专利名称：土木结构稳定性监测预警方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及 一 种土木结构稳定性监测预警方法及其装置。
背景技术：
土木水利老旧结构物的延寿、加固除险工作，是未来公共 工程与各主管部门的最主要工作， 一 般而言，针对相关结构体， 如桥梁工程、边坡、大坝建筑物等，均需利用监测设备建立完 整的系统，以及时提供数据资料，供管理单位进行研判，迅速 下达决策指令，有效达到防灾、避灾目的，进而适时对结构物 执行加固除险工作。
由于相关的土木结构物于I960至1970前后陆续完工投入 服务，其服务年限大多超过理论设计年限的70%以上。而原始 采用的设计依据，由于长期环境影响因素(地震、洪水、土石流 等)与荷载加大(载具、车辆设备的改进、容量增加)，是否仍能 提供安全的服务水平，实在是当前最重要的工作与任务。由于 上述的状况，并不是针对单一工程而言，而是全面性的现象， 如何建立具有简单、时效性、可靠性、成本低的监测防灾预警 系统是本申请开发、发表的最基本的考虑与依据。
传统的监测设备与系统，不外乎针对结构体行为，予以监 督测量，并由监测数据、提供设计检讨或依据设计精神比对各
行为管理值，从而对管理单位提出实时决策与后续行动指标，
这些传统的测方法与、Jr/, l-门 数据收集，均针对应力变形水压沉陷
等工程特质由于长期的服务条件与环堍变化，这些行为指标
恐多与原r设计基础偏离，致使管理值的给定、决策依据与下
达均具有高度不确定性。
再者，传统的监测系统，必须配合电力、通讯传输设备等， 一旦使用，数量与成本太高，有的甚至远高于监测目标物的建造 成本，这些问题，都一直困扰着管理与决策单位，这也是全面建
立监测管理平台迟迟未能落实的原因，此现象是长期难以解决的课题。
发明内容
本发明的目的在于提供 一 种通过自动化监测模式，精确掌 控监测物的倾度与间隙变化情况，以事先取得相关数据，供相 关单位适时进行维修工作的土木结构稳定性监测预警方法及其 装置。
本发明的另 一 目的在于提供 一 种可经由远程控制，定期定 时、实时或在恶劣环境中针对待监测的结构物进行倾度及裂缝 侦测，以达到事先预警功能的土木结构稳定性监测预警方法及
其装置。
可达成上述发明目的的土木结构稳定性监测预警方法及其 装置，包括有侦测单元及资料汇集单元，该侦测单元是由倾角测 量器、间隙测量器、电源管理模块、微电脑模块及有线或无线通
讯接口所构成；其测量方法是将侦测单元的倾角测量器及间隙测 量器布设于待监测结构物上，以对结构物的倾度及间隙进行监 测，并将两种监测结果皆传送至微电脑模块中，经微电脑模块将 两种侦测信号转换后，再通过有线或无线通讯接口将两种侦测信 号同时传送至资料汇集单元中；该资料汇集单元是由工业级电 脑、电源管理模块、有线或无线局域网通讯模块及有线或无线通 讯接口所构成；其中，其处理过程是通过有线或无线通讯接口接 收来自侦测单元的侦测信号，再将信号传送至工业级电脑中，并 可通过有线或无线局域网通讯模块将监测结果传送至远程电脑， 以得知受监测结构物是否持续有异常情况发生，以提供相关数据 给管理或决策单位实时或在适当时间进入现场进行维护工作。 本发明所提供的土木结构稳定性监测预警方法及其装置，
与其它现有技术相互比较时，具有下列的优点
1、本发明是釆用自动化监测模式，精确掌控监测物的倾度
变化情况，以事先取得相关数据，供相关单位适时进场维修保固。
2、本发明是经由远程控制，定期、定时或在恶劣环境中针 对待监测的结构物进行倾度及裂缝侦测，以达到事先预警的功效。
