软土地基及水工构筑物自动监测系统的制作方法
【专利摘要】一种软土地基及水工构筑物自动监测系统，由远程测控终端、无线手持测控终端、无人飞行器测控终端、远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统组成的无线通信网络组成，此自动监测系统有五种不同的远程测控方法用以采集现场各自动电测子系统的测量结果。使此自动监测系统替代原有的人工观测方式，可大量降低人力成本消耗，保障观测人员人身安全，确保不受恶劣天气影响及时取得检测数据，保证工程质量。
【专利说明】软土地基及水工构筑物自动监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于土木工程质量监测系统，特别涉及一种软土地基及水工构筑物自动监测系统。
【背景技术】
[0002]我国经济和社会飞速发展，各地兴建了很多港口、高速公路以及物流堆场，这些工程建设的规模越来越大，质量要求也逐步提高。目前，真空预压法及真空-堆载联合预压法作为一种常见的软土地基处理方法，广泛应用于港口、高速公路以及物流堆场(特别是在沿江、沿海地区)等工程中。在真空预压施工过程中，需要在现场进行以下项目的监测:土体表层沉降、土体内部分层沉降、土体深层水平位移、孔隙水压力、地下水位，以了解深层土体的加固效果和加固影响深度、地基各层土体的侧向变形发展情况、软基土体强度增长状况等，从而确保工程质量。
[0003]目前工程监测技术中:土体表层沉降监测一般采用沉降板结合水准仪进行人工观测，土体内部分层沉降监测一般在各土层内埋设沉降磁环并手动使用磁感应测量设备结合水准仪进行人工观测，土体深层水平位移检测通常将测斜导管预埋在土体中，观测时把滑动式测斜仪放入测斜导管进行人工测读，孔隙水压力监测一般在各土层内埋设孔隙水压力传感器，现场人工测量时采用频率测定仪，地下水位监测一般人工将水位计放入预埋的水位管中进行测读。这些监测项目的测量方式有一个共同特点，即:需要现场人工进行测量。这种方式需全程人工操作、读数、记录测值。因此效率低、容易产生观测错误、测量精度低、数据需人工记录归档。且在冬季或大风等恶劣天气情况中，人工测量极其不便，以致影响测量进度，不能及时确保工程质量。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种软土地基及水工构筑物自动监测系统，用于长期自动监测软土地基及水工构筑物的土体表层沉降、土体内部分层沉降、土体深层水平位移、孔隙水压力、地下水位及其它土体及结构性质相关数据和影像，远程控制现场仪器进行实时监测或定时监测，远程采集监测数据并储存数据及生成数据报表，通过无人飞行器测控终端自巡航飞行采集监测数据并储存数据。
[0005]本实用新型的技术方案是:
[0006]一种软土地基及水工构筑物自动监测系统，由远程测控终端、无线手持测控终端、无人飞行器测控终端、远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、用于测量土体及结构性质的自动电测子系统组成，其特征在于:远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、用于测量土体及结构性质的自动电测子系统是本自动监测系统的组成部分；以上所述各自动电测子系统分布在大地或水下被测点；以上所述各自动电测子系统上具有无线传输装置；以上所述各自动电测子系统上的无线传输装置可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络。
[0007]所述土体表层沉降自动电测子系统，是由装在土体表层的基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪和设置在土体表层的两个已知坐标控制点a和已知坐标控制点b上的360度全向棱镜和设置在土体表层的多个待测点观测墩上的360度全向棱镜组成，基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪与两个已知坐标控制点上的360度全向棱镜和待测点观测墩上的360度全向棱镜形成光学观测系统；每个基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪通过信号线缆连接带有无线通讯装置的土体表层沉降自动电测盒；土体表层沉降自动电测盒可控制自动跟踪式全站仪测量各观测墩上360度全向棱镜的高程并采集所连接的全站仪发来的测量信号，将此采集的信号处理运算出所需测量结果，并将此测量结果经无线电发送至测控终端；
