CN113932694A - 一种涵洞安全自动化监测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涵洞安全自动化监测***，涉及涵洞监测技术领域，其目的在于解决上述现有技术中缺乏对涵洞流量流速监测、涵洞结构应力监测、监测精度较低的问题。其包括数据采集子***，数据管理子***、安全监测子***、数据分析子***、预警预报子***，据采集子***包括数据检测模块、数据接收模块，数据检测模块通过浮标安装在涵洞的各监测点位上，数据接收模块安装在河道岸边上，数据检测模块将采集到的检测数据传输给数据接收模块。该***通过配置上述硬件，能够获取涵洞的使用情形、周围环境及涵洞结构应力情况，能够通过***的安全监测子***、预警预报子***等实现实时安全监测、预警预报，实现涵洞安全的自动化监测，监测精度高。
Description
技术领域
本发明属于涵洞监测技术领域，涉及用于检测涵洞流量流速水位、结构安全监测的***，具体涉及一种涵洞安全监测***。
背景技术
涵洞是日常生活中常见的一种结构，通常涵洞是指在公路工程建设中，为了使公路顺利通过水渠不妨碍交通，设于路基下修筑于路面以下的排水孔道(过水通道)，通过这种结构可以让水从公路的下面流过。用于跨越天然沟谷洼地***洪水，或横跨大小道路作为人、畜和车辆的立交通道，或农田灌溉作为水渠。涵洞主要由洞身、基础、端和翼墙等。涵洞是根据连通器的原理，常用砖、石、混凝土和钢筋混凝土等材料筑成。一般孔径较小，形状有管形、箱形及拱形等。
除了上述涵洞以外，穿河涵洞也是一种常见的涵洞。作为河道工程节点的穿河涵洞，其主要是控制节点上下游河道的冲刷来保护堤防工程的安全。通过涵洞节点的调节、控制后，节点上下游河床演变具有相对的独立性，对上游来流而言，涵洞起到一个缓冲调节的作用。穿河涵洞在河流、河道中起到承上启下的作用，控制着上游河段冲淤、下游河床发展方向。但是，受汛期洪水冲刷、人为采砂活动等多种因素的影响，下游河床将不断下切，使得河道水面线局部比降增大，涵洞局部河段流速增加、流态紊乱，使涵洞的高程位置不断上抬，在此处已形成巨大落差；在周而复始的冲刷、侵蚀等作用下，下游河床下切趋势越来越快，冲深越来越大，久而久之将形成巨大深槽，加之深槽地形有将水流导向岸线的趋势，涵洞险段堤围基础受冲刷严重，严重影响涵洞的运行安全。为此，十分有必要对涵洞的运行情况进行安全监测。
现有技术中，针对涵洞的安全监测主要集中于涵洞积水、涵洞水位、涵洞通行情况等进行监控、预警，比如申请号为201810053448.8、201810048869.1、202011358556.X等的发明专利申请主要用于对涵洞水位安全进行预警、监控，通过监控涵洞水位情况，结合车型数据进行报警预警、进行通行安全评估以及车路协同预警，保障涵洞的通行者的通行安全。但是，涵洞的运行情况监测除了正常的涵洞水位监测以外，更多地如上述分析所述的需要对涵洞险段进行结构应力监测、分析涵洞各控制截面结构的安全指标、评价涵洞工程的工作实态、保障涵洞工程运行安全；而现有技术中缺乏对涵洞的流量流速水位监测(即水流的表面流速与流量探测)、涵洞结构安全监测(即涵洞内外水压力、涵洞结构受力以及位移沉降)以及河床变形位移监测等有效监测。
发明内容
为解决上述现有技术中缺乏对涵洞流量流速监测、涵洞结构应力监测、监测精度较低的问题，本发明提供了一种涵洞安全自动化监测***。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种涵洞安全自动化监测***，包括数据采集子***，数据管理子***、安全监测子***、数据分析子***、预警预报子***；
数据采集子***，用于采集被测涵洞的数据；
数据管理子***，用于获取数据采集子***采集到的数据并进行保存、管理；
安全监测子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、监测，输出监测结果；
