本發(fā)明涉及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，各類用途的地下空間已在世界各大中城市中得到開(kāi)發(fā)利用，基坑規(guī)模和開(kāi)挖深度的增大使臨時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和穩(wěn)定問(wèn)題變得復(fù)雜和突出。

目前多數(shù)監(jiān)測(cè)單位重視儀器埋設(shè)、數(shù)據(jù)采集，輕視數(shù)據(jù)分析和反饋，僅僅滿足于收集資料和提交數(shù)據(jù)、報(bào)表，進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，判斷是否超過(guò)控制值以報(bào)警，不能結(jié)合施工和地質(zhì)情況對(duì)監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行充分、深入的理論分析，導(dǎo)致花費(fèi)大量人力物力進(jìn)行的監(jiān)測(cè)工作不能真正發(fā)揮優(yōu)化設(shè)計(jì)和及時(shí)反饋指導(dǎo)施工的作用。

如果有一套基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)信息引導(dǎo)預(yù)測(cè)基坑的變形情況，安全管理體系的健全，則對(duì)保護(hù)國(guó)家財(cái)產(chǎn)安全有著非常重要的意義。

發(fā)明專利內(nèi)容

本發(fā)明的所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種能夠?qū)崟r(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)信息引導(dǎo)預(yù)測(cè)基坑的變形情況的基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)它是基于GNSS CORS與傳感器集成于一體化的變形監(jiān)測(cè)信息采集技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，基于多模式監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和方法，能夠?qū)崟r(shí)采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)信息引導(dǎo)預(yù)測(cè)基坑的變形情況，提高網(wǎng)絡(luò)通訊的穩(wěn)定性、實(shí)時(shí)性和安全性，大大增加了基坑變形監(jiān)測(cè)的高效性；

(2)適合于研究區(qū)的坐標(biāo)系統(tǒng)、模型轉(zhuǎn)換和精化似大地水準(zhǔn)面模型，有研究觀測(cè)粗差和異常值得自動(dòng)識(shí)別算法，提高了GNSS CORS技術(shù)的高程測(cè)量精度；

(3)采用似單差單歷元結(jié)算方法，高程精度高，可研究出基坑的變形參數(shù)解算方法和適于基坑特點(diǎn)的概率積分法預(yù)計(jì)模型。

附圖說(shuō)明

圖1為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置示意圖；

圖2為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)觀測(cè)墩示意圖；

圖3為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)觀測(cè)墩示意圖

圖4為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖；

圖5為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)非連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站軟件平臺(tái)示意圖；

圖6為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)軟件模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1所示，為基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)布置示意圖，本發(fā)明在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊子系統(tǒng)。

其中GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)建設(shè)在滿足觀測(cè)環(huán)境的地方，如采用樓頂式基準(zhǔn)站形式布設(shè)于礦區(qū)辦公樓頂，GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)包括CORS專用接收機(jī)、CORS專用天線、饋線、避雷針、饋線避雷器、電源避雷器、強(qiáng)制對(duì)中裝置、觀測(cè)墩。架設(shè)在觀測(cè)墩頂部強(qiáng)制對(duì)中裝置的CORS專用天線用饋線連接CORS專用接收機(jī)GNSS接口，饋線避雷器連接避雷針和電源避雷器。CORS專用接收機(jī)為自主研制的GNSS基準(zhǔn)站專用接收機(jī)，實(shí)時(shí)跟蹤、采集、傳輸、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并將結(jié)果傳遞到數(shù)據(jù)監(jiān)控中心系統(tǒng)。為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)逆向網(wǎng)絡(luò)RTK提供差分?jǐn)?shù)據(jù)，同時(shí)也為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)變形分析提供參照基準(zhǔn)。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)包括GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站和非連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站。

其中GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站包含自主研制的KBM1001系列GNSS監(jiān)測(cè)專用接收機(jī)、大地測(cè)量型天線、UPS電源、饋線、傾斜儀、避雷針、饋線避雷器、電源避雷器、太陽(yáng)能電池板、強(qiáng)制對(duì)中裝置、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、儀器設(shè)備箱和相關(guān)儀器支架、觀測(cè)墩。架設(shè)在觀測(cè)墩頂部強(qiáng)制對(duì)中裝置的CORS專用天線用饋線連接CORS專用接收機(jī)GNSS接口，饋線避雷器連接避雷針和電源避雷器。自主研制的KBM1001系列GNSS監(jiān)測(cè)專用接收機(jī)，提供24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)服務(wù)，并周期性不間斷上傳觀測(cè)數(shù)據(jù)至GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)。連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站分別布設(shè)于觀測(cè)線關(guān)鍵部位，實(shí)時(shí)跟蹤、采集、傳輸、存儲(chǔ)GNSS衛(wèi)星數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)接收GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)提供的差分?jǐn)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)RTK，并通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)(光纖、GPRS、3G、WIFI)將接收機(jī)所觀測(cè)的數(shù)據(jù)上傳到GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)。

非連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站包括靜力水準(zhǔn)儀、應(yīng)變計(jì)、水位計(jì)、土壓力盒和固定式傾斜儀等各類傳感器設(shè)備。各類傳感器以串口的形式連接到自主研制的KBM1001系列GNSS監(jiān)測(cè)專用接收機(jī)上面，通過(guò)數(shù)據(jù)處理中心的監(jiān)測(cè)軟件設(shè)置傳感器的相關(guān)監(jiān)測(cè)信息，可以通過(guò)多種網(wǎng)絡(luò)(光纖、GPRS、3G、WIFI)將傳感器所觀測(cè)的數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)處理中心。