[0008]所述土体深层水平位移自动电测子系统由装在土体内部纵向测斜管内的多个固定测斜仪传感器和地表上的通过信号电缆与多个固定测斜仪传感器相连接并带有无线通讯装置的土体深层水平位移自动电测盒组成；土体深层水平位移自动电测盒可控制各固定测斜仪传感器进行测量并采集所连接的固定测斜仪传感器发来的测量信号，将此采集的信号处理运算出所需测量结果，并将此测量结果经无线电发送至测控终端；
[0009]所述孔隙水压力自动电测子系统由埋设在土体内部多个土层的多个孔隙水压力传感器和地表上的通过信号电缆与多个孔隙水压力传感器相连接并带有无线通讯装置的孔隙水压力自动电测盒组成；孔隙水压力自动电测盒可控制各孔隙水压力传感器进行测量并采集所连接的孔隙水压力传感器发来的测量信号，将此采集的信号处理运算出所需测量结果，并将此测量结果经无线电发送至测控终端；
[0010]所述地下水位自动电测子系统由装在被测土体表层下面的纵向液位管和装在被测土体表层的液位管上端的超声波液位仪组成，超声波液位仪由信号电缆连接带有无线通讯装置的地下水位自动电测盒。超声波液位仪可自动测量地下水位，地下水位自动电测盒可控制超声波液位仪进行测量并采集所连接的超声波液位仪发来的测量信号，将此采集的信号处理运算出所需测量结果，并将此测量结果经无线电发送至测控终端；
[0011 ] 以上所述各自动电测子系统以及其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统均含有:用于测量土体及结构性质的传感器、可控制此传感器进行测量及采集测量信号并处理生成测量结果的电测模块、含有固定ID地址可无线连接国际互联网的无线数据传输模块、含有固定ID地址可接收测控终端发来的控制指令并将电测模块所生成测量结果发送至远程测控终端的无线数据传输模块。
[0012]所述测控终端可实现五种远程测控方法。
[0013]远程测控方法一为:无线手持测控终端可通过无线电远距离向现场任一含有固定ID地址的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身ID地址信息和所测得的数据通过无线电回传给远程无线手持测控终端。
[0014]远程测控方法二为:无线手持测控终端及远程测控终端均可通过国际互联网(即internet)向现场任一含有固定ID地址并已无线连接国际互联网的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身ID地址信息和所测得的数据通过无线连接国际互联网(internet)回传给无线手持测控终端及远程测控终端。
[0015]远程测控方法三为:无线手持测控终端及远程测控终端均可通过国际互联网(即internet)与含有固定ID地址可无线连接国际互联网的无线网桥连接，该无线网桥安装位置远离软土地基及水工构筑物监测现场，此无线网桥通过无线电远距离与现场各个含有固定ID地址的自动电测子系统连接。无线手持测控终端及远程测控终端通过国际互联网(internet)及远程无线网桥对现场任一含有固定ID地址的自动电测子系统发出控制指令及接收并储存测得的数据。
[0016]远程测控方法四为:无人飞行器测控终端从远程平台起飞，在卫星定位系统的指引下按照预先设定好的巡航路线自动飞行至自动电测子系统所安放现场，并按预先设定好的流程通过无线电自动对现场各个自动电测子系统发送控制指令及接收并储存测得的数据，通过无人飞行器所载摄像头自动摄录现场指定区域影像，完成监测任务后自动沿预先设定好的巡航路线飞回远程平台。可将无人飞行器所采集的数据及影像共享到其他电脑设备上供分析储存。
[0017]远程测控方法五为:无人飞行器测控终端通过含有固定ID地址可无线连接国际互联网模块连接到互联网(internet)，无线手持测控终端或远程测控终端均可通过国际互联网(internet)向无人飞行器实时发送各种控制指令及实时接收并储存无人飞行器回传的数据和影像。无人飞行器测控终端从远程平台起飞，飞行期间可通过机载摄像头回传的影像确认飞行姿态及位置并可观察现场指定区域的影像。通过无线手持测控终端或远程测控终端来控制其飞行至自动电测子系统所安放现场，并控制无人飞行器通过无线电向现场任一含有固定ID地址的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身ID地址信息和所测得的数据通过无线电回传给无人飞行器，并由飞行器上的无线连接国际互联网模块将测量结果回传到远程测控终端或无线手持测控终端。
[0018]在软土地基及水工构筑物监测现场可安装若干上述用于测量土体及结构性质的自动电测子系统，可根据现场工况同时采用多套及多种上述测控终端设备依照上述远程测控方法采集现场安装的若干自动电测子系统的测量数据。
