专利名称：高等级公路软基光纤监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高等级公路软基施工监测信息的处理和传送方法，具体的说 是一种利用光纤传感器监测公路软基的方法和系统。
背景技术：
软土地基的形变和稳定是软基筑路工程的两个关键性的问题，也是软基处理的主 题。它们与土的应力、应变以及施工时加荷速率有着密切的关系。为了确保路基在施工过 程中的安全稳定及准确预测工后沉降，应在工程全线选定具有代表性的特殊断面和一般断 面进行软基监测，定量测定地基的应力和应变系数，以便动态地控制加载速率，监控并指导 全线路提填筑的施工，并为控制各类土层的固结状况和有效固结深度积累资料。因此对软 基进行监测是一项必不可少的关键性工作。我国高速公路软基监测当前主要采用埋入式沉降标、测斜仪、孔隙水压计等手段， 这些方法自动化程度及仪器可靠性低、数据不及时、测量精度低，影响软基监测的效果和工 后沉降的预测，不利于信息化施工。因此本实用新型采用智能光纤光栅传感技术，对智能光纤在线监测高等级公路深 厚软基的机理进行分析和试验研究，建立光纤传感技术和网络技术为一体的新型软基在线 监测系统，以实现连续、实时对整个软基处理过程中孔压消散、沉降变形、水位、温度变化情 况及土体排水固结等发展变化过程进行远程动态监测，从而实现软基施工及工后监测过程 的智能化和信息化。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种高等级公路软基光纤监测系统，该监测系统实时 读取施工现场检测数据，经过计算得到包括路基沉降、水压力以及温度等各种监控参数，将 检测数据及监控参数以用户图形界面的方式显示给各监理单位、监控单位和业主，各参建 单位可在任何时候对现场施工情况进行监视，对历史情况进行查询，及时掌握最新的软基 监控信息；利用检测数据进行处理，形成项目所需的各种报表、图形；同时，通过对监控参 数的分析和查询，及时了解施工进展情况，保证工程整体质量。本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的一种高等级公路软基光纤监测系统，所述监测系统包括，埋设在软基中的光纤光 栅传感器，将采集的数据通过光纤传输给软基光纤光栅解调仪；该光纤光栅解调仪将信号 通过网络传输给所述光纤监测系统；光纤监测系统对数据进行处理；将处理过的数据通 过显示器显示给用户。所述传感器为沉降光纤光栅传感器。所述埋设在软基中的传感器采集数据的频率为250个/秒。所述高等级公路软其光纤监测系统，包括软基光纤实时参数监测、沉降计算和报 警以及参数配置，供用户对公路软基状况进行在线监测。实时参数监测读取光纤检测数据存放的文件；沉降计算和报警是利用实时数据和历史数据计算得到包括路基沉降、水压力 以及温度等监控参数，将计算结果返回给用户图形界面显示，并对路基沉降结果进行分类， 实现沉降报警；参数配置可以更改和保存各监控参数计算表达式中的各项参数，便于根据 不同施工情况对各监控参数的计算进行校正。本实用新型中，光纤检测到的实时数据存放于指定存储文件中，供用户进行读取 和查询。对数据进行加工处理后返回到用户图形界面的操作结果可以是各种数值、图形和 曲线。本实用新型由Visual C++6.0开发。本实用新型中，所述用户包括施工单位、监理单位和监控单位。用户通过图形界面选择需要读取数据的文件，系统读取数据，通过计算后将包括 路基沉降、水压力以及温度等各种监控参数以数值、图形及曲线显示给用户，并对路基总沉 降量进行查询和报警。用户还可以通过图形界面读取文件、历史沉降曲线、沉降报警、修改 参数和用户名和密码。本实用新型可以方便地对软基监控数据进行查询和运算，形成用户所需的各种图 形、曲线，实时反映软基处理的全部或局部状况。本实用新型的优点是1.实时性好，实时读取数据并显示，加快监测数据的传递、 实时反映软基处理的情况，便于了解现场施工情况；2.自动化程度高，自动读取和准确显 示现场采集数据，自动对各种监测参数进行量化计算，并结合历史沉降和当前沉降情况进 行报警，有利于全面反映软基情况。当前对路基沉降、水压力以及温度等各种监控参数的计算是通过人工利用检测数 据进行计算后，再以书面报告提交，不仅耗费时间，而且当沉降出现异常时往往不能及时上 报，不利于监控部门及时掌握软基进展情况。高等级公路软基光纤监测系统的实时显示、自 动计算和报警功能改变了人工计算再上报的模式，不仅大大减少了人工计算所耗费的大量 精力和时间，还可对当前路基沉降情况进行实时报警，实现了软基监控数据的有效监测和 管理。本实用新型的有益效果是解决了软基监控中对路基沉降等状况上报滞后、监控 不力等问题，有利于及时掌握监控信息，有效指导施工，通过图形显示等功能直观反映现 场信息，并已实现沉降报警功能，对推动高等级公路软基监控的信息化、智能化和自动化具