如圖2所示，為GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)的觀測(cè)墩示意圖，GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)的觀測(cè)墩為不銹鋼鋼管，不銹鋼鋼管直徑根據(jù)使用情況而定，觀測(cè)墩應(yīng)架設(shè)于承重梁上部，在底部均勻位置用膨脹螺絲將其固定并焊接，觀測(cè)墩安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，強(qiáng)制對(duì)中裝置的基座板中心點(diǎn)上帶旋轉(zhuǎn)螺紋或卡口，GNSS天線可直接旋轉(zhuǎn)在螺紋上固定不動(dòng)，并嚴(yán)格整平，觀測(cè)墩內(nèi)加裝(或預(yù)埋)適合纜線進(jìn)出的硬制管道(鋼制或塑料)，起保護(hù)線路作用，在觀測(cè)墩中部貼測(cè)量標(biāo)志牌。

如圖3所示，為基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)觀測(cè)墩示意圖，該觀測(cè)墩為水泥電線桿用混凝土澆注而成，水泥電線桿高不低于4m，一般不超過(guò)5m，基坑尺寸為1.5m×1.5m×1.5m，水泥電線桿保持鉛垂?fàn)顟B(tài)豎立于基坑，并在其側(cè)邊放置一個(gè)直徑為200mm的PVC管以存放傾斜儀，再用水泥沙石澆注，澆注至電線桿離地面1m處，水泥電線桿頂部安裝強(qiáng)制對(duì)中裝置，強(qiáng)制對(duì)中裝置的基座板中心點(diǎn)上帶旋轉(zhuǎn)螺紋或卡口，GNSS天線可直接旋轉(zhuǎn)在螺紋上固定不動(dòng)，并嚴(yán)格整平，離強(qiáng)制對(duì)中裝置0.1m處加裝合適支架以安裝網(wǎng)絡(luò)攝像頭，在0.3m處加裝合適的支架以支撐太陽(yáng)能電池板，在0.5m處加裝兩個(gè)鐵盒子以存放UPS電源和GNSS監(jiān)測(cè)專用接收機(jī)，在離水泥電線桿頂0.5m出鉆一直徑為50mm的圓孔，水泥電線桿底部和PVC管各鉆一個(gè)直徑為100mm的圓孔，用于埋設(shè)傾斜儀傳感器電纜。以上各數(shù)據(jù)都是具體實(shí)施的一個(gè)例子，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員清楚地了解，根據(jù)實(shí)際使用情況，可以輕易地調(diào)整數(shù)據(jù)。

如圖4所示，為在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)圖，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)，主要由服務(wù)器、顯示器、路由器、防火墻、軟件等組成，與GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)之間依靠信號(hào)饋線連接，獲取基準(zhǔn)站所提供的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)通過(guò)通過(guò)GPRS、3G、CDMA、WIFI等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式連接，數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)可管理GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)，對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、成果輸出等。

如圖5所示，本發(fā)明基坑在線安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心的軟件的主要模塊及工作流程如下：

①基準(zhǔn)站串口通訊模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)與GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)連接，實(shí)時(shí)接收實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)的原始觀測(cè)數(shù)據(jù)和差分信息，并實(shí)時(shí)將數(shù)據(jù)分類壓縮存儲(chǔ)至基坑變形監(jiān)測(cè)信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；

②基于NTRIP協(xié)議監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心子系統(tǒng)與GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站之間的實(shí)時(shí)連接，并將從實(shí)時(shí)接收GNSS基準(zhǔn)站的差分信息轉(zhuǎn)發(fā)給GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站使GNSS連續(xù)運(yùn)行監(jiān)測(cè)站實(shí)現(xiàn)RTK定位，并將其定位的結(jié)果以NMEA的數(shù)據(jù)格式傳輸至基坑變形監(jiān)測(cè)信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)；

③基準(zhǔn)站、監(jiān)測(cè)站運(yùn)行監(jiān)測(cè)模塊，通過(guò)串口通訊和網(wǎng)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)對(duì)GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)進(jìn)行完好性監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)觀測(cè)數(shù)據(jù)的完整性、信噪比、精度因子等主要指標(biāo)以及設(shè)備運(yùn)行狀況(如電池剩余量、電壓、 溫度等參數(shù))；

④數(shù)據(jù)處理分析模塊，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)的GNSS測(cè)量以及非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)的GNSS測(cè)量、導(dǎo)線測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量的外業(yè)成果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和質(zhì)量分析。

⑤基坑變形分析模塊，利用GNSS基準(zhǔn)站子系統(tǒng)準(zhǔn)確位置和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位結(jié)果，解算出相對(duì)位移量、傾斜率、變形曲率等基坑變形信息，并將其存儲(chǔ)至基坑變形監(jiān)測(cè)信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)。

⑥基坑變形參數(shù)解算模塊，利用基坑變形數(shù)據(jù)及地質(zhì)條件參數(shù)，解算出基坑形變參數(shù)，并將其存儲(chǔ)至基坑變形監(jiān)測(cè)信息綜合數(shù)據(jù)庫(kù)，為類似基坑條件下的變形預(yù)計(jì)提供可靠依據(jù)。

⑦基坑變形預(yù)計(jì)模塊，利用概率積分法預(yù)計(jì)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)或多個(gè)回采工作面開(kāi)采引起的基坑變形進(jìn)行靜態(tài)預(yù)計(jì)、動(dòng)態(tài)預(yù)計(jì)和某一時(shí)間點(diǎn)的預(yù)計(jì)。

⑧GIS空間信息管理、分析模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的高效管理和操作，提供高可靠性、高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理成果，為基坑安全提供基礎(chǔ)信息。

⑨報(bào)表輸出模塊，對(duì)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)處理成果，采用一定的格式輸出成報(bào)表進(jìn)行保存。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。