一种高支模形变监测预警方法与流程

技术特征：

1.一种高支模形变监测预警方法，所应用的高支模的组成构件中含有多根竖向布置的立杆(1)和多根水平布置的横杆(2)，并且，所述立杆(1)与所述横杆(2)的连接位置称为该立杆(1)的节点(1a)，其特征在于：

所述的高支模形变监测预警方法包括：选取至少一根所述立杆(1)作为所述高支模的形变监测对象并用高支模形变监测预警设备对所述形变监测对象进行形变监测；

所述的高支模形变监测预警设备设有数据采集处理服务器并对应每一根所述作为形变监测对象的立杆(1)设有一套形变测量构件(3)；每一套所述形变测量构件(3)均在其所对应的立杆(1)的每一个所述节点(1a)位置上固定安装有一个管夹(31)，每一个所述管夹(31)均设有安装平面(31a)，安装在同一根所述立杆(1)上的各个所述管夹(31)的安装平面(31a)位于同一竖直平面；每一套所述形变测量构件(3)均对应其所在立杆(1)的两个相邻所述管夹(31)设有三个万向节(32)和两根杆件(33)，对于所述两个相邻管夹(31)及该两者对应的三个万向节(32)和两根杆件(33)来说：第一根所述杆件(33)的上端通过第一个所述万向节(32)与位于上方的所述管夹(31)的安装平面(31a)连接，第二根所述杆件(33)的下端通过第二个所述万向节(32)与位于下方的所述管夹(31)的安装平面(31a)连接，所述第一根杆件(33)的下端与所述第二根杆件(33)的上端通过第三个所述万向节(32)相连，其中，每一套所述形变测量构件(3)的各根杆件(33)的长度相等，位于同一根所述立杆(1)上的各个所述万向节(32)在对应安装平面(31a)上的安装位置位于同一条竖向直线上，连接在同一个所述安装平面(31a)上的两个所述万向节(32)紧靠在一起；每一套所述形变测量构件(3)对应每一根所述杆件(33)均设有一个倾角传感器(34)，每一个所述倾角传感器(34)均固定在其对应的杆件(33)上，且每一个所述倾角传感器(34)的轴线与其对应的杆件(33)的轴向相平行；

所述数据采集处理服务器能够实时接收每一套所述形变测量构件(3)的每一个所述倾角传感器(34)的实时输出信号，并能够按以下步骤计算出所述高支模在每一根所述作为形变监测对象的立杆(1)所在部位的形变状况：

步骤S1、以所述形变测量构件(3)的位于最下方的万向节(32)在初始时刻的中心位置为原点O、竖向方向为Z轴建立空间直角坐标系OXYZ，其中，原点O的空间坐标记为(X₀＝0，Y₀＝0，Z₀＝0)；

步骤S2、将所述步骤S1的形变测量构件(3)中全部连接在两根所述杆件(33)之间的万向节(32)的中心位置、全部连接在同一个所述安装平面(31a)上的两个万向节(32)之间的中心位置、位于最上方的所述万向节(32)的中心位置作为形变测量点，将各个所述形变测量点由下至上依次进行编号并记为T_k，k为所述形变测量点的序号且1≤k≤n，n为所述形变测量构件(3)的形变测量点数量，并将位于第k个所述形变测量点T_k与第k-1个所述形变测量点T_k-1之间的杆件(33)编号为k，其中，k取值为1时，第k-1个即第0个所述形变测量点即为所述原点O；并且，将第n个所述形变测量点T_n在所述初始时刻的Z轴坐标记为Z′_n；

步骤S3、按以下公式计算相邻两个所述形变测量点之间的实时高度差、所述n个形变测量点的实时空间坐标：

${\mathrm{\Δ}}_k=\frac{L}{\sqrt{1+{\tan }^2{\mathrm{\α}}_k+{\tan }^2{\mathrm{\β}}_k}}$

X_k＝Δ_k·tanα_k

Y_k＝Δ_k·tanβ_k

Z_k＝Δ_k+Z_k-1

其中，α_k和β_k均为安装在所述编号为k的杆件(33)上的倾角传感器(34)的实时输出信号所转换的实时传感角度，分别表示所述编号为k的杆件(33)在ZOX平面的投影与Z轴之间的实时夹角和所述编号为k的杆件(33)在ZOY平面的投影与Z轴之间的实时夹角，L为所述杆件(33)的长度，Δ_k为第k个所述形变测量点T_k与第k-1个所述形变测量点T_k-1之间的实时高度差，(X_k，Y_k，Z_k)为第k个所述形变测量点T_k的实时空间坐标，Z_k-1为第k-1个所述形变测量点T_k-1的实时Z轴坐标；k取值为1时，Z_k-1即Z₀＝0为所述原点O的Z轴坐标；

步骤S4、计算所述高支模在所述步骤S1的形变测量构件(3)所在立杆(1)部位的形变状况，包括：

所述高支模在所述步骤S1的形变测量构件(3)所在立杆(1)部位的实时沉降SE＝Z_n-Z′_n，其中，Z_n为第n个所述形变测量点T_n的实时Z轴坐标；

所述高支模在所述步骤S1的形变测量构件(3)所在立杆(1)部位的实时层间横向位移，其中，将所述立杆(1)位于其相邻两个所述节点(1a)之间的空间称为层，并对所述立杆(1)的各层由下至上依次进行编号，第i层的实时层间横向位移i为正整数且