有重要意义。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是本实用新型提供的监测系统示意具体实施方式
实施例如图1-2所示一种高等级公路软基光纤监测系统，所述监测系统包括，埋 设在软基中的光纤光栅传感器，将采集的数据通过光纤传输给软基光纤光栅解调仪；该光 纤光栅解调仪将信号通过网络传输给所述光纤监测系统；光纤监测系统对数据进行处理； 将处理过的数据通过显示器显示给用户。所述传感器为沉降光纤光栅传感器。[0022]所述埋设在软基中的传感器采集数据的频率为250个/秒。所述高等级公路软其光纤监测系统，包括软基光纤实时参数监测、沉降计算和报 警以及参数配置，供用户对公路软基状况进行在线监测。实时参数监测读取光纤检测数据 存放的文件；沉降计算和报警是利用实时数据和历史数据计算得到包括路基沉降、水压力 以及温度等监控参数，将计算结果返回给用户图形界面显示，并对路基沉降结果进行分类， 实现沉降报警；参数配置可以更改和保存各监控参数计算表达式中的各项参数，便于根据 不同施工情况对各监控参数的计算进行校正。本实用新型中，光纤检测到的实时数据存放于指定存储文件中，供用户进行读取 和查询。对数据进行加工处理后返回到用户图形界面的操作结果可以是各种数值、图形和 曲线。本实用新型由Visual C++6.0开发。本实用新型中，所述用户包括施工单位、监理单位和监控单位。用户通过图形界面选择需要读取数据的文件，系统读取数据，通过计算后将包括 路基沉降、水压力以及温度等各种监控参数以数值、图形及曲线显示给用户，并对路基总沉 降量进行查询和报警。用户还可以通过图形界面读取文件、历史沉降曲线、沉降报警、修改 参数和用户名和密码。本实用新型可以方便地对软基监控数据进行查询和运算，形成用户所需的各种图 形、曲线，实时反映软基处理的全部或局部状况。参照图1，是本实用新型提供的高等级公路软基光纤监测系统的结构示意图。在监测断面埋设沉降光纤光栅传感器，根据具体需要测量沉降的地理特性以及光 纤光栅传感器的测量范围，可以在监测断面埋设多个传感器。孔隙压力传感器可根据监测 目的在软基不同深度进行埋设。为了提高测量精度，通常还使用温度传感器对温度进行测 量，用测量得到的温度值对其他光纤传感器采集的数据进行温度补偿修正。在需要测量温 度场时，可以单独埋设温度传感器。但是，目前经常使用的沉降传感器和孔隙压力传感器都 自带温度传感器，因此就不一定要单独埋设。在本实施例中，每个沉降传感器与一个温度传 感器组成一组传感器，使用该温度传感器读取的数据对该组的沉降传感器读取的数据进行 补偿；相似的，对于每个孔隙压力传感器，也与一个温度传感器组合成一组传感器，使用该 温度传感器读取的数据对该组的孔隙压力传感器读取的数据进行补偿。每一组传感器分别 具有固有的标定系数，在不同工况下可以选择适合的标定系数的传感器进行测量。所述的沉降传感器、温度传感器和孔隙水压力传感器分别采样并将采集的光波长 信号通过光纤传给光纤光栅解调仪，再通过网络传输至监测系统的数据库。这里使用的网 络可以是公知的网络连接形式，例如支持TCP/IP网络协议的公用网，也可以是其他形式的 网络连接，例如无线网络连接。通过光纤监测系统对数据进行处理后，将处理过的数据通过 显示器显示给用户。 如图2所示，为本实用新型提供的监测系统示意图。 为了能够得到软基的实时状况，需要通过传感器对测量断面进行频繁的采样。本 实施例中，将每个传感器进行采样和传输数据的频率设置为250个/秒，根据具体需要和采 用的传感器以及传输网络等资源，可以选用适当频率的传感器进行采样。实时数据传输至 数据库中，以文本形式进行存放。每个传感器每秒钟取得的数据按照时间顺序分别依次写 入同一数据库文件中，这个数据库以文本格式进行存储，每组数据包括一个时间信号点对应的所有传感器的信号数据，可以将数据格式设定为按照传感器的一定顺序相对应地排列 传回系统的信号。