一种城市道路塌陷预警监测装置的制作方法

本实用新型涉及地陷监测技术领域，尤其涉及一种城市道路塌陷预警监测装置。

背景技术：

地面沉降又称为地面下沉或地陷，由于地下松散地层固结压缩，导致地壳表面标高降低的一种局部的下降运动。道路突然崩裂、垮塌这样的事故在中国几乎每年都会发生，全国有50余个城市出现地面沉降，长三角地区、华北平原和汾渭盆地已成重灾区。而纵观国内绝大多数城市的“地陷”，往往是隐伏在第四纪覆盖层下的溶岩中存在岩溶空洞且存在与覆盖层相连的通道，在某些自然因素或人为因素作用下，覆盖层物质沿着岩溶通道漏失到岩溶空洞中，引起覆盖土体发生塌陷，或由于地下水管的破裂，导致地面出现塌陷。为此，各种城市道路地陷给城市生活带来严重的安全隐患，给行人造成极大的损失，但由于地陷难以预测往往带有突发性，该问题亟待解决。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种城市道路塌陷预警监测装置，本实用新型的预警监测装置能对城市道路塌陷进行安全监测，若监测的测量数据出现异常并发送出报警信息，从而实现了实时监测城市道路基面及道路基坑塌陷的安全信息，为城市道路的安全运行提供可靠的依据，以提醒远程监控人员和施工人员进行维护，从而确城市道路的安全运行和使用。为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术效果：

根据本发实用新型的一个方面，提供了一种城市道路塌陷预警监测装置，包括安装于城市路基基坑内的用于测量道路塌陷的数据采集单元、与数据采集单元输出端连接的中央数据处理单元、与中央数据处理单元的输出端连接的无线通信模块、与无线通信模块的输出端连接的服务器以及与服务器进行通信连接的远程监控中心；所述数据采集单元包括竖直安装于城市路基基坑内的支撑筒、支撑杆、支撑板、支撑网、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，支撑筒竖直放置于路基基坑底部，在支撑筒与路基基坑侧壁之间设置四根支撑杆形成方形框架，所述支撑板的四个角分别与四根支撑杆滑动连接，所述第一压力传感器设置在所述支撑筒的顶端截面且与所述支撑板下表面接触，支撑筒的内部中央设置第二压力传感器，所述支撑筒的底端截面设置第三压力传感器并竖直放置于路基基坑底部；所述撑筒、第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器包裹在所述支撑网内并通过四根拉绳与路基基坑的侧壁连接，所述第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器之间通过弹簧串联固定在支撑筒上，第一压力压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器分别与所述中央数据处理单元连接。

上述方案优选的，在每根支撑杆的顶端分别设置有滑轮，每根拉绳穿过撑筒的底端下方，其两端分别夸过滑轮与路基基坑底部的两侧侧壁连接。

上述方案进一步优选的，在所述支撑板的上表面设置有第一位移传感器，所述第一位移传感器的输出端与所述中央数据处理单元连接。

上述方案进一步优选的，在所述拉绳上设置有一个或间隔设置有多个第二位移传感器。

上述方案进一步优选的，所述拉绳的直径为0.5mm～1.5mm，所述拉绳为钢丝绳或橡胶绳。

上述方案进一步优选的，所述中央数据处理单元、包括中央控制模块、报警模块、数据显示模块和数据存储模块，所述报警模块、数据显示模块、数据存储模块分别与所述中央控制模块连接。

上述方案进一步优选的，所述数据存储模块为sdram存储器、flash存储器或sd卡中的一种或两种，所述中央控制模块采用嵌入式arm7系列处理器。

上述方案进一步优选的，所述无线通信模块、为zigbee无线通信模块、gprs网络通信模块或lora无线通信模块。

上述方案进一步优选的，所述支撑网、包括从上至下设置的上隔离网层、防水绝缘层、和下隔离网层。

上述方案进一步优选的，所述上隔离网层和下隔离网层为金属网状层，所述防水绝缘层为绝缘硅胶层或橡胶薄膜。

综上所述，由于本实用新型采用了上述技术方案，本实用新型具有以下技术效果：

(1)、本实用新型的预警监测装置能实时监测城市道路的安全信息，若测量数据出现异常并发送出报警信息，为城市道路的安全使用提供可靠的保障，以提醒远程监控人员和施工人员进行维护，从而确保城市道路安全运行和使用；