[0019]本实用新型特点优点:使此自动监测系统替代原有的人工观测方式，从目前工程经验，可大量降低人力成本消耗，保障观测人员人身安全，确保不受恶劣天气影响及时取得检测数据，保证工程质量。通过在现场安装若干个上述各种用于测量土体及结构性质的自动电测子系统以实现测量与其相连接的传感器并处理运算出测量结果，此测量结果可通过上述五种方式传输到上述各测控终端，测量结果由自动电测子系统透明传输到测控终端，此传输过程中无需中间层数据处理设备，在监测现场除上述各自动电测子系统外无需安装其他辅助控制设备，避免不必要的故障及维护成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1:所述自动监测系统远程测控方法一的网络拓扑结构。
[0021]图2:所述自动监测系统远程测控方法二的网络拓扑结构。
[0022]图3:所述自动监测系统远程测控方法三的网络拓扑结构。
[0023]图4:所述自动监测系统远程测控方法四的网络拓扑结构。
[0024]图5:所述自动监测系统远程测控方法五的网络拓扑结构。
[0025]图6:无人飞行器测控终端结构组成。
[0026]图7:土体表层沉降自动电测系统。
[0027]图8:土体内部分层沉降自动电测系统。
[0028]图9:土体深层水平位移自动电测系统。
[0029]图10:孔隙水压力自动电测系统。
[0030]图11:地下水位自动电测系统。
[0031]图12:用于测量土体及结构性质的自动电测子系统结构组成。
[0032]图中:1基准点观测粧、2自动跟踪式全站仪、3已知坐标控制点a、4已知坐标控制点b、5待测点观测墩、6360度全向棱镜、7 土体沉降量自动电测测量盒、8信号处理及无线传输装置、9沉降量电测装置、10薄胶带、IlPVC导杆上的凹槽、12岩土体相对稳定层、13沉降环、14传动钢丝绳、15PVC导杆连接环、16PVC导杆、17 土地表层、18传动钢丝绳连接器、19馈线、20无线收发天线、21 土体深层水平位移自动电测测量盒、22 土体表层、23测斜管、24固定测斜仪传感器、25被测土体、26岩土体相对稳定层、27孔隙水压力自动电测测量盒、28被测土体、29信号线缆、30孔隙水压力传感器、31信号线缆约束胶带、32 土体表面、33超声波液位仪、34被测土体表层、35可测最高液位、36液位可测范围、37地下水液位、38可测最低液位、39液位管、40透水孔、41地下水位自动电测测量盒
【具体实施方式】
[0033]如图所示一种软土地基及水工构筑物自动监测系统，由远程测控终端、无线手持测控终端、无人飞行器测控终端、远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统(此系统已经申请专利，专利申请号201210339784.1)、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统组成。
[0034]所述每个土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统分布在大地或水下被测点；所述每个土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统上具有无线传输装置；所述每个土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统上的无线传输装置与远程测控终端、无线手持测控终端、无人飞行器测控终端、远程无线网桥形成通信网络。
[0035]此自动监测系统有五种不同的远程测控方法用以采集现场各自动电测子系统的测量结果，此五种远程测控方法可单独使用亦可以重叠使用，此五种远程测控方法的网络拓扑结构如图1、图2、图3、图4、图5所示。
[0036]所述各类测控终端的远程控制软件通过上述各组网方式可向施工现场的每个“自动电测子系统”发送测控指令，并接收每个“自动电测子系统”采集到的监测数据及检测时间信息，将其汇总处理，纳入数据库，并对现场各测点的监测数据统计分析、生成所需报表，及时反映出现场深层土体的加固效果和加固影响深度、地基各层土体的侧向变形发展情况、软基土体强度增长状况等。
[0037]本软土地基及水工构筑物自动监测系统，其结构进一步说明:
[0038]一、远程测控终端
[0039]1、终端组成
[0040]“远程测控终端”为预装“远程控制软件”的电脑主机且连接Internet网。
[0041]2、终端远程测控功能