数据分析子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、统计、判别和评估，输出数据成果；
预警预报子***，用于获取数据分析子***的数据成果，通过ANSYS有限元计算模型分析涵洞各监测断面的数据进行分析，输出预报结果；
作为优选，数据采集子***包括数据检测模块、数据接收模块，数据检测模块通过浮标安装在涵洞的各监测点位上，数据接收模块安装在河道岸边上，数据检测模块将采集到的检测数据传输给数据接收模块。
作为优选，数据检测模块包括流速仪、渗压计、水准仪、倾角振动计、动静态应变仪以及振弦式表面裂缝计；
流速仪，用于采集涵洞的流量数据、流速数据；
渗压计，用于采集涵洞内的水压力数据；
水准仪，用于采集涵洞周围位移沉降数据；
倾角振动计，安装于涵洞的进口段、轴线段和出口段这三个监测断面的拱顶，用于采集涵洞的姿态变化数据，包括倾斜数据、冲刷振幅数据、加速度数据及角度变化数据；
动静态应变仪，沿涵洞的径向、轴向分不同断面安装在涵洞上，用于采集涵洞的应力数据；
振弦式表面裂缝计，安装于涵洞本体的裂缝、涵洞周围的岩质滑坡表面裂缝或/和滑坡体表面危岩体与母体之间裂缝中，用于采集涵洞周围裂缝的变化量。
作为优选，数据采集子***还包括下游河床变形位移监测模块，下游河床变形位移监测模块包括固定在变形点附近的北斗基准站，在北斗基准站周围设置有多个北斗监测站，北斗卫星定位***获取北斗基准站、北斗监测站的北斗接收天线信号，采用相对定位原理，获得北斗基准站与北斗监测站的相对位移。
作为优选，数据接收模块通过安装架安装在河道岸边上；所述安装支架包括与横杆连接的安装底座，安装底座上球铰有连接杆，连接杆另一端连接有仪器安装座，数据接收模块安装在仪器安装座上；连接杆包括安装于安装底座的凹槽内且可自由转动的连接球头，连接球头上固定连接有固定杆，固定杆的另一端转动连接有转动杆，转动杆内沿转动杆的轴向螺纹连接有顶紧丝杆，顶紧丝杆的靠近连接球头的一端依次穿过固定杆的轴向通孔、连接球头的径向通孔后可顶紧在安装底座的凹槽内壁上；安装底座上设置有防止固定杆随转动杆一同转动的防转机构。
作为优选，防转机构包括固定连接在安装底座上的多根连接柱，多根连接柱呈圆形或方形分布在连接杆周围；连接柱上套设有可沿连接杆长度方向滑动的环形重力架，连接柱的另一端固定连接有环形固定架，环形重力架、环形固定架均套设在连接杆外，并在环形重力架、环形固定架与相邻两根连接柱之间形成容纳通孔，至少两根不平行的限位杆穿过容纳通孔后可嵌入在固定杆的防转槽内。
作为优选，防转槽设置多根，每根防转槽沿固定杆的轴向分布，多根防转槽沿固定杆的周向分布。
作为优选，环形重力架的端面上设置有多根与限位杆相适配的限位槽，限位槽开设在环形重力架的靠近环形固定架的端面上，每根限位槽均沿环形重力架的径向设置，多根限位槽沿环形重力架的周向均匀分布。
作为优选，渗压计通过浮标安装在涵洞洞顶，渗压计包括嵌入在涵洞洞顶内的测压管，测压管内设置有水位计，水位计通过导线与浮标内的发送器连接，发送器与数据接收模块连接；涵洞洞顶固定连接有用于固定导线、测压管的定位安装板。
作为优选，水准仪包括多组，多组水准仪分布在涵洞及涵洞周围的泥土中；多组水准仪底部通过水管依次连通，多组水准仪顶部通过气管依次连通，第一个水准仪底部通过水管连通储水罐底部，第一个水准仪顶部通过气管连通储水罐顶部。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，监测***中的流速仪采用非接触的雷达波进行测速，其能够适合安装在恶劣的环境中，测流精度高；渗压计内的压力传感器内部设置有一根钢弦并固定在振动膜上，振动膜上的压力变化，将改变钢弦的张拉程度，由于钢弦自振频率的平方与钢弦张拉程度成正比，因而钢弦的张拉程度就能间接地测出振膜上的压力，采用渗压计进行内外水压力时，监测精度高；动静态应变仪可进行静态、动静态和低频动态的表面应变的长期监测，尤其适用于涵洞、河道等分布相对分散的工程测试场合，使用便捷；党裂缝发生扩张时，其变形量将通过振弦式表面裂缝计的前后端座传递给转换机构，带动振弦使其产生应力变化，振弦的振动频率一同变化，通过测量其振动频率，频率信号经电缆传输至频率读数仪上，即可测出被测结构物的变形量，裂缝缝隙测量精度高。