例如在某一个沉降传感器相对应的文本文件中记录有1000组数据，依次 表示前4秒钟的1000个时间点上，所有传感器传回的信号数据。实时数据库的大小与保存 时间有关，保存时间越长数据库越大。实时数据库一边写入一边通过监测系统显示出来，监 测系统读取这个数据的频率跟传感器读取的频率保持一致，实现实时传输。光纤监测系统 按照上述对数据格式的设定，分别在显示界面上将每个传感器传回的信号再相应的显示为 每个传感器的数据。为了得到软基沉降的数值，首先在测量初始时，需要读取各个传感器的初始状态 值作为参照数值。此后，实时读取光纤光栅传感器的波长数据，与上述初始状态值进行对 比，就可以得到传感器采集的数据的变化情况。这里所述的传感器包括上述沉降传感器、孔 隙水压传感器以及温度传感器等。对每个传感器读取的数据与上述初始状态值进行比较、 计算，并将计算结果以实时参数、实时参数曲线等多种形式显示给用户。可以根据工况，在每次监测时，将监测的数据进行保存，形成历史数据库。按照一 定频率将实时数据库中的一组数据存储入历史数据库，持续一段时间后，就形成这段时间 内的历史记录。例如在一个月内，每天的某个固定时间点对施工现场进行1分钟固定时间 段的测量，每天取得的一个数据文件；将一个月中每天的数据文件中的一组数据写入到历 史数据库文件中，就形成一个月内的历史文件，因为在很短的1分钟时间内每组数据基本 没有变化，因此上述取出的一组数据可以从施工现场进行1分钟固定时间段所取得的多组 数据中随机取得。在需要对历史数据库的数据进行分析时，将历史数据库中的数据读取出 来，并以表格或者曲线的格式显示给用户。当然，所述写入历史数据库的频率、实时记录的 时间段长度以及历史记录的时间长度可以根据具体情况而定，例如可以将每天的若干个小 时作为存储历史数据库的频率，将每个小时的开头2秒钟作为取样时间段，每天的多个记 录写入历史数据库中，持续一个星期或者更长的时间，就组成了这段时间内的历史数据库。 因为实时数据库中所有传感器读取的记录都写入历史数据库中，因此，历史数据库能同时 读取总体沉降(地表沉降)、各分层沉降、所有温度变化、孔隙压力这几个参数的历史值。数据库中还存储有参数的配置信息，可以通过对配置信息进行修改来适应不同工 况的测量要求。还可以对数据库的访问者身份进行限定，这可以通过对访问者的身份鉴定实现。 例如通过访问者的用户名、密码来确认访问者是否有权限对数据库进行读取和写入等操作。对于监测系统的其他信息，例如版权信息、注意事项等也可以存放在数据库中，随 时调出读取。本实施例中，可以采用普通的计算机实现监测系统的计算、运行以及数据传输，这 些都是本领域常用的技术手段，这里不再赘述。
权利要求1.一种高等级公路软基光纤监测系统，其特征在于所述监测系统包括，埋设在软基中的光纤光栅传感器，将采集的数据通过光纤传输给软基光纤光栅解调仪；该光纤光栅解调仪将信号通过网络传输给所述光纤监测系统； 光纤监测系统对数据进行处理； 将处理过的数据通过显示器显示给用户。
2.根据权利要求1所述的高等级公路软基光纤监测系统，其特征在于所述传感器为 沉降光纤光栅传感器。
3.根据权利要求2所述的高等级公路软基光纤监测系统，其特征在于所述埋设在软 基中的传感器采集数据的频率为250个/秒。
专利摘要本实用新型涉及一种高等级公路软基施工监测信息的处理和传送方法，具体的说是一种利用光纤光栅传感器监测公路软基的方法和系统。本实用新型提供一种高等级公路软基光纤监测系统，包括埋设在软基中的光纤光栅传感器，将采集的数据通过光纤传输给软基光纤光栅解调仪；该光纤光栅解调仪将信号通过网络传输给所述光纤监测系统；光纤监测系统对数据进行处理；将处理过的数据通过显示器显示给用户。本实用新型可以方便地对软基监控数据进行查询和运算，形成用户所需的各种图表、曲线，实时反映软基处理的全部或局部状况。
文档编号G01K11/32GK201876256SQ201020546070
公开日2011年6月22日 申请日期2010年9月28日 优先权日2010年9月28日
发明者万宝发, 刘优平, 周院芳, 张鸿, 旷小林, 熊茂东, 罗昌泰, 胡明清, 蒋卫东, 袁源平, 陈书权, 陈晓芳, 黎剑华 申请人:周院芳, 张鸿, 黎剑华