[0042]所述远程控制软件可通过Internet网向施工现场安放的各个“自动电测子系统”发送测控指令，其中包含“自动电测子系统” ID地址信息，用于远程操控各指定ID的“自动电测子系统”进行自动测量操作。远程控制软件可通过Internet网接收施工现场安放的各个“自动电测子系统”返回的测量数据，测量数据中含有所测各“自动电测子系统”的ID地址信息及测得的各项监测数据。“远程控制软件”将采集到的各“自动电测子系统”监测数据及检测时间信息汇总处理，纳入数据库，并对现场各测点的监测数据统计分析、生成报表，及时反映出现场深层土体的加固效果和加固影响深度、地基各层土体的侧向变形发展情况、软基土体强度增长状况等，从而确保工程质量。“远程测控终端”可安置在任何能够连接Internet网的位置。
[0043]3、终端电源
[0044]“远程测控终端”的电脑主机通过连接市电为其供电。
[0045]二、无线手持测控终端
[0046]1、终端组成
[0047]“无线手持测控终端”由“无线串口透明传输模块”、“无线连接Internet网卡”、“掌上电脑”、“微型可充电电池组”组成。“掌上电脑”连接“无线串口透明传输模块”，可以与其无线信号覆盖范围内的“自动电测子系统”收发数据。“掌上电脑”可通过“无线连接Internet网卡”连接Internet网，并与已连接Internet网的各“自动电测子系统”收发数据。
[0048]2、终端携带方式
[0049]“无线手持测控终端”为多部件组成的小型掌上一体机，可以由测量人员随身携带，方便在现场外部对现场内的各“自动电测子系统”进行无线监测。
[0050]3、终端远程控制功能
[0051]“无线手持测控终端”预装有“远程控制软件”，可经串口及“无线串口透明传输模块”的无线电天线向附近10公里内指定ID地址的“自动电测子系统”发送测控指令，使该“自动电测子系统”自动地对所在土层埋设的仪器实施测量。并将监测的数据经无线信号返回给“无线手持测控终端”。
[0052]“无线手持测控终端”预装的“远程控制软件”，亦可以通过Internet网向施工现场安放的各个“自动电测子系统”发送测控指令，其中包含“自动电测子系统” ID地址信息，用于远程操控各指定ID的“自动电测子系统”进行自动测量操作。远程控制软件可通过Internet网接收施工现场安放的各个“自动电测子系统”返回的测量数据，测量数据中含有所测各“自动电测子系统”的ID地址信息及测得的各项监测数据。
[0053]“无线手持测控终端”可控制现场任一“自动电测子系统”进行无线实时监测，并将现场采集的监测数据通过“无线连接Internet网卡”上传到Internet网上的“云端硬盘”备份，使数据通过“云端硬盘”共享给其他测控终端。以便其他测控终端将现场采集的最新监测数据下载、整合到相应数据报表中以完善数据库。
[0054]4、终端电源
[0055]“无线手持测控终端”各组件通过“微型可充电电池组”供电，“微型可充电电池组”需定期充电。
[0056]三、无人飞行器测控终端
[0057]1、终端组成
[0058]“无人飞行器测控终端”由“可控无人飞行器”、“全球卫星定位模块”、“自动巡航控制模块”、“遥控巡航控制模块”、“含有固定ID地址可无线连接Internet模块”、“无线电数据传输模块”、“小型云台式摄像头及云台转动控制模块”、“存储设备”、“终端电源”组成。
[0059]2、终端远程控制功能
[0060]“无人飞行器测控终端”预装有“远程控制软件”，“远程控制软件”已预设飞行巡航路径。无人飞行器测控终端从远程平台起飞，在“全球卫星定位系统”的指引下按照预先设定好的巡航路线自动飞行至自动电测子系统所安放现场，并按机载“远程控制软件”预先设定好的流程通过无线电自动对现场各个自动电测子系统发送控制指令及接收并储存测得的数据，通过无人飞行器所载摄像头自动摄录现场指定区域影像并储存，完成监测任务后自动沿预先设定好的巡航路线飞回远程平台。可将无人飞行器所采集的数据及影像共享到其他电脑设备上供分析储存。
[0061]3、终端电源
[0062]“无人飞行器测控终端”各组件通过“微型可充电电池组”供电，“微型可充电电池组”需定期充电。
[0063]四、远程无线网桥
[0064]1、远程无线网桥组成
[0065]“远程无线网桥”由“无线连接Internet模块”、“无线串口透明传输模块”、“电源模块”组成。
[0066]2、远程无线网桥安装方式
[0067]一个或多个“远程无线网桥”安放在现场以外的非施工区域。安放位置须选择地质干燥且日光不受遮挡处。安装区域的网桥可无线连接Internet网，同时可通过“无线串口透明传输模块”的无线电信号连接所辖现场的各个“自动电测子系统”。
[0068]3、远程无线网桥工作方式