该监测***通过配置上述硬件，能够获取涵洞的使用情形、周围环境及涵洞结构应力情况，能够通过***的安全监测子***、预警预报子***等实现实时安全监测、预警预报，实现涵洞安全的自动化监测，监测精度高。
2、本发明中，数据接收模块通过球铰的方式安装在安装架上；安装时，在连接杆、仪器安装座以及数据接收模块等器件的重力作用下，连接杆因球铰的作用将自然呈垂直状态，然后通过防转机构固定住连接杆中的固定杆部分，防止固定杆转动，然后转动转动杆，使顶紧丝杆伸出并顶紧在凹槽内壁上，使得后面安装数据接收模块等器件时连接杆能够长时间保持垂直状态，并不会受安装底座的安装角度是否水平或垂直而影响，安装架安装完毕后的连接杆始终保持竖直状态，从而在仪器安装座上安装数据接收模块时，数据接收模块更容易安装成水平或竖直状态，数据接收模块的安装更加方便、快捷，且后续通过该数据接收模块进行流量、流速测量时，测量精度更高。
3、本发明中，防转机构是通过限位杆嵌入在固定杆的防转槽内，且通过环形重力架将限位杆进行压实，防止其移动，从而实现防止固定杆随转动杆一同旋转的目的，实现通过转动转动杆使顶紧丝杆伸出顶紧在凹槽内壁上或收缩解除顶紧状态；该防转结构的结构简单，防转或解除防转操作方便、快捷，能够很好地应用于数据接收模块的安装场景。
4、本发明中，在环形重力架的端面上设置限位槽，限位槽与限位杆相适配，通过限位槽的设置能够有效对限位杆进行限位，防止在防转过程中限位杆的移动致使防转失效，提高固定杆防转的效果。
5、本发明中，渗压计通过浮标进行安装、定位，渗压计的安装更加方便、快捷，后续维护也更加方便、快捷。
6、本发明中，采用多个水准仪进行沉降监测，通过气管、水管连通的多个水准仪基于连通器原理可在水准仪发生沉降或抬高时其水准仪内的液面高低发生变化，通过水准仪内液面高低的变化判断对应水准仪所在位置的沉降情况，检测方便、精度高、灵活性较强。
附图说明
图1为涵洞水流表面流速探测器的结构示意图；
图2为涵洞水流表面流速探测器中安装支架的结构示意图；
图3为图2的剖视图；
图4为安装支架中顶紧丝杆伸出并顶紧在安装底座的凹槽内的结构示意图；
图5为固定杆与转动杆的连接示意图；
图6为北斗基准站与北斗监测站的结构示意图；
图7为渗压计的安装示意图；
图8为渗压计的安装示意图；
图9为水准仪的安装示意图；
图10为产生沉降/抬高时的安装示意图
1-岸边、2-竖杆、3-设备箱、4-雨量计、5-避雷针、6-横杆、7-安装支架、8-数据接收模块、9-河道、10-北斗接收天线、11-太阳能板、12-设备机箱、13-涵洞、14-浮标、15-导线、16-定位安装板、17-测压管、18-水位计、19-气管、20-水管、21-储水罐、131-涵洞洞顶、71-安装底座、72-防转机构、73-连接杆、74-仪器安装座、721-环形固定架、722-容纳通孔、723-限位杆、724-环形重力架、725-连接柱、726-限位槽、731-转动杆、732-顶紧丝杆、733-固定杆、734-防转槽、735-连接球头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
本实施例提供一种涵洞安全自动化监测***，用于对涵洞的使用情形、周围环境及涵洞结构应力情况进行监测。该监测***包括数据采集子***，数据管理子***、安全监测子***、数据分析子***、预警预报子***；
数据采集子***，用于采集被测涵洞的数据；
数据管理子***，用于获取数据采集子***采集到的数据并进行保存、管理；
