本發(fā)明屬于地基與基礎工程施工領域，尤其涉及一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)。

背景技術：

近年來，隨著計算機技術和工業(yè)化水平的提高，基坑工程自動化監(jiān)測技術也發(fā)展迅速。目前，國內(nèi)外基坑監(jiān)測大多采用人工方式，時效性差，即無法全天候全時段進行監(jiān)測；結果主要為人工讀取，檢測精度較差。雖然有些企業(yè)開發(fā)了自動監(jiān)測設備，但現(xiàn)有的自動監(jiān)測設備往往是將監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲在監(jiān)測點上設置的臨時存儲設備中，再由人工導入計算機；雖然克服了人工監(jiān)測精度差的問題，但仍沒有解決時效性差的問題，即監(jiān)測數(shù)據(jù)并非實時整理，無法在任意時刻任何位置查看監(jiān)測情況，給基坑安全帶來了隱患；且以往的分布式數(shù)據(jù)采集絕大多數(shù)為有線配置，配置節(jié)點復雜，很難靈活切換，不適應信息化施工的需要。

結合深大基坑信息化施工的實際需要，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)無法滿足信息傳遞的時效性，相關人員也無法隨時隨地了解基坑圍護結構的受力變形情況。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有傳統(tǒng)技術設備在深大基坑信息化施工中時效性差、監(jiān)測效果不理想等問題，提供了一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)及其監(jiān)測預警方法，該系統(tǒng)融合了微信號采集、振弦傳感器信號提取、FPGA、分布式數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)冗余傳輸、存儲等跨行業(yè)技術，實現(xiàn)了對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段的數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)監(jiān)控與預警。

本發(fā)明的技術方案：一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng),包括應力監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控終端和服務器；所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)測主體、振弦式傳感器、數(shù)據(jù)采集與記錄儀、網(wǎng)絡通信設備和電源；所述監(jiān)控終端包括計算機、顯示屏及應用程序；所述服務器包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲設備和預警發(fā)射系統(tǒng)；

該預警系統(tǒng)融合了微信號采集、振弦傳感器信號提取、FPGA、分布式數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)冗余傳輸、存儲技術，以實現(xiàn)對基坑的全方位、全時段實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲；

所述應力監(jiān)測系統(tǒng)能全天候全時段監(jiān)測深基坑的支撐軸力、土壓力、孔壓、鋼筋應力，以保證基坑圍護系統(tǒng)在深基坑施工全過程的安全；

通過監(jiān)測終端的應用程序實現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)及數(shù)據(jù)的讀取與可視化顯示；

所述服務器的中央處理器可以對多處應力監(jiān)測系統(tǒng)進行設閥監(jiān)控，以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

優(yōu)選地，該預警系統(tǒng)具備40MHz的輸入接口，可以方便的與FPGA、CPLD以及高速分布式采集設備連接；所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包含振弦式傳感器的調(diào)制解調(diào)、信號采集、信號處理、數(shù)據(jù)記錄和網(wǎng)絡通訊功能。

優(yōu)選地，所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包含多路振弦式傳感器的調(diào)制解調(diào)，可以監(jiān)測一個構件多處應力變化；應力監(jiān)測系統(tǒng)與監(jiān)控終端之間可以通過自組局域網(wǎng)組成多機網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)多終端人機交互。

優(yōu)選地，所述應力監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式采集的架構，可隨施工進程靈活擴充或刪減；應力監(jiān)測系統(tǒng)，采用ZigBee自組網(wǎng)技術，同時設計了ZigBee與4G的接口，為自組網(wǎng)、云存儲等后續(xù)開發(fā)預留了充分的接口；應力監(jiān)測系統(tǒng)低功耗運行系統(tǒng)同時采用多重冗余設計，只要電池不耗盡，即使斷網(wǎng)也可保存所有數(shù)據(jù)，一旦聯(lián)網(wǎng)立刻就可全部實時上傳至數(shù)據(jù)服務器；所述的應力監(jiān)測系統(tǒng)，將輸入、輸出以及供電系統(tǒng)三隔離，確保了系統(tǒng)、信號以及數(shù)據(jù)采集的安全；以保證戶外設備在惡劣環(huán)境條件下能長期正常工作。

優(yōu)選地，所述振弦式傳感器，專用二次儀表集合掃頻、高壓激勵、微信號放大以及信號整形功能與一體，采用寬電壓范圍設計，并與數(shù)采間全隔離，確保安全與穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集與記錄儀，可以獲取各種設備的應變數(shù)據(jù)，可以設定一定的頻率進行定時采集，也可以接受控制中心的數(shù)據(jù)采集請求，進行實時采集數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與記錄儀對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