[0069]“远程无线网桥”中的“无线连接Internet模块”都含有固定唯一的ID编号，“远程无线网桥”可以无线连接internet网并与“测控终端”之间收发测控指令和数据。“无线连接Internet模块”上的串口(串行总线接口)与“无线串口透明传输模块”的串口连接。“无线连接Internet模块”可经Internet网获取“测控终端”发来的测控指令，并将该测控指令经串口传递给“无线串口透明传输模块”，“无线串口透明传输模块”以广播方式向其无线信号覆盖范围内的各“自动电测子系统”发送此测控指令。“无线串口透明传输模块”可收到无线信号覆盖范围内的各“自动电测子系统”返回的测量数据，并将各“自动电测子系统”返回的测量数据经串口传递给“无线连接Internet模块”，“无线连接Internet模块”再将返回的测量数据经internet网回报给“测控终端”。从而实现“远程无线网桥”的转网传递信息功能。根据施工现场情况，可在施工现场以外安置任意数量的“远程无线网桥”。
[0070]4、主机电源
[0071]“远程无线网桥”上配有太阳能电池板可为其内部的电池充电，此电池作为“电源模块”为“远程无线网桥”供电，使得“远程无线网桥”可全天候工作。
[0072]五、土体表层沉降自动电测子系统
[0073]1、子系统结构
[0074]“土体表层沉降自动电测系统”采用“自动跟踪式全站仪自动测量系统”进行自动寻点测量。“自动跟踪式全站仪自动测量系统”由“自动跟踪式全站仪”、“测量盒”、“360度全向棱镜”、“基准点观测粧”、“待测点观测墩”组成。
[0075]2、子系统安装方式
[0076]如图7所示，应选择通视条件良好，并能尽可能多地观测待测点的控制点作为全站仪的架设基点。同时要选择两个以上的已知控制点作为定向和检核之用，来完成全站仪的架设和平面坐标系统的建立。在施工现场适当位置埋设基准点观测粧作为全站仪的架设基点，使得观测粧下端嵌入地下岩土体相对稳定层。在基准点观测粧上安放“自动跟踪式全站仪”，并测定全站仪所在位置的工程坐标值，以此坐标作为测量基准。“测量盒”内的“无线串口透明传输模块”的串口经线缆连接到全站仪串口，使得二者之间数据双向传输。“测量盒”内的“无线连接Internet模块”的串口经线缆连接到全站仪串口，使得二者之间数据双向传输。全站仪附近I公里内各待测土体表层放置多个“待测点观测墩”，观测墩须稳固嵌入土体表层以保证随土体表层同步沉降。在各观测墩上均安放“360度全向棱镜”。
[0077]3、子系统自动监测工作流程
[0078]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以就可以根据预先设定的测量次数、测量周期、测量间隔等参数控制“自动跟踪式全站仪”自动地对每一个待测点上“360度全向棱镜”的标高实施测量。“测量盒”可将所测得的数据及所在“自动电测子系统” ID地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接Internet模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到当前各“360度全向棱镜”所在土体表层的标高值，以便观测该测点土体表层沉降值。
[0079]4、子系统电源
[0080]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“土体表层沉降自动电测子系统”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0081 ] 六、土体内部分层沉降自动电测子系统
[0082]1、子系统结构
[0083]如图8所示，“土体内部分层沉降自动电测子系统”采用“自动电测式分层沉降仪”对各待测土体内部分层沉降量进行监测。“自动电测式分层沉降仪”由“测量盒”、“导杆”、“沉降环”、“传动钢丝绳”组成。“测量盒”由“沉降量电测装置”、“数据处理装置”、“无线串口透明传输模块”、“无线连接Internet模块”组成。
[0084]2、子系统安装方式
[0085]如图8所示，将“自动电测式分层沉降仪”导杆下端嵌入不发生沉降的岩层。测得导杆上端的标高，作为沉降测量基准。导杆上套有多个沉降环，各沉降环分别嵌入各待测土层，各沉降环通过对应导杆凹槽内传动钢丝绳连接至导杆顶部“测量盒”内的“沉降量电测装置”。“沉降量电测装置”可测得的各“沉降环”标高，并将所测数据值输出至“数据处理装置”，通过“数据处理装置”计算出各“沉降环”在指定时间内的沉降量，并将所测的各沉降量值传递给“无线串口透明传输模块”或传递给“无线连接Internet模块”。
[0086]3、子系统自动监测工作流程
[0087]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以自动地对该测点地下各“沉降环”所在土层实施测量。“测量盒”可将所测得的数据及所在“自动电测子系统” ID地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接Internet模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到当前各沉降环所在土层的沉降量值。