安全监测子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、监测，输出监测结果；
数据分析子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、统计、判别和评估，输出数据成果；
预警预报子***，用于获取数据分析子***的数据成果，通过ANSYS有限元计算模型分析涵洞各监测断面的数据进行分析，输出预报结果；
作为优选，数据采集子***包括数据检测模块、数据接收模块，数据检测模块通过浮标安装在涵洞的各监测点位上，数据接收模块安装在河道岸边上，数据检测模块将采集到的检测数据传输给数据接收模块。
该数据检测模块包括流速仪、渗压计、水准仪、倾角振动计、动静态应变仪以及振弦式表面裂缝计；
流速仪，用于采集涵洞的流量数据、流速数据。流速仪采用非接触的雷达波进行测速，其能够适合安装在恶劣的环境中，测流精度高。
渗压计，用于采集涵洞内的水压力数据。渗压计通过浮标14安装在涵洞洞顶131，渗压计包括嵌入在涵洞洞顶131内的测压管17，测压管17内设置有水位计18，水位计18通过导线15与浮标14内的发送器连接，发送器与数据接收模块连接；涵洞洞顶131固定连接有用于固定导线15、测压管17的定位安装板16。渗压计通过浮标进行安装、定位，渗压计的安装更加方便、快捷，后续维护也更加方便、快捷。
水准仪，用于采集涵洞周围位移沉降数据。该水准仪18包括多组，多组水准仪18分布在涵洞及涵洞周围的泥土中；多组水准仪18底部通过水管20依次连通，多组水准仪18顶部通过气管19依次连通，第一个水准仪18底部通过水管20连通储水罐21底部，第一个水准仪18顶部通过气管19连通储水罐21顶部。多组水准仪18连通，形成连通器，并基于连通器原理，当某个/些水准仪18产生沉降或抬高时，由于对应水准仪18内的液面高度相对于水平面是不会变的，但是该液面相对于水准仪18将发生变化，即液面距离水准仪18顶部或底部的距离将产生变化。比如，相比于水准仪18底部而言，记初始液位高-当前液位高为⊿H，若⊿H为负，则表示该被测点发生下降；若⊿H为正，则表示该被测点发生抬高。
倾角振动计，安装于涵洞的进口段、轴线段和出口段这三个监测断面的拱顶，该倾角振动计内部同时集成有三轴MEMS加速度传感器、磁偏角传感器、定位模块用于采集涵洞的姿态变化数据，包括倾斜数据、冲刷振幅数据、加速度数据及角度变化数据。
动静态应变仪，沿涵洞的径向、轴向分不同断面安装在涵洞上，动静态应变仪可进行静态、动静态和低频动态的表面应变的长期监测，其支持单台USB接口直接连接测试及多台之间通过现场总线级联组网测试，内置锂电池工作，也支持外接直流电源(蓄电池)供电，并且直流供电的范围很宽，使用十分便捷，可用于采集涵洞的应力数据。
振弦式表面裂缝计，安装于涵洞本体的裂缝、涵洞周围的岩质滑坡表面裂缝或/和滑坡体表面危岩体与母体之间裂缝中，振弦式表面裂缝计包括前端座、后端座及转换机构；当涵洞表面裂缝发生扩张时，该变形量通过前、后端座传递给转换机构，带动振弦使其产生应力变化，从而改变振弦的振动频率，电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至频率读数仪上，即可测出被测结构物的变形量，可用于采集涵洞周围裂缝的变化量。
该数据采集子***还包括下游河床变形位移监测模块，下游河床变形位移监测模块包括固定在变形点附近的北斗基准站，在北斗基准站周围设置有多个北斗监测站，北斗卫星定位***获取北斗基准站、北斗监测站的北斗接收天线信号，采用相对定位原理，获得北斗基准站与北斗监测站的相对位移。通过接收北斗卫星定位***的数据，获得实时定位信息，再以大量监测数据为基础进行解算，可以获得精准的三维坐标和时间维度；不受人为误差影响；采用地心坐标系，解决了地壳变形、区域性沉降等监测中的基准难题；测量周期短，实时动态、小时级、天级静态监测，数据采集、处理、输出、展示全流程可实现自动化；不受天气条件影响；不要求测站间通时，布点更灵活；不良环境条件下仍可实现连续监测；监测数据的同基准、频率高、时序性强，有利于整体结构的建模和大数据分析，可进行长期变形趋势分析等。