(2)、本实用新型利用地陷发生前，道路土壤的压力和位移发生变化的特点，使用压力传感器和位移传感器设置用以测量地陷数据，并将上述测量的数据集中反馈到服务器端进行存储和分析，服务器端通过数据分析可以方便的得知各测量位点的地陷情况，并根据地面下降或移位的趋势及时预警地陷事故，以实现城市道路塌陷的现场压力应变和位移变化的监测，再由服务器将地陷数据传输至远程监控中心对测量数据进行处理、分析和判断，从而实现实时监测城市道路的安全信息，最大可能的减免居民的损失，安全性高，可靠性强，实用性好，人性化优异，设计新颖，可操作性强，易于推广应用。

附图说明

图1是本实用新型的一种城市道路塌陷预警监测装置的监测原理；

图2是本实用新型的数据采集单元的结构示意图；

图3是本实用新型的支撑网的结构示意图；

附图中，数据采集单元1，中央数据处理单元2，无线通信模块3，服务器4，远程监控中心5，支撑筒10，支撑杆11，支撑板12，支撑网13，第一压力传感器14，第二压力传感器15，第三压力传感器16，弹簧17，拉绳18，滑轮19，第一位移传感器20，第二位移传感器21，上隔离网层130、防水绝缘层131，下隔离网层132。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本实用新型进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本实用新型的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本实用新型的这些方面。

如图1和图2所示，根据本发实用新型一种城市道路塌陷预警监测装置，包括安装于城市路基基坑内的用于测量道路塌陷的数据采集单元1、与数据采集单元1输出端连接的中央数据处理单元2、与中央数据处理单元2的输出端连接的无线通信模块3、与无线通信模块3的输出端连接的服务器4以及与服务器4进行通信连接的远程监控中心5；所述中央数据处理单元2包括中央控制模块、报警模块、数据显示模块和数据存储模块，所述报警模块、数据显示模块、数据存储模块分别与所述中央控制模块连接，所述数据存储模块为sdram存储器、flash存储器或sd卡中的一种或两种，用于存储测量城市道路土壤的压力和位移发生变化的地陷数据，报警模块、数据显示模块用于显示所测量城市道路土壤的压力和位移地陷数据，若发生压力和位移地陷时便通过报警模块进行报警，所述中央控制模块采用嵌入式arm7系列处理器，其型号为arm710t-l7205处理器芯片；所述无线通信模块3为zigbee无线通信模块、gprs网络通信模块或lora无线通信模块，所述无线通信模块3将地陷数据传输至服务器4，所述无线通信模块3通过usb总线接口与中央控制模块通信连接，所述无线通信模块3将数据采集单元1的所有传感器测感测的地陷数据传输至服务器4进行存储，以实现城市道路塌陷的现场压力应变和位移变化的监测，再由服务器4将地陷数据传输至远程监控中心5对测量数据进行处理、分析和判断，从而实现实时监测城市道路的安全信息，若测量数据出现异常并发送出报警信息，为城市道路的安全使用提供可靠的保障，以提醒远程监控人员和施工人员进行维护，从而确保城市道路安全运行和使用。