2.根据权利要求1所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述固定在所述第一根杆件(33)上倾角传感器(34)位于该第一根杆件(33)的上部位置上，所述固定在所述第二根杆件(33)上倾角传感器(34)位于该第二根杆件(33)的下部位置上。

3.根据权利要求1所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述高支模在所述步骤S1的形变测量构件(3)所在立杆(1)部位的形变状况，还包括：

所述高支模在所述步骤S1的形变测量构件(3)所在立杆(1)部位的实时层间倾角，其中，所述实时层间倾角为空间角，所述第i层的实时层间倾角为(γ_i，ε_i，θ_i)，按以下公式计算得到：

a＝X_k＝i+1-X_k＝i-1，b＝Y_k＝i+1-Y_k＝i-1，c＝Y_k＝i+1-Y_k＝i-1

${\mathrm{\γ}}_i={\cos }^{-1}\[a/\sqrt{a^2+b^2+c^2}\]$

${\mathrm{\ϵ}}_i={\cos }^{-1}\[b/\sqrt{a^2+b^2+c^2}\]$

${\mathrm{\θ}}_i={\cos }^{-1}\[c/\sqrt{a^2+b^2+c^2}\]$

其中，(a，b，c)为第k＝i-1个形变测量点T_k＝i-1到第k＝i+1个形变测量点T_k＝i+1的空间向量，γ_i、ε_i和θ_i分别表示所述空间向量(a，b，c)与X轴、Y轴和Z轴的夹角。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述的高支模形变监测预警设备还设有报警装置；

所述数据采集处理服务器还能够按以下步骤对所述高支模在每一根所述作为形变监测对象的立杆(1)所在部位的形变状况进行预警：

步骤S5、设置沉降静态预警阈值SE′和沉降静态报警阈值SE″，以及所述立杆(1)的每一层的横向位移静态预警阈值R′_i和横向位移静态报警阈值R″_i；

步骤S6、从所述初始时刻开始，在多个监测时刻按照所述步骤S1至步骤S4计算所述实时沉降SE和所述立杆(1)的每一层的实时层间横向位移R_i；

步骤S7、在任意一个所述监测时刻，如果满足SE′≤SE＜SE″或者所述立杆(1)的任意一层满足R′_i≤R_i＜R″_i，则驱动所述报警装置发出预警信号，如果满足SE≥SE″或者所述立杆(1)的任意一层满足R_i≥R″_i，则驱动所述报警装置发出报警信号；

步骤S8、从第四个所述监测时刻开始的任意一个所述监测时刻，将该监测时刻的前三个监测时刻的实时沉降SE平均值的1.35倍和1.5倍分别设置为所述高支模在该监测时刻的沉降动态预警阈值和沉降动态报警阈值并将所述立杆(1)的每一层在该监测时刻的前三个监测时刻的实时层间横向位移R_i平均值的1.35倍和1.5倍分别设置为所述立杆(1)的每一层在该监测时刻的横向位移动态预警阈值和横向位移动态报警阈值如果满足或者所述立杆(1)的任意一层满足则驱动所述报警装置发出预警信号，如果满足或者所述立杆(1)的任意一层满足则驱动所述报警装置发出报警信号。

5.根据权利要求4所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述的报警装置包括能够发出红黄两色灯光的LED灯带(35)；所述LED灯带(35)将发出黄色灯光作为所述预警信号、发出红色灯光作为所述报警信号，至少一根所述杆件(33)上安装有所述LED灯带(35)。

6.根据权利要求5所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述的报警装置还包括辅助警示灯；所述辅助警示灯为带有绿灯和红灯的蜂鸣报警器，所述辅助警示灯将所述红灯闪烁且所述蜂鸣报警器发声作为所述预警信号、将所述绿灯常亮作为正常工作信号，所述数据采集处理服务器在未控制所述报警装置发出预警信号和报警信号时，控制所述辅助警示灯发出正常工作信号。

7.根据权利要求6所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述的数据采集处理服务器设有处理器、数据采集接口、开关控制模块和用于为数据采集处理服务器供电的电源管理模块，所述处理器通过所述数据采集接口与所述各个倾角传感器(34)的输出端电气连接，所述处理器通过所述数据采集接口接收所述各个倾角传感器(34)采集到的传感信号；所述处理器通过所述开关控制模块分别与所述LED灯带(35)和辅助警示灯电气连接，所述处理器能够通过所述开关控制模块分别驱动每一根所述LED灯带(35)以及驱动所述辅助警示灯。

8.根据权利要求7所述的高支模形变监测预警方法，其特征在于：所述的数据采集处理服务器还设有数据传输接口，所述处理器能够通过所述数据传输接口连接外部WiFi传输模块和外部无线数传电台模块，所述处理器能够通过所述外部WiFi传输模块或外部无线数传电台模块与远程终端进行通信。