基于ZigBee和BIM的分布式光纤传感器盾构隧道无线监测系统的制作方法

文档序号:14917980发布日期:2018-07-11 02:04

本实用新型是一种基于ZigBee和BIM的分布式光纤传感器盾构隧道无线监测系统。



背景技术:

目前常规的盾构隧道监测的方法还是采用人工的点式的测量,通过在盾构隧道内埋设监测点及传感器,比如反光棱镜、钢筋计、混凝土应变计、土压力盒等,这些传感器不仅耐久性差,而且易受强电磁场的干扰,随着隧道长度增加,点式监测的局限性越来越凸显,人工成本越来越高,而且监测的精度和误差也受到作业人员素质影响,同时还不能实现实时监测。

光纤传感器具有稳定性高、耐久性好,并且可以采用分布式连接,因此得到越来越多的应用,但光纤传感器的数据传输大多采用的还是传统的有线方式,而在实际隧道施工中数据线容易被破坏。由于ZigBee无线组网技术技术具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术特点,因此,在洞内采用基于ZigBee技术的无线传输可以实现自动化监测及采集,同时还可以节省导线成本和避免导线被破坏的缺陷。而随着BIM 技术的飞速发展,目前正在被推广和应用在重大工程项目建设中,基于BIM信息模型的云平台,将施工和运营管理在同一个数据建立信息模型,实现了各个单位管理平台的一体化、模型化,在施工组织、造价计算及碰撞检查方面就有明显的优势,结合数据处理系统可以实现自动化分析。

可见,随着监测技术的不断发展,高精度、高度自动化将是盾构隧道施工监测的发展方向,因此,需要我们对监测传感器、数据自动采集及洞内无线传输、洞外终端系统等进行探索与研究,以实现基于BIM云平台的盾构隧道监测。



技术实现要素:

为了克服现有人工成本高,而且监测的精度和误差也受到作业人员素质影响,同时还不能实现实时监测的问题,本实用新型提供一种基于ZigBee和BIM的分布式光纤传感器盾构隧道无线监测系统,本实用新型利用分布式光纤传感器监测隧道净空收敛、接缝宽度、钢筋应力以及混凝土应变、围岩压力等参数,采用ZigBee无线组网技术将光纤解调仪处理的信号数据在洞内无线传输,通过Internet网络将数据信息传输到网络云盘数据库,通过BIM云平台自动读取数据信息,从而实现对隧道工程中净空收敛、接缝宽度、围岩压力等参数自动化监测,并通过自动化数据处理系统实现数据分析及预警。

本实用新型采用的技术方案为:基于ZigBee和分布式光纤传感器的盾构隧道无线监测系统,包括隧道内设置的分布式光纤传感器采集系统、ZigBee无线网络系统、互联网络协调器和BIM云平台系统,所述的分布式光纤传感器采集系统通过Zigbee无线传感网络系统与互联网络协调器连接,互联网络协调器与BIM云平台系统无线网络连接。

所述的分布式光纤传感器采集系统包括分布式光纤传感器和光纤解调仪,所述的分布式光纤传感器为多个,串联后与光纤解调仪通过传输光缆连接;隧道纵向每隔50~200m设置一个监测断面,分布式光纤传感器设置在监测断面上。

所述的ZigBee无线网络系统包括ZigBee终端设备、ZigBee中继器和ZigBee网络协调器,所述的ZigBee终端设备、ZigBee中继器和ZigBee网络协调器互相之间信号连接;所述的ZigBee终端设备与光纤解调仪信号连接;ZigBee网络协调器与互联网络协调器信号连接。

所述的BIM云平台系统包括网络云盘和BIM平台,所述的网络云盘和BIM平台通过无线网络连接;网络云盘与互联网络协调器通过无线网络连接。

所述互联网络协调器设置在隧道洞口处。

本实用新型的有益效果为:本实用新型主要是基于分布式光纤传感器数据采集系统自动获取监测数据,通过ZigBee无线组网技术实现盾构法隧道的监测数据无线传输,通过互联无将数据上传BIM云平台,可以实现盾构隧道施工期监测数据的自动存储及处理、自动报警及发送监测报告,并实现盾构隧道自动监测。

以下将结合附图进行进一步的说明。

附图说明

图1是本系统连接图;

图2是本实用新型基于分布式传感器采集系统结构示意图;

图3是本实用新型基于ZigBee自组网技术的无线传输网络示意图;

图4是本实用新型基于BIM云平台系统示意图;

图中,附图标记为:1、分布式光纤传感器;2、ZigBee终端设备;3、光纤解调仪;4、ZigBee中继器;5、ZigBee网络协调器;6、互联网络协调器;7、网络云盘;8、BIM平台。