優(yōu)選地，所述監(jiān)控終端可應用于相關技術人員的實時監(jiān)測，還可以用于工程現(xiàn)場的可視化監(jiān)控，其簡潔明了的監(jiān)測信息與預警系統(tǒng)同樣便于現(xiàn)場工人的風險識別，達到工人能夠在工地第一現(xiàn)場第一時間了解深基坑圍護系統(tǒng)安全性的目的；監(jiān)控終端能接收并匯總數(shù)據(jù)采集儀所發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以實時查詢深基坑支護構件的應變情況，也可以將已形成的數(shù)據(jù)生成相關數(shù)據(jù)報表。

優(yōu)選地，所述服務器可以全天候全時段接收監(jiān)測系統(tǒng)所發(fā)回的數(shù)據(jù)，并分類存儲，以滿足數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)后期處理與應用、數(shù)值分析等科學研究的需要。

優(yōu)選地，所述服務器的預警發(fā)射系統(tǒng)可以接收中央處理器的指令；一旦某個應力監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)超出設定的閥值，預警系統(tǒng)將通過發(fā)送短信或者語音信息給相關技術人員，以實現(xiàn)相關人員對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)的監(jiān)測預警方法，包括下述步驟：

1）在監(jiān)測主體上固定若干個監(jiān)測點，所有的監(jiān)測點均連接到數(shù)據(jù)采集與記錄儀，數(shù)據(jù)采集與記錄儀通過網(wǎng)絡設備、電源連接監(jiān)控終端；

2）監(jiān)控終端通過互聯(lián)網(wǎng)連接服務器；

3）監(jiān)測點獲取型監(jiān)測主體的應變；每個應變計應能設置ID供整個系統(tǒng)所引用與標識；

4）數(shù)據(jù)采集與記錄儀能采集通過應變計獲取的各種設備的應變數(shù)據(jù)；能以一定的策略采集數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給服務器；

5） 監(jiān)控終端接收數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送的數(shù)據(jù)，把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到服務器進行數(shù)據(jù)匯總，對現(xiàn)場使用的各種基坑支護構件的應變計的進行有效的管理，查詢基坑支護構件的應變情況，通過發(fā)送短信或語音信息的形式對應變超出設定閾值的情況進行告警提示，生成相關數(shù)據(jù)報表，并打印，

6）監(jiān)控計算機能接收各個現(xiàn)場服務器實時傳回的各種基坑支護構件的應變數(shù)據(jù)；能按照各種條件查詢各處現(xiàn)場的監(jiān)控數(shù)據(jù)；按照需求生成各種報表。

本發(fā)明提供的監(jiān)測預警系統(tǒng)，掃頻速度快，而且精度高、耗電低，實現(xiàn)了集監(jiān)測數(shù)據(jù)實時采集與存儲、監(jiān)測實時自動預警、數(shù)據(jù)可視化顯示等功能與一體的全天候全時段基坑自動化監(jiān)測與預警。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明的結構示意圖；

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)拓展示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明，但并不是對本發(fā)明保護范圍的限制。

如圖1和2所示，一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng),包括應力監(jiān)測系統(tǒng)、監(jiān)控終端和服務器；所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包括監(jiān)測主體、振弦式傳感器、數(shù)據(jù)采集與記錄儀、網(wǎng)絡通信設備和電源；所述監(jiān)控終端包括計算機、顯示屏及應用程序；所述服務器包括中央處理器、數(shù)據(jù)存儲設備和預警發(fā)射系統(tǒng)；

該預警系統(tǒng)融合了微信號采集、振弦傳感器信號提取、FPGA、分布式數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)冗余傳輸、存儲技術，以實現(xiàn)對基坑的全方位、全時段實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)存儲；

所述應力監(jiān)測系統(tǒng)能全天候全時段監(jiān)測深基坑的支撐軸力、土壓力、孔壓、鋼筋應力，以保證基坑圍護系統(tǒng)在深基坑施工全過程的安全；

通過監(jiān)測終端的應用程序實現(xiàn)監(jiān)測參數(shù)及數(shù)據(jù)的讀取與可視化顯示；

所述服務器的中央處理器可以對多處應力監(jiān)測系統(tǒng)進行設閥監(jiān)控，以實現(xiàn)計算機系統(tǒng)對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

該預警系統(tǒng)具備40MHz的輸入接口，可以方便的與FPGA、CPLD以及高速分布式采集設備連接；所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包含振弦式傳感器的調(diào)制解調(diào)、信號采集、信號處理、數(shù)據(jù)記錄和網(wǎng)絡通訊功能。

所述應力監(jiān)測系統(tǒng)包含多路振弦式傳感器的調(diào)制解調(diào)，可以監(jiān)測一個構件多處應力變化；應力監(jiān)測系統(tǒng)與監(jiān)控終端之間可以通過自組局域網(wǎng)組成多機網(wǎng)絡系統(tǒng)，實現(xiàn)多終端人機交互。