北斗基准站与北斗监测站的选址要求
①基准站要求建立在地基稳定的地点，同时场地应满足以下要求：
②充分利用符合要求的已有控制点。
③场地稳固，年平均下沉和位移小于3mm。
④建在监测区域以外，距离监测区域不宜超过3km。
⑤视野开阔，避开天然障碍物(含树木、已有建筑物、山体等)，周边天然障碍物高度不宜超过15°。评估基准站遮挡时若旁边有树木，应考虑冬夏枝叶变化，和树木生长；并确认附近未来不会建设可遮挡卫星观测的高大建筑物。
北斗基准站与北斗监测站建设要求
①站点建设参照相关标准，因地制宜的采用多种方式建设，灵活采用一体化立杆、利用原有观测墩等建设方式。
②基准站需确保基础稳固，可选择建在稳定的地面、建筑物上或冻土层以下。
③采用太阳能供电，在不影响北斗卫星信号接受前提下，要充分考虑采光条件进行光伏板的安装。
④基准站和监测站供电续航能力：太阳能供电满足30天以上连阴天连续正常工作要求。
北斗基准站与北斗监测站安装方法
①一般采用一体化立杆安装的方式，因地制宜建设钢筋混凝土基础，混凝土底座长＊宽＊深不小于600mm＊600mm＊800mm，上端为地脚螺栓螺纹，下端为防拔结构；地埋件应保持水平，上端与监控立杆法兰盘应可靠配合。
②镀锌钢管高度需不低于2米，直径不小于140mm，管壁厚度不小于3mm。做好防雷工作，顶部设避雷针，长度不小于50cm。
③设备安装完成后，应整理接线，收纳美观。监测工作须在监测点的基础达到稳定状态后开展，监测数据也应在此之后方可被认为有效。
安装好的北斗基准站与北斗监测站如图6所示，包括机架，机架上安装有北斗接收天线10、太阳能板11、设备机箱12，还配置有蓄电池箱，蓄电池箱内的蓄电池引一根电缆线穿管进入镀锌钢管后再进入设备机箱，进行供电；另外，太阳能板11与蓄电池连接，太阳能板11产生的电能通过蓄电池进行存储。
该数据采集子***中的流速探测器、渗压计、倾角振动计、动静态应变仪、振弦式表面裂缝计通过GPRS、GSM、3G、4G或/和internet连接监测云平台；数据采集子***中的北斗基准站通过卫星通信终端、北斗卫星连接监测云平台。
整个涵洞安全自动化监测***通过实时动态化的安全监测、水雨情自动测报、洪水预报演算及其他结构物及环境量在线监测，帮助水利局和相关管理部门全面掌握结构物或被测对象的变形、渗流、环境量等情况，实时监测现场实况，实现安全监测和及时预警，为管理部门决策提供数据依据，同时满足工程安全运行的技术要求，实现无人值守下的安全监测、信息集中管理、工程安全监控，高效、实时、信息共享。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
上述数据接收模块需安装于涵洞周围的岸边1上，对涵洞周围的数据检测模块检测的数据进行接收。该数据检测模块通过安装架安装在岸边1上，该安装架包括锤子固定安装在岸边1的竖杆2，竖杆2为金属立杆，在竖杆2的中上部横向固定安装有横杆6，竖杆2、横杆6组成安装架。为提高探测器的安全性能，可在竖杆顶端安装避雷针5，避雷针5接地。在横杆6的一端安装有雨量计4，对降雨情况进行数据采集。在横杆6上还安装有数据接收模块8，数据接收模块8位于河道9的水面正上方，用于对河道9内的水流表面流速进行监测。该数据接收模块8通过安装支架7安装在横杆6上，用于使数据接收模块8能够水平或竖直安装，提高数据接收模块8的数据监测精度。