[0088]4、子系统电源
[0089]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“土体内部分层沉降自动电测子系统”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0090]七、土体深层水平位移自动电测子系统
[0091]1、子系统结构
[0092]“土体深层水平位移自动电测子系统”由“固定测斜仪传感器”、“测斜管”、“测量盒”组成。
[0093]2、子系统安装方式
[0094]如图9所示，在待测土层钻孔至地下岩土体相对稳定层，并预埋测斜管，使测斜管下端嵌入不发生沉降的岩层。如图9所示，将多个“固定测斜仪传感器”通过“连接杆”安装在测斜管里。测斜管内部的导槽控制着传感器的方向。测斜管内导槽需对准在预期的位移方向。传感器固定在测斜管内，并跨越位移活动地区。当地层发生位移时，测斜管产生位移，从而引起安装在管内的传感器发生倾斜。测量每个传感器的倾斜度可以得到测斜管的位移剖面，各传感器串通过信号线缆将所测的位移测值返回给“测量盒”。再由“测量盒”内软件进行数据处理得出各被测土层位移值和整串传感器的累计位移值。
[0095]3、子系统自动监测工作流程
[0096]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以自动地对该测点地下各“固定测斜仪传感器”实施测量。“测量盒”可将所测得的数据及所在“自动电测子系统” ID地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接Internet模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到当前各“固定测斜仪传感器”所在土层的水平位移量。
[0097]4、子系统电源
[0098]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“土体深层水平位移自动电测子系统”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0099]八、孔隙水压力自动电测子系统
[0100]1、子系统结构
[0101]“孔隙水压力自动电测子系统”由“孔隙水压力传感器”、“测量盒”组成。
[0102]2、子系统安装方式
[0103]如图10所示，在待测土层钻孔并在各待测土层预埋“孔隙水压力传感器”。各“孔隙水压力传感器”信号线缆与“测量盒”连接，使“测量盒”可对其检测。
[0104]3、子系统自动监测工作流程
[0105]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以自动地对该测点地下各“孔隙水压力传感器”实施测量。“测量盒”可将所测得的数据及所在“自动电测子系统”10地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接I社611！的模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到当前各“孔隙水压力传感器”所在土层的孔隙水压力值。
[0106]4、子系统电源
[0107]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“孔隙水压力自动电测子系统”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0108]九、地下水位自动电测子系统
[0109]1、子系统结构
[0110]“地下水位自动电测系统”由“超声波液位仪”、“测量盒”、“液位管”组成。
[0111]2、子系统安装方式
[0112]如图11所示，“液位管”外侧有透水孔及透水滤纸以防止沙土堵塞透水孔。在待测土层钻孔至地下岩土体相对稳定层，并埋设液位管，使液位管下端嵌入地下岩土体相对稳定层。测得液位管上端管口的标高，作为液位测量基准。如图11所示，将“超声波液位仪”安装在液位管上口，“超声波液位仪”可准确测量管口距地下水液面的距离，从而得出地下水位标高。“超声波液位仪”通过线缆与“测量盒”进行数据及指令传输。
[0113]4、子系统自动监测工作流程