所述應力監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式采集的架構，可隨施工進程靈活擴充或刪減；應力監(jiān)測系統(tǒng)，采用ZigBee自組網(wǎng)技術，同時設計了ZigBee與4G的接口，為自組網(wǎng)、云存儲等后續(xù)開發(fā)預留了充分的接口；應力監(jiān)測系統(tǒng)低功耗運行系統(tǒng)同時采用多重冗余設計，只要電池不耗盡，即使斷網(wǎng)也可保存所有數(shù)據(jù)，一旦聯(lián)網(wǎng)立刻就可全部實時上傳至數(shù)據(jù)服務器；所述的應力監(jiān)測系統(tǒng)，將輸入、輸出以及供電系統(tǒng)三隔離，確保了系統(tǒng)、信號以及數(shù)據(jù)采集的安全；以保證戶外設備在惡劣環(huán)境條件下能長期正常工作。

所述振弦式傳感器，專用二次儀表集合掃頻、高壓激勵、微信號放大以及信號整形功能與一體，采用寬電壓范圍設計，并與數(shù)采間全隔離，確保安全與穩(wěn)定。

所述數(shù)據(jù)采集與記錄儀，可以獲取各種設備的應變數(shù)據(jù)，可以設定一定的頻率進行定時采集，也可以接受控制中心的數(shù)據(jù)采集請求，進行實時采集數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與記錄儀對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

所述監(jiān)控終端可應用于相關技術人員的實時監(jiān)測，還可以用于工程現(xiàn)場的可視化監(jiān)控，其簡潔明了的監(jiān)測信息與預警系統(tǒng)同樣便于現(xiàn)場工人的風險識別，達到工人能夠在工地第一現(xiàn)場第一時間了解深基坑圍護系統(tǒng)安全性的目的；監(jiān)控終端能接收并匯總數(shù)據(jù)采集儀所發(fā)送的數(shù)據(jù)，可以實時查詢深基坑支護構件的應變情況，也可以將已形成的數(shù)據(jù)生成相關數(shù)據(jù)報表。

所述服務器可以全天候全時段接收監(jiān)測系統(tǒng)所發(fā)回的數(shù)據(jù)，并分類存儲，以滿足數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)后期處理與應用、數(shù)值分析等科學研究的需要。

所述服務器的預警發(fā)射系統(tǒng)可以接收中央處理器的指令；一旦某個應力監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)超出設定的閥值，預警系統(tǒng)將通過發(fā)送短信或者語音信息給相關技術人員，以實現(xiàn)相關人員對深基坑圍護系統(tǒng)的全天候全時段監(jiān)控。

本實施例的一種全天候全時段基坑自動化監(jiān)測預警系統(tǒng)，如圖1、2所示，包括監(jiān)測主體（型鋼），在型鋼樁上固定有若干個監(jiān)測點（振弦式傳感器），所述的監(jiān)測點均連接到數(shù)據(jù)采集與記錄儀，數(shù)據(jù)采集與記錄儀通過網(wǎng)絡設備、電源連接監(jiān)控終端；所述的監(jiān)控終端通過互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)據(jù)服務器，所述的數(shù)據(jù)服務器連接監(jiān)控終端；所述的監(jiān)控終端可形成自組局域網(wǎng)，連接多個應力監(jiān)測系統(tǒng)；所述的監(jiān)控終端，可同時進行多終端人機交互。

振弦式傳感器是用于獲取型鋼板樁的應變；每個應變計應能設置ID供整個系統(tǒng)所引用與標識。

數(shù)據(jù)采集與記錄儀能采集通過應變計獲取的各種設備的應變數(shù)據(jù)；能以一定的策略采集數(shù)據(jù)，如：以設定的頻率定時采集，接受監(jiān)控計算機的數(shù)據(jù)采集請求實時采集數(shù)據(jù)等；能把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給監(jiān)控服務器，所發(fā)送的數(shù)據(jù)至少包含以下內(nèi)容：（應變計ID，應變，采集時間）；數(shù)據(jù)采集儀如放置在戶外，應能保證在惡劣工況下能長期正常工作。

監(jiān)控終端能接收數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送的數(shù)據(jù)；能把接收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)服務器進行數(shù)據(jù)匯總；對現(xiàn)場使用的各種基坑支護構件的應變計的進行有效的管理；可查詢基坑支護構件的應變情況；可以通過發(fā)送短信或語音信息的形式對應變超出設定閾值的情況進行告警提示；可以生成相關數(shù)據(jù)報表，并打印。

監(jiān)控計算機能接收各個現(xiàn)場監(jiān)控服務器實時傳回的各種基坑支護構件的應變數(shù)據(jù)；能按照各種條件查詢各處現(xiàn)場的監(jiān)控數(shù)據(jù)；按照需求生成各種報表。