该安装支架7包括依次设置的安装底座71、连接杆73、仪器安装座74，该安装底座71一面固定安装在横杆6上，在安装底座71另一面上安装有防转机构72，该防转机构72主要用于在卡紧时防止连接杆73的靠近安装底座71的随意转动。该连接杆73通过球铰的方式连接在安装底座71上，连接杆73的另一端与仪器安装座74连接，然后数据接收模块8安装在仪器安装座74上。该连接杆包括连接球头735、固定杆733、转动杆731及顶紧丝杆732，该连接起头735安装于安装底座71的凹槽内，连接球头735能够在凹槽内自由转动。连接球头735的另一端与固定杆733连接，固定杆733可随连接球头735一同在凹槽内自由转动。固定杆733上开设有至少两条的防转槽734，每条防转槽734沿固定杆733的轴向设置，至少两条防转槽734沿固定杆733的周向设置。若防转槽734设置两条时，两条防转槽734是不能沿固定杆733的同一个径向方向设置。固定杆733的另一端连接有转动杆731，转动杆731与固定杆733活动连接，是要能实现转动杆731、固定杆733可各自独立转动即可；图5给出了一种两者的连接方式，当然也不仅仅局限于这一种连接方式。在转动杆731、固定杆733及连接球头735的中心均开设有孔，转动杆731的中心孔为内螺纹孔，固定杆733、连接球头735的中心孔为方形盲孔且是通孔。转动杆731内设置有顶紧丝杆732，顶紧丝杆732与转动杆731螺纹连接。顶紧丝杆732的另一端穿过固定杆733的中心孔后伸入连接球头735的中心孔内。为了实现转动转动杆731时顶紧丝杠732随着一起转动而不是沿顶紧丝杆732的轴向移动，为此可在顶紧丝杆732上对应固定杆733或连接球头735的区域焊接一个外六方，该外六方的尺寸与固定杆733或连接球头735的方形盲孔尺寸相适配，这样在转动转动杆731时，在固定固定杆733防转的同时可有效防止顶紧丝杆732随着一同转动，使顶紧丝杆732只能沿顶紧丝杆732的轴向移动，伸出连接球头735并顶紧在安装底座71的凹槽内壁上或收缩回连接球头735内解除顶紧状态。另外，该安装底座71上设置的防转机构72主要用于防止固定杆733随转动杆731一同转动的防转机构72。
该防转机构包括连接柱725、环形重力架724、环形固定架721以及限位杆723，该连接柱725可设置多根，多根连接柱以连接杆73为中心呈圆形或方形分布在连接杆73周围。该环形重力架724上对应连接柱725的位置开设有穿孔，连接柱725穿过环形重力架724上的穿孔后与环形固定架721固定连接，这样环形重力架724可在连接柱725上移动。当环形重力架724位于连接柱725中部位置时(即并未叠放在环形固定架721上)，将在环形重力架724、环形固定架721及相邻两根连接柱725之间形成容纳通孔722，即在防转机构72的周向分布有多个容纳通孔722。在防转时，至少两根限位杆723穿过与固定杆733的防转槽734相对应的容纳通孔722后伸入对应的防转槽734内，且这两根限位杆723是不能平行或共线的。
另外固定杆733上的防转槽734设置多根，每根防转槽734沿固定杆733的轴向分布，多根防转槽734沿固定杆733的周向分布。无论多少根防转槽734，在防转时两根限位杆723不能平行或共线的。
另外，为了防止防转时限位杆723随意动，因而限位杆723的限位可通过将容纳通孔722的尺寸设置为与限位杆723的尺寸相适配，并配合环形重力架724的重力压紧限位杆723。
安装时，在连接杆73、仪器安装座74以及数据接收模块8等器件的重力作用下，连接杆73因球铰的作用将自然呈垂直状态，然后通过防转机构72固定住连接杆73中的固定杆733部分，防止固定杆733转动，然后转动转动杆731，使顶紧丝杆732伸出并顶紧在凹槽内壁上，使得后面安装数据接收模块8等器件时连接杆73能够长时间保持垂直状态，并不会受安装底座71的安装角度是否水平或垂直而影响，安装架7安装完毕后的连接杆73始终保持竖直状态，从而在仪器安装座74上安装数据接收模块时，数据接收模块8更容易安装成水平或竖直状态，数据接收模块8的安装更加方便、快捷，且后续通过该数据接收模块8进行流量、流速测量时，测量精度更高。
