CN111561875A - 一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，属于岩土体灾害预防监测领域。包含现场传感器子***、数据采集传输子***、显控子***三部分；现场传感器子***包含分布式传感光缆和抗滑桩；数据采集传输子***包含数据采集模块和数据传输模块，通信光纤将监测数据传输到数据采集模块，并通过数据传输模块将当前结构安全状态发送到显控子***。显控子***包括数据库服务器、Web服务器、客户端软件、声光报警、短信报警五个部分。数据库服务器接收并存储数据采集传输子***传递的数据，Web服务器对结构安全状态进行评估。能够实现监测数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警，并具备在各种气候条件下实现实时监测的能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，属于岩土体灾害预防监测领域。
背景技术
年来，国内的高速公路建设特别是山区高速公路建设发展迅猛，高边坡在公路中所占比率越来越多。我国现有的公路养护管理现状是在高边坡等的规范管理上存在局限，截止目前，我国尚未有针对高边坡群区域一体化动态监测和管理的先例和经验，日常管养巡检多以人工判断为主，存在主观性强、难于量化、周期长、实效性差和及时性不够等局限性，人工检测项目及检测报告多以纸质介质存储，不方便数字信息化存储，无法对结构安全进行长期结构应变连续性观察和对比，而通过定期检测的方式又不能连续采集数据，只能提供局部的结构状态时间空间信息，不能提供整体全面的状态评估信息。此外，公路结构物往往在使用6～8年就出现早期破损现象，需要大面积维修，为了保持公路服务水平，减少资产损失，延长使用寿命，有必要针对结构物早期损坏采取预防性养护措施。
因此，充分利用基于光纤传感物联网的现代化信息技术手段，建立一套简单易用的边坡安全智能养护***，实现对边坡群区域一体化动态监测和预防性养护，对提高管养效率和保障结构安全具有很大的实用价值。
目前对于边坡检查形式主要有日常检查、经常性检查、定期检查、技术状况评定等。除技术状况评定委托机构采用专业设备进行检测外，其他检查基本采用人工检查模式进行。人工检查模式因线多面广及业务人员的专业素养存在差异，存在主观性强、难于量化、周期性长、时效性较差、无法实现7×24小时不间断监控等局限性，随着近年地质灾害频繁等诸多因素，地质安全形势堪忧，迫切需要一种能够时时的监控地质情况的措施，以便于在发生异常情况的早期管养人员能够及时应对，确保安全。
本发明基于分布式光纤传感，提出了边坡结构安全监测***及方法，为事故预防和紧急事态处置及事后分析提供技术保障和技术依据。
发明内容
本发明正是为提高安全运营监测能力，采取敷设传感器对高边坡等进行全天候监测，检测数据通过传输***传至后台服务器进行数据处理，形成图表统计化数据分析界面，对结构的形变（位移等）情况进行连续性观察和对比，利于在隐患发生早期发现问题，及早采取防治措施，有效阻止病害扩大。达到真正意义上的“预防性管养”的目的。
为实现上述目的，本发明的采取的技术方案是：一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，包含现场传感器子***、数据采集传输子***、显控子***三部分；现场传感器子***包含分布式传感光缆和抗滑桩，每一个抗滑桩上布设分布式传感光缆，抗滑桩之间的传感光缆相互连接，组成一个全光纤传感网络。数据采集传输子***包含数据采集模块和数据传输模块，通信光纤将监测数据传输到数据采集模块，并通过数据传输模块将当前结构安全状态发送到显控子***。显控子***包括数据库服务器、Web服务器、客户端软件、声光报警、短信报警五个部分。数据库服务器接收并存储数据采集传输子***传递的数据，Web服务器对结构安全状态进行评估。用户可通过客户端软件获得结构的实时安全信息。当结构的健康状态出现异常就会触发声光报警与短信报警，将报警信息传送至工作人员。