[0114]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以控制“超声波液位仪”自动地对地下水位实施测量。“测量盒”可将“超声波液位仪”所测得的数据及所在“自动电测子系统” 10地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接I社611！的模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到当前“超声波液位仪”所测点水位标高值，以便现场观测实时地下水位。
[0115]5、子系统电源
[0116]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“地下水位自动电测子系统”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0117]十、其它用于测量土体及结构性质的自动电测子系统
[0118]1、子系统结构
[0119]用于“测量土体及结构性质的自动电测子系统”由“测量土体及结构性质的传感器”、“测量盒”组成。
[0120]2、子系统安装方式
[0121]如图12所示，在待测区域安装“测量土体及结构性质的传感器”。各“测量土体及结构性质的传感器”信号线缆与“测量盒”连接，使“测量盒”可对其检测。
[0122]3、子系统自动监测工作流程
[0123]“测量盒”在收到“测控终端”发来的测控指令后就可以自动地对所连接各“测量土体及结构性质的传感器”实施测量。“测量盒”可将所测得的数据及所在“自动电测子系统” 10地址信息经“无线串口透明传输模块”或“无线连接I社611！的模块”无线传输给“测控终端”，从而使“测控终端”可以直接实时准确的读取到此被测“自动电测子系统”中各“测量土体及结构性质的传感器”的测量结果数据。
[0124]4、子系统电源
[0125]“测量盒”上配有太阳能电池板可为“测量盒”内的电池充电，“测量盒”内的电池经线缆为“测量土体及结构性质的传感器”供电，使得该子系统可全天候工作。
[0126]本实用新型成果包括以下五种远程测控方法:
[0127]远程测控方法一为:无线手持测控终端可通过无线电远距离向现场任一含有固定10地址的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身10地址信息和所测得的数据通过无线电回传给远程无线手持测控终端。
[0128]远程测控方法二为:无线手持测控终端及远程测控终端均可通过国际互联网(即
向现场任一含有固定10地址并已无线连接国际互联网的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身10地址信息和所测得的数据通过无线连接国际互联网(化仏四的)回传给无线手持测控终端及远程测控终端。
[0129]远程测控方法三为:无线手持测控终端及远程测控终端均可通过国际互联网(即1111:61-1161:)与含有固定10地址可无线连接国际互联网的无线网桥连接，该无线网桥安装位置远离软土地基及水工构筑物监测现场，此无线网桥通过无线电远距离与现场各个含有固定10地址的自动电测子系统连接。无线手持测控终端及远程测控终端通过国际互联网(1社611160及远程无线网桥对现场任一含有固定10地址的自动电测子系统发出控制指令及接收并储存测得的数据。
[0130]远程测控方法四为:无人飞行器测控终端从远程平台起飞，在卫星定位系统的指引下按照预先设定好的巡航路线自动飞行至自动电测子系统所安放现场，并按预先设定好的流程通过无线电自动对现场各个自动电测子系统发送控制指令及接收并储存测得的数据，通过无人飞行器所载摄像头自动摄录现场指定区域影像，完成监测任务后自动沿预先设定好的巡航路线飞回远程平台。可将无人飞行器所采集的数据及影像共享到其他电脑设备上供分析储存。
[0131]远程测控方法五为:无人飞行器测控终端通过含有固定10地址可无线连接国际互联网模块连接到互联网(丨社虹!!#)，无线手持测控终端或远程测控终端均可通过国际互联网(化仏四的)向无人飞行器实时发送各种控制指令及实时接收并储存无人飞行器回传的数据和影像。无人飞行器测控终端从远程平台起飞，飞行期间可通过机载摄像头回传的影像确认飞行姿态及位置并可观察现场指定区域的影像。通过无线手持测控终端或远程测控终端来控制其飞行至自动电测子系统所安放现场，并控制无人飞行器通过无线电向现场任一含有固定10地址的自动电测子系统发出控制指令，该自动电测子系统将自身10地址信息和所测得的数据通过无线电回传给无人飞行器，并由飞行器上的无线连接国际互联网模块将测量结果回传到远程测控终端或无线手持测控终端。