另外，该限位杆723的限位也可以充分利用环形重力架724，在环形重力架724的端面上设置有多根与限位杆723相适配的限位槽726，限位槽726开设在环形重力架724的靠近环形固定架721的端面上，每根限位槽726均沿环形重力架724的径向设置，多根限位槽726沿环形重力架724的周向均匀分布。
Claims (9)
1.一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：包括数据采集子***，数据管理子***、安全监测子***、数据分析子***、预警预报子***；
数据采集子***，用于采集被测涵洞的数据；
数据管理子***，用于获取数据采集子***采集到的数据并进行保存、管理；
安全监测子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、监测，输出监测结果；数据分析子***，用于获取信息管理子***内的数据并进行分析、统计、判别和评估，输出数据成果；
预警预报子***，用于获取数据分析子***的数据成果，通过ANSYS有限元计算模型分析涵洞各监测断面的数据进行分析，输出预报结果；
其中，数据采集子***包括数据检测模块、数据接收模块，数据检测模块通过浮标(14)安装在涵洞的各监测点位上，数据接收模块安装在河道岸边上，数据检测模块将采集到的检测数据传输给数据接收模块。
2.如权利要求1所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：数据检测模块包括流速仪、渗压计、水准仪、倾角振动计、动静态应变仪以及振弦式表面裂缝计；
流速仪，用于采集涵洞的流量数据、流速数据；
渗压计，用于采集涵洞内的水压力数据；
水准仪，用于采集涵洞周围位移沉降数据；
倾角振动计，安装于涵洞的进口段、轴线段和出口段这三个监测断面的拱顶，用于采集涵洞的姿态变化数据，包括倾斜数据、冲刷振幅数据、加速度数据及角度变化数据；
动静态应变仪，沿涵洞的径向、轴向分不同断面安装在涵洞上，用于采集涵洞的应力数据；振弦式表面裂缝计，安装于涵洞本体的裂缝、涵洞周围的岩质滑坡表面裂缝或/和滑坡体表面危岩体与母体之间裂缝中，用于采集涵洞周围裂缝的变化量。
3.如权利要求1所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：数据采集子***还包括下游河床变形位移监测模块，下游河床变形位移监测模块包括固定在变形点附近的北斗基准站，在北斗基准站周围设置有多个北斗监测站，北斗卫星定位***获取北斗基准站、北斗监测站的北斗接收天线信号，采用相对定位原理，获得北斗基准站与北斗监测站的相对位移。
4.如权利要求2所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：数据接收模块(8)通过安装架安装在河道岸边上；所述安装支架(7)包括与横杆(6)连接的安装底座(71)，安装底座(71)上球铰有连接杆(73)，连接杆(73)另一端连接有仪器安装座(74)，数据接收模块(8)安装在仪器安装座(74)上；连接杆包括安装于安装底座(71)的凹槽内且可自由转动的连接球头(735)，连接球头(735)上固定连接有固定杆(733)，固定杆(733)的另一端转动连接有转动杆(731)，转动杆(731)内沿转动杆(731)的轴向螺纹连接有顶紧丝杆(732)，顶紧丝杆(732)的靠近连接球头(735)的一端依次穿过固定杆(733)的轴向通孔、连接球头(735)的径向通孔后可顶紧在安装底座(71)的凹槽内壁上；安装底座(71)上设置有防止固定杆(733)随转动杆(731)一同转动的防转机构(72)。