所述的分布式传感光缆为钢绳式应变传感光缆，中心为单模光纤；中间为金属层绞式保护层；光缆外层为塑料涂覆层；光缆截面直径尺寸为5mm。光缆通过多股金属加强件保护光纤，表面强度得到了极大提高，可以直接铺设在钢筋笼内。
所述的现场传感器子***对边坡采用布设抗滑桩的方式进行施工，在抗滑桩桩身钢筋笼的四个侧面绑扎分布式传感光缆，将光缆沿抗滑桩四个平面的中间位置固定在钢筋上，然后在底部将绕光缆绕制成U字形状，形成回路，引出接头，然后接入通信光缆，接入解调仪中。
所述的数据采集分析主机为基于布里渊散射和光时域散射原理的分布式监测主机。
所述的监测到的数据通过光缆接入监测站，再通过无线或有线方式，如3G/4G无线DTU网络实现监测数据到中心服务器的传输，然后经过处理后实时发送给客户。
基于所述的方法的滑坡预警预报方法：
第一步，获取监测数据：利用分布式传感光缆获取抗滑桩受力变形的监测数据；
第二步，监测数据传输：监测到的数据通过光缆接入监测站，再通过无线或有线方式，如3G/4G无线DTU网络实现监测数据到中心服务器的传输；
第三步，建立数据库：根据监测数据，得到抗滑桩实际应变数据库；
第四步，建立安全模型：通过实际应变监测值与数据库的对比，建立安全状态模型，把安全状态经过处理后，实时发送给客户。
该发明与传统的边坡位移监测法相比，有如下有益效果：
实现的功能具体如下：
（1）数据自动化监控功能
能够实现监测数据自动采集、传输、存储、处理分析及综合预警，并具备在各种气候条件下实现实时监测的能力。
（2）监测数据实时回传功能
***接入监测站全天候不间断的采集数据，所有数据将通过无线通信方式实时回传至实验中心。
（3）在线分析功能
安全监测管理分析模块应具备基础资料管理、各项监测内容实时显示发布、图形报表制作、数据分析、综合预警等功能。其中数据分析部分应包括各项监测内容趋势分析、综合过程线分析等内容。
（4）预报警功能
通过软件对监测参数的实时在线分析，根据预警准则，一旦监控参数超限，***能够进行声光报警、短信报警、邮件报警。提醒相关人员采取措施，预防事故发生。
（5）***具有扩展功能
***平台在硬件配置及软件设计时充分考虑后续不同区域地灾监测***的接入及传感器的兼容。
（6）全天候实时掌握安全状态
可以通过登陆在线监测***，随时查看接入监测项目参数和关键部位视频信息，全天候实时掌握安全生产状态。
（7）及时发现潜在隐患并采取督导措施
通过在线监测***的报警机制，第一时间发现接入监测点潜在的事故隐患，及时督导监管部门进行整改。为紧急事态处置及事后分析提供技术保障和技术依据。
本发明给出了一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，下面将结合附图做出进一步详细的说明。
附图说明
附图1是基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***示意图；
附图2(a)是分布式传感光缆的纵向切面示意图；
附图2(b)是分布式传感光缆的横向切面示意图；
附图3(a)是抗滑桩与分布式传感光缆布设立面图；
附图3(b)是抗滑桩与分布式传感光缆布设截面图。
其中，1是分布式传感光缆，2是抗滑桩，3是现场传感器子***，4是数据采集传输子***，5个显控子***，6是单模光纤，7是金属层绞式保护层，8是塑料涂覆层，9是抗滑桩正面，10是抗滑桩左侧面，11是抗滑桩右侧面，12是抗滑桩的背面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，包含现场传感器子***3、数据采集传输子***4、显控子***三部分5；现场传感器子***3包含分布式传感光缆1和抗滑桩2，每一个抗滑桩上布设分布式传感光缆1，抗滑桩2之间的传感光缆1相互连接，组成一个全光纤传感网络。数据采集传输子***4包含数据采集模块和数据传输模块，通信光纤将监测数据传输到数据采集模块，并通过数据传输模块将当前结构安全状态发送到显控子***5。显控子***5包括数据库服务器、Web服务器、客户端软件、声光报警、短信报警五个部分。数据库服务器接收并存储数据采集传输子***传递的数据，Web服务器对结构安全状态进行评估。用户可通过客户端软件获得结构的实时安全信息。当结构的健康状态出现异常就会触发声光报警与短信报警，将报警信息传送至工作人员。
