及监测方法，该系统通过在深基坑的关键变形部位预埋位移传感器，并使各位移传感器之间互联互通，监测过程两个位移传感器的距离可自动测量，位移传感器与基站、监测控制器实现交叉互联，可使位移、湿度、温度等传感器检测的数据及时、高效传输到监测控制器，以便于监测控制器能够瞬时分析位移传感器检测到的位移、温度、湿度变化等数据是否有异常，实现深基坑的实时监测，数据处理及误差修正可真实反映深基坑变形的现象，判断深基坑位移变形是否处于安全范围，超前预警能够有效预防事故的发生，避免基坑突然滑塌失稳，造成人员伤亡、设备损坏、影响周边建筑物安全，终端数据库存储数据可通过数据收集建立数据库，为基坑监测工程提供数据支持。

附图说明

图1为一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统的结构框图；

图2为传感器布置在深基坑内侧壁区域划分成的网格上的示意图；

图3为一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统的监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统，如图1所示，包括位移传感器、北斗导航定位基站、监测控制器、终端数据处理设备、数据存储设备、物联网传输设备，将待监测的深基坑内侧壁区域划分成网格，若干个位移传感器预埋设在网格节点处，如图2所示，各位移传感器之间相互通信，即位移传感器之间相互对应、互联互通，位移传感器之间的距离通过在位移传感器内部植入相应的程序，通过飞行时间法或可变磁通法获取位移传感器之间的距离，并将监测到的距离实时传输至北斗导航定位基站；

在本实施例中，位移传感器在深基坑地下连续墙、导墙等防水维护结构施工之前，按照划分的网格，预埋在网格节点所对应的维护结构钢筋笼的基础部位上，实现所有位移传感器有效预埋在深基坑内侧壁上。

所述的北斗导航定位基站布置在深基坑的周边，与每个位移传感器无线连接，接收位移传感器传输来的数据，并将接收到的数据传输至监测控制器；

所述的监测控制器分别与北斗导航定位基站、物联网传输设备和数据存储设备连接，监测控制器设置在监控室内，避免外界干扰，保护监测控制器，确保监测控制器的正常控制，也有利于对监测控制器的保养与维护，监测控制器接收北斗导航定位基站传输来的数据并存储至数据存储设备中，并对接收到的数据进行分析计算，调取数据存储设备中存储的初始数据与分析计算的结果进行比对，将比对结果通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备中；终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行存储并可视化，管理人员根据可视化的数据判断是否异常，从而实时掌握深基坑内的土体形变情况，有效地避免基坑变形垮塌事故的发生，保障了施工人员、设备、周边建筑等的安全。

本实施例中，终端数据处理设备可以采用智能移动终端（智能手机、平板电脑）或便携式计算机等。

所述的网格节点，相邻的网格节点间的距离为8-15m，位移传感器之间的距离设置，需要满足监测控制器检测到的水平位置、沉降或倾斜等距离，能够有效识别出深基坑发生形变的情况，本实施例中，相邻的网格节点的距离为9m。

在深基坑工程的具体实施中，深基坑的环境变化也是重要因素之一，需要管理人员及时准确掌握，为了便于掌握深基坑的环境信息。因此，所述的深基坑内侧壁区域划分成的网格内还设有温度传感器和湿度传感器，温度传感器和湿度传感器布设在网格对角线的交点处，温度传感器和湿度传感器分别与北斗导航定位基站连接，通过北斗导航定位基站将监测到的温度和湿度实时传输至监测控制器中，监测控制器将接收到的温度存储至数据存储设备中，并通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备，终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行存储并可视化，管理人员根据可视化的温度和湿度数据判断是否异常，从而实时掌握深基坑内的温湿度情况。

所述的位移传感器、温度传感器和湿度传感器，具有无线发射功能，自带电源模块或由外部独立电源供电；采用自带电源模块供电时，自带电源需有较强的蓄电能力，能持续供电24-36个月，减少监测系统的维护次数；采用外部独立电源供电时，将外部电源输入线采用地下预埋的方式与传感器连接，为传感器供电，确保各传感器正常工作。

一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统的监控方法，如图3所示，包括如下步骤：

1）将所有位移传感器、温度传感器和湿度传感器按网格法布设在深基坑的内侧壁上，位移传感器将与之相邻的传感器初始距离数据，以及温度传感器和湿度传感器将基坑内的初始温湿度数据通过北斗导航定位基站传输至监测控制器上，并存储在数据存储设备中实时记录存储；

2）深基坑监测过程中，位移传感器将实时监测到的与之相邻的位移传感器之间的距离，以及温度传感器和湿度传感器实时监测到温湿度通过北斗导航定位基站传输至监测控制器；

3）监测控制器接收北斗导航定位基站传输来的数据并存储至数据存储设备中，并对接收到的数据进行分析计算，调取数据存储设备中存储的初始数据与分析计算的结果进行比对，将比对结果通过物联网传输设备传输至终端数据处理设备中；

4）终端数据处理设备提取数据存储设备中存储的原始数据，对接收到的数据进行误差修正后，将修正结果进行可视化，管理人员根据可视化的数据判断是否异常，管理员根据终端数据处理设备显示的数据，判断数据是否异常，当数据异常时，作出异常警报；

具体是：当网格位移传感器的实时检测距离与初始存储的距离不同时，可判断深基坑发生变形，当超过设定的警示距离时，系统开始报警。

当获取的实时检测距离与预先存储的初始距离不同时，表明网格内互联的位移传感器之间的距离发生了变化，终端数据处理设备会自动识别网格内位移传感器的位置，并判断出水平位移、沉降或倾斜等具体变形数据，判断出深基坑发生变形的等级。

所述的位移传感器，通过飞行时间法或可变磁通法获取位移传感器之间的距离，具体根据所选择方法的位移传感器的型号及使用功能来确定。本实施实例中具体以飞行时间法、可变磁通法原理为例，飞行时间法原理是通过发射特定的能量波束，记录网格位移传感器之间特定的能量波束从发射到返回的时间，其时间间隔可计算网格位移传感器之间的距离。可变磁通法原理是通过将网格内相对应的位移传感器在不同距离下的磁场变化影响来检测距离，根据磁场变化可有效检测到距离的实时变化情况。

所述的误差修正，是采用差分技术对数据进行误差修正，可以依据通过大数据数据库进行误差修正。

综上，本发明提供的一种基于北斗定位系统的用于深基坑的监测系统及监测方法，其中监测系统包括位移传感器、北斗导航定位基站、监测控制器、终端数据处理设备、数据存储设备、物联网传输设备，位移传感器通过网格布局预埋于基坑监测位置，北斗导航定位基站、监测控制器、物联网传输设备、数据处理设备无线连接；各位移传感器之间互联互通，交叉共融，实现各位移传感器之间的距离变化实时测量；预埋的位移传感器可将检测距离变化通过基站实时传送至监测控制器，经过监测控制器分析检测距离变化后，判断深基坑的变形情况；数据终端处理设备再通过差分技术可对监测数据进行误差纠正，并将数据处理结果存储到基坑监测数据库，实现了深基坑的实时监测，数据处理及误差修正可真实反映深基坑变形的现象，判断深基坑位移变形是否处于安全范围，超前预警能够有效预防事故的发生，避免了基坑突然滑塌失稳，造成人员伤亡、设备损坏、影响周边建筑物安全。