在本实用新型中，如图2所示，所述数据采集单元1包括竖直安装于城市路基基坑内的支撑筒10、支撑杆11、支撑板12、支撑网13、第一压力传感器14、第二压力传感器15和第三压力传感器16，所述支撑筒10竖直放置于路基基坑底部，在支撑筒10与路基基坑侧壁之间设置四根支撑杆11形成方形框架，所述支撑板12的四个角分别与四根支撑杆11滑动连接，所述第一压力传感器14设置在所述支撑筒10的顶端筒口截面且与所述支撑板12下表面凸出的压接部120接触，所述支撑筒10的内部中央设置第二压力传感器15，所述支撑筒10的底端截面设置第三压力传感器16并竖直放置于路基基坑底部；所述撑筒10、第一压力传感器14、第二压力传感器15和第三压力传感器16包裹在所述支撑网13内并通过四根拉绳18与路基基坑的侧壁连接，所述第一压力传感器14、第二压力传感器15和第三压力传感器16之间通过弹簧17串联固定在支撑筒10上，正常状况下，支撑板12下表面凸出的压接部120与第一压力传感器14紧压接触，并使第二压力传感器15与第一压力传感器14和第三压力传感器16之间通过弹簧17挤压达到相互平衡状态，若支撑板12收到向下的压力时，压接部120推动第一压力传感器14在支撑筒10内产生向下滑动，并通过弹簧17挤压使另外两个压力传感器也受到弹簧17的挤压，三个压力传感器并感知所受到的压力，第一压力压力传感器14、第二压力传感器15和第三压力传感器16分别与所述中央数据处理单元2中的中央控制模块进行连接，将感知所受到的压力送入中央控制模块进行处理；在所述支撑板12的上表面设置有第一位移传感器20，所述第一位移传感器20的输出端与所述中央数据处理单元2的中央控制模块进行连接，支撑筒10的截面通过第三压力传感器16竖直支撑于路基基坑的底部之上，即支撑筒10的下端截面将第三压力传感器16挤压在路基基坑的底部之上，支撑板12下表面通过第一压力传感器14紧压在支撑筒10的上端截面上，第二压力传感器15设置于支撑筒10，且第二压力传感器15与第一压力传感器14和第三压力传感器16之间分别通过弹簧17进行连接，若支撑板12表面受到道路基面的挤压或发生塌陷时，支撑板12将挤压第一压力传感器14，三个压力传感器之间通过弹簧相互压缩(或拉伸)和挤压，三个压力传感器检测出的挤压或发生塌陷的压力数据超出预设的压力值，以及第一位移传感器20检测出的位移量超出预设的位移量时，则可判断出道路发生塌陷或道路基面的挤压，从多个角度分析出土壤可能的运动情况，当检测到土壤压力或位移变化大于一定的阈值时，监测装置触发报警器进行报警，并将发出报警信息。

在本实用新型中，如图2所示，在每根支撑杆11的顶端分别设置有滑轮19，每根拉绳18穿过支撑筒10的底端下方，其两端分别夸过滑轮19与路基基坑底部的两侧侧壁连接，每根拉绳18的两端与路基基坑的两侧底部侧壁连接，每根拉绳18从路基基坑的底部向上延伸并夸过滑轮19、穿过撑筒10的底端下方，从而将支撑筒10、支撑板12、支撑网13和三个压力传感器承载于拉绳18上，从而更快第感知道路基面及基坑周围挤压或塌陷状况，提高了监测的灵敏性和可靠性，所述拉绳18上设置有一个或间隔设置有多个第二位移传感器21，第二位移传感器21的输出端与所述中央控制模块，当道路基面及基坑周围挤压或塌陷状况时，拉绳18被立即拉伸，从而可快速地监测道路基面及基坑周围是否塌陷或受挤压，所述拉绳的直径为0.5mm～1.5mm，所述拉绳为钢丝绳或橡胶绳。所述支撑网13包括从上至下设置的上隔离网层130、防水绝缘层131和下隔离网层132，上隔离网层130和下隔离网层132为金属网状层，从而对压力传感器进行有效的屏蔽作用，防止外界信号对压力传感器产生噪声干扰，所述防水绝缘层131为绝缘硅胶层或橡胶薄膜，从而防止水分渗透至支撑筒10内。

在本实用新型中，结合图1和图2，当道路基面及基坑周围被挤压变形、弯曲或塌陷时，三个压力传感器用于测量基坑受到的压力，位于传感器用于监测道路基面及基坑周围被挤压或塌陷时的位移量，从而可以判断道路基面及道路基坑周围被挤压或塌陷变化情况，从而通过压力传感器和位移传感器感测压力变化、位移变化并将感测的信号传输至中央控制模块进行分析处理、判断道路基面及道路基坑是否受到挤压或塌陷，以及判断城市道路地陷成因，当覆盖层土体稀松或者脱落时，存在一个特性是土壤的压力或位移存在变化，只要能够检测出城市道路土壤的压力，就可以提前评估出地陷发生的概率，从而避免重大公共安全事故的发生，并对压力或位移数据进行报警和显示，从而实现了实时监测道路基面及道路基坑的安全信息，若测量数据出现异常并发送出报警信息，为道路基面及道路基坑的安全运行提供可靠的保障，以提醒远程监控人员和施工人员进行维护，从而确城市道路的安全运行和使用。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。