参见图2(a)、(b)，所述分布式传感光缆为钢绳式应变传感光缆，中心为单模光纤6；中间为金属层绞式保护层7；光缆外层为塑料涂覆层8；光缆截面直径尺寸为5mm。光缆通过多股金属加强件保护光纤，表面强度得到了极大提高，可以直接铺设在钢筋笼内。
光缆分布式传感光缆1绑扎固定在钢筋笼四个侧面，灌注混凝土后，光缆1与抗滑桩2成为一体，然后接入通信光缆接入解调仪中。
现场传感器子***3对边坡采用布设抗滑桩2的方式进行施工，在抗滑桩桩身钢筋笼的四个侧面绑扎分布式传感光缆1，将光缆1沿抗滑桩2四个平面的中间位置固定在钢筋上，然后在底部将光缆1绕制成U字形状，形成回路，引出接头，然后接入通信光缆，接入解调仪中。
分布式传感光纤和抗滑桩布设的原则和步骤是：
参见图3(a)、(b)，分布式传感光缆1首先固定在抗滑桩左侧面10中间，向下延伸，到达底部后，将光缆绕制成U型回路，并沿正面11中点向上延伸，到达地面上后，绕至背面12中点，沿抗滑桩向下，并在达到底部后，将光缆绕至成U型回路至右侧面13中点，向上延伸到达地面，并继续接入下一个抗滑桩。
优选的，所述数据采集分析主机为基于布里渊散射和光时域散射原理的分布式监测主机。
优选的，将监测到的数据通过光缆接入监测站，再通过无线或有线方式，如3G/4G无线DTU网络实现监测数据到中心服务器的传输，然后经过处理后实时发送给客户。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，其特征在于：包含现场传感器子***、数据采集传输子***、显控子***三部分；现场传感器子***包含分布式传感光缆和抗滑桩，每一个抗滑桩上布设分布式传感光缆，抗滑桩之间的传感光缆相互连接，组成一个全光纤传感网络；数据采集传输子***包含数据采集模块和数据传输模块，通信光纤将监测数据传输到数据采集模块，并通过数据传输模块将当前结构安全状态发送到显控子***；显控子***包括数据库服务器、Web服务器、客户端软件、声光报警、短信报警五个部分；数据库服务器接收并存储数据采集传输子***传递的数据，Web服务器对结构安全状态进行评估；用户可通过客户端软件获得结构的实时安全信息；当结构的健康状态出现异常就会触发声光报警与短信报警，将报警信息传送至工作人员。
2.根据权利要求1所述的基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，其特征在于：分布式传感光缆为钢绳式应变传感光缆，中心为单模光纤；中间为金属层绞式保护层；光缆外层为塑料涂覆层；光缆截面直径尺寸为5mm；光缆通过多股金属加强件保护光纤，表面强度得到了极大提高，可以直接铺设在钢筋笼内。
3.根据权利要求1所述的基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，其特征在于：现场传感器子***对边坡采用布设抗滑桩的方式进行施工，在抗滑桩桩身钢筋笼的四个侧面绑扎分布式传感光缆，将光缆沿抗滑桩四个平面的中间位置固定在钢筋上，然后在底部将绕光缆绕制成U字形状，形成回路，引出接头，然后接入通信光缆，接入解调仪中。
4.根据权利要求1所述的基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，其特征在于：数据采集分析主机为基于布里渊散射和光时域散射原理的分布式监测主机。
5.根据权利要求1所述的基于分布式传感光缆的边坡结构安全监测***及方法，其特征在于：监测到的数据通过光缆接入监测站，再通过无线或有线方式，如3G/4G无线DTU网络实现监测数据到中心服务器的传输，然后经过处理后实时发送给客户。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20200821 |