具体实施方式

实施例1:

为了克服现有人工成本高,而且监测的精度和误差也受到作业人员素质影响,同时还不能实现实时监测的问题,本实用新型提供一种如图1所示的基于ZigBee和BIM的分布式光纤传感器盾构隧道无线监测系统,本实用新型利用分布式光纤传感器监测隧道净空收敛、接缝宽度、钢筋应力以及混凝土应变、围岩压力等参数,采用ZigBee无线组网技术将光纤解调仪处理的信号数据在洞内无线传输,通过Internet网络将数据信息传输到网络云盘数据库,通过BIM云平台自动读取数据信息,从而实现对隧道工程中净空收敛、接缝宽度、围岩压力等参数自动化监测,并通过自动化数据处理系统实现数据分析及预警。

基于ZigBee和分布式光纤传感器的盾构隧道无线监测系统,包括隧道内设置的分布式光纤传感器采集系统、ZigBee无线网络系统、互联网络协调器6和BIM云平台系统,所述的分布式光纤传感器采集系统通过Zigbee无线传感网络系统与互联网络协调器6连接,互联网络协调器6与BIM云平台系统无线网络连接。

如图1所示,本实用新型通过分布式光纤传感器采集系统自动采集盾构隧道结构信息,采用洞内Zigbee无线网络技术将监测数据远程上传给互联网云盘,BIM云平台系统通过远程访问云盘数据库,实现了对隧道监测数据的查询、存储及处理,及时反馈盾构隧道结构安全信息,而项目管理者也可以通过远程访问BIM云平台系统,实现对隧道施工状态的动态掌握。

实施例2:

基于上述实施例的基础上,本实施例中,所述的分布式光纤传感器采集系统包括分布式光纤传感器1和光纤解调仪3,所述的分布式光纤传感器1为多个,串联后与光纤解调仪3通过传输光缆连接;隧道纵向每隔50~200m设置一个监测断面,分布式光纤传感器1设置在监测断面上。

所述的ZigBee无线网络系统包括ZigBee终端设备2、ZigBee中继器4和ZigBee网络协调器5,所述的ZigBee终端设备2、ZigBee中继器4和ZigBee网络协调器5互相之间信号连接;所述的ZigBee终端设备2与光纤解调仪3信号连接;ZigBee网络协调器5与互联网络协调器6信号连接。

所述的BIM云平台系统包括网络云盘7和BIM平台8,所述的网络云盘7和BIM平台8通过无线网络连接;网络云盘7与互联网络协调器6通过无线网络连接。

所述互联网络协调器6设置在隧道洞口处。

如图2所示,分布式光纤传感器采集系统主要由各类分布式光纤传感器1和光纤解调仪3组成,各类分布式光纤传感器1布设在盾构隧道监测断面上,各类分布式传感器1采集盾构隧道结构变形和应力变化信号,并将采集的信号转换为电(光)信息通过传输光缆传送给对应的光纤解调仪3,光纤解调仪3进一步对相应的传感器1采集的各类监测信号进行处理,并通过相连接的ZigBee终端设备2连接进入ZigBee无线网络系统。

如图3所示,无线传输网络系统,主要包括ZigBee终端设备2,ZigBee中继器4和ZigBee网络协调器5,通过将ZigBee终端设备2和光纤解调仪3相连接,可以自动获取光纤解调器3处理的数据信息,并通过ZigBee自组网技术实现隧道内无线数据传输,并连接到互联网络协调器6实现数据远程传输。

如图4所示,BIM云平台系统,主要包括网络云盘7和BIM平台8,ZigBee无线网络系统传出的监测数据信息通过连接互联网络协调器6自动上传至互联网,并将数据信息通过互联网上传至网络云盘7,实现监测数据的存储;BIM云平台8通过互联网自动访问网络云盘7完成监测数据的归档、查询、存储和管理,并分析数据规律,自动报警,自动给项目管理者发送监测报告邮件;同时管理者可以通过BIM云平台,实现远程访问盾构隧道BIM模型及监测数据库,进一步了解现场施工情况,指导施工。

本实用新型的工作原理是:基于ZigBee无线组网络和分布式光纤传感器的盾构隧道监测系统,通过监测断面设置的分布式光纤传感器采集系统采集盾构隧道变形和受力监测数据,通过ZigBee无线网络和Internet互联网将监测数据传给远程BIM云平台系统实时处理,并对监测数据自动处理、发送预警和反馈施工状态信息,而项目管理者也可以通过BIM云平台8远程掌握隧道施工动态,实现了盾构隧道自动化监测。

以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明,并不构成对本实用新型的保护范围的限制,凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。本实用新型中未详细说明的系统或网络均为现有技术,本实用新型中将不再进行一一说明。

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