5.如权利要求4所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：防转机构包括固定连接在安装底座(71)上的多根连接柱(725)，多根连接柱(725)呈圆形或方形分布在连接杆(73)周围；连接柱(725)上套设有可沿连接杆(73)长度方向滑动的环形重力架(724)，连接柱(725)的另一端固定连接有环形固定架(721)，环形重力架(724)、环形固定架(721)均套设在连接杆(73)外，并在环形重力架(724)、环形固定架(721)与相邻两根连接柱(725)之间形成容纳通孔(722)，至少两根不平行的限位杆(723)穿过容纳通孔(722)后可嵌入在固定杆(733)的防转槽(734)内。
6.如权利要求5所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：防转槽(734)设置多根，每根防转槽(734)沿固定杆(733)的轴向分布，多根防转槽(734)沿固定杆(733)的周向分布。
7.如权利要求4所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：环形重力架(724)的端面上设置有多根与限位杆(723)相适配的限位槽(726)，限位槽(726)开设在环形重力架(724)的靠近环形固定架(721)的端面上，每根限位槽(726)均沿环形重力架(724)的径向设置，多根限位槽(726)沿环形重力架(724)的周向均匀分布。
8.如权利要求2所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：渗压计通过浮标(14)安装在涵洞洞顶(131)，渗压计包括嵌入在涵洞洞顶(131)内的测压管(17)，测压管(17)内设置有水位计(18)，水位计(18)通过导线(15)与浮标(14)内的发送器连接，发送器与数据接收模块连接；涵洞洞顶(131)固定连接有用于固定导线(15)、测压管(17)的定位安装板(16)。
9.如权利要求2所述的一种涵洞安全自动化监测***，其特征在于：水准仪(18)包括多组，多组水准仪(18)分布在涵洞及涵洞周围的泥土中；多组水准仪(18)底部通过水管(20)依次连通，多组水准仪(18)顶部通过气管(19)依次连通，第一个水准仪(18)底部通过水管(20)连通储水罐(21)底部，第一个水准仪(18)顶部通过气管(19)连通储水罐(21)顶部。
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Inventor after: Wu Pingyong Inventor after: Zhao Chuan Inventor after: Jia Junrong Inventor after: Liu Shuangmei Inventor after: Feng Li Inventor after: Hou Wendong Inventor after: Lin Hongguang Inventor after: Wu Jianlin Inventor after: Ni Ying Inventor after: Chen Hao Inventor after: Wang Liangbing Inventor after: Zhu Peng Inventor before: Wu Pingyong Inventor before: Wang Liangbing Inventor before: Zhu Peng Inventor before: Zhao Chuan Inventor before: Jia Junrong Inventor before: Liu Shuangmei Inventor before: Feng Li Inventor before: Hou Wendong Inventor before: Lin Hongguang Inventor before: Wu Jianlin Inventor before: Ni Ying Inventor before: Chen Hao |
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