[0132]在软土地基及水工构筑物监测现场可安装若干上述用于测量土体及结构性质的自动电测子系统，可根据现场工况同时采用多套及多种上述测控终端设备依照上述远程测控方法采集现场安装的若干自动电测子系统的测量数据。该系统现场无网络中间层数据处理设备，当系统中某个自动电测子系统发生故障或损坏，不会影响该系统中其他设备的正常工作，确保了该系统的稳定性。
[0133]通过使用该系统终端软件对监测数据及检测时间信息汇总处理，纳入数据库，并对现场各测点的监测数据统计分析、生成报表，及时反映出现场深层土体的加固效果和加固影响深度、地基各层土体的侧向变形发展情况、软基土体强度增长状况等，从而确保工程质量。
【权利要求】
1.一种软土地基及水工构筑物自动监测系统，由远程测控终端、无线手持测控终端、无人飞行器测控终端、远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、用于测量土体及结构性质的自动电测子系统组成，其特征在于:远程无线网桥、土体表层沉降自动电测子系统、土体内部分层沉降自动电测子系统、土体深层水平位移自动电测子系统、孔隙水压力自动电测子系统、地下水位自动电测子系统、用于测量土体及结构性质的自动电测子系统是本自动监测系统的组成部分；以上所述各自动电测子系统分布在大地或水下被测点；以上所述各自动电测子系统上具有无线传输装置；以上所述各自动电测子系统上的无线传输装置可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络。
2.根据权利要求1所述的软土地基及水工构筑物自动监测系统，其特征在于:所述土体表层沉降自动电测子系统，是由装在土体表层的基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪和设置在土体表层的两个已知坐标控制点a和已知坐标控制点b上的360度全向棱镜和设置在土体表层的多个待测点观测墩上的360度全向棱镜组成，基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪与两个已知坐标控制点上的360度全向棱镜和待测点观测墩上的360度全向棱镜形成光学观测系统；每个基准点观测粧上的自动跟踪式全站仪通过信号线缆连接带有无线通讯装置的土体表层沉降自动电测盒；土体表层沉降自动电测盒可控制自动跟踪式全站仪测量各观测墩上360度全向棱镜的高程并采集所连接的全站仪发来的测量信号，土体表层沉降自动电测子系统可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络； 所述土体深层水平位移自动电测子系统由装在土体内部纵向测斜管内的多个固定测斜仪传感器和地表上的通过信号电缆与多个固定测斜仪传感器相连接并带有无线通讯装置的土体深层水平位移自动电测盒组成；土体深层水平位移自动电测盒可控制各固定测斜仪传感器进行测量并采集所连接的固定测斜仪传感器发来的测量信号，土体深层水平位移自动电测子系统可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络； 所述孔隙水压力自动电测子系统由埋设在土体内部多个土层的多个孔隙水压力传感器和地表上的通过信号电缆与多个孔隙水压力传感器相连接并带有无线通讯装置的孔隙水压力自动电测盒组成；孔隙水压力自动电测盒可控制各孔隙水压力传感器进行测量并采集所连接的孔隙水压力传感器发来的测量信号，孔隙水压力自动电测子系统可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络； 所述地下水位自动电测子系统由装在被测土体表层下面的纵向液位管和装在被测土体表层的液位管上端的超声波液位仪组成，超声波液位仪由信号电缆连接带有无线通讯装置的地下水位自动电测盒。超声波液位仪可自动测量地下水位，地下水位自动电测盒可控制超声波液位仪进行测量并采集所连接的超声波液位仪发来的测量信号，地下水位自动电测子系统可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络； 以上所述各自动电测子系统以及用于测量土体及结构性质的自动电测子系统均含有:用于测量土体及结构性质的传感器、可控制此传感器进行测量及采集测量信号并处理生成测量结果的电测模块、含有固定ID地址可无线连接国际互联网的无线数据传输模块、含有固定ID地址可与测控设备及远程无线网桥组成通信网络的无线数据传输模块。
【文档编号】E02D1/00GK204252102SQ201420215052
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】杨京方, 黄泰, 喻志发, 李树奇, 刘爱民 申请人:中交天津港湾工程研究院有限公司, 中交第一航务工程局有限公司, 天津港湾工程质量检测中心有限公司