图1 本发明土木结构稳定性监测预警方法及其装置的方框
图2 本发明土木结构稳定性监测预警方法及其装置的流程
1、侦测单元，11、倾角测量器，12、间隙测量器，13电源 管理模块，14、微电脑模块，15、无线或有线通讯接口， 2、资 料汇集模块，21、工业级电脑，22无线或有线通讯接口， 23、 电源管理模块，24有线或无线局域网通讯模块。
具体实施例方式
实施例请参阅图1所示，是本发明所提供的土木结构稳 定性监测预警方法及其装置的方框图，主要是由侦测单元1及
资料汇集单元2所构成；其中，该侦测单元1包含有
至少一个以上的倾角测量器11，该倾角测量器11是布设于 待测结构物上，主要是监测结构物的倾斜角度，而倾角测量器
ll是采用二或三轴加速规，其解析度可达0.1至0.5度，并采
用模拟输出，若采用数字输出则不需微电脑模块；
至少一个以上的间隙测量器12，该间隙测量器12是布设于
待测结构物上，主要是针对结构物的间隙距离进行测量，而该
间隙测量器12可以是线性差动变压器(LVDT)或可变电流闸感 测器元件，其解析度可达0. 1至0. 5公分，是采用模拟输出；
电源管理模块13，该电源管理模块13是依现场施作状况采 用交流转直流或直流降压直流转换的模块，以提供各模块所需 的工作电源；
微电脑模块14，该微电脑模块1 4为侦测单元1的核心，主
要是汇整倾角测量器11或间隙测量器1 2产生的信号，以通过 有线或无线通讯接口向资料汇集单元2回报各倾角测量器11或 间隙测量器12的侦测状况，及通过有线或无线通讯接口 15接 收并执行来自资料汇集单元2所送出的指令信号；另外，该微 电脑模块14会测定倾角测量器U或间隙测量器12是否有异 常，并测定电源的供给状况，以确保侦测单元1处于最佳工作 状况；由于倾角测量器11或间隙测量器12是采用分布式测量， 故需采取一主(one master)多从(multiple slaves)的菊花链 (daisy chain)串接通讯方式，确保资料收集不会因某侦测节 点接线松脱或断裂而造成整体作业失联，因而采用有线或无线 通讯接口 15。当资料汇集单元2感知某一侦测节点通讯有误时， 即主动通知远程监控中心维修。而该资料汇集单元2主要包含
工业级电脑21，是通过有线或无线通讯接口 22定时、定期 下达指令至侦测单元1的各侦测点收集信息，并回报远程监控 中心，并可不定时接收远程监控中心指示查询各侦测单元1的 信息。在定时收集资料模式下，可以自行判断监测的结构物是 否有异常信息产生，并主动通报远程监控中心。另外，该工业 级电脑21也会检测侦测单元1的各感测节点状况及通讯连线的 情况，以便通知远程监控中心采取必要维修；
电源管理模块23，该电源管理模块23是采用不断电系统 (UPS),以提供资料汇集单元2及侦测单元1电源，确保系统工 作无虑；
有线或无线局域网通讯模块24，该通讯模块24是依照现场 状况采用有线ADSL或无线局域网通讯模块，使得工业级电脑 2 1可与远程监控中心信息交换资料。
因此，本发明是通过倾角测量器11对监测的结构物进行倾 度侦测，并持续追踪结构物是否有发生异常，若有，则再搭配 间隙测量器12的测量结果，精确掌握结构物的倾斜变化情况， 供管理单位实时进行现场全面检测，加固除险工作。若倾角测
量器11回报结果为倾度未持续变化，同样可根据间隙测量器 12的测量确认，以确保结构确实呈现稳定状态。
请参阅图2所示，是本发明的土木结构稳定性监测预警方 法及其装置的流程图，是对待测结构物定时、定期或在恶劣环 境中以有线或无线方式进行倾斜度及伸縮缝或现有裂缝的测 量，其中，是以倾斜度测量为主，伸缩缝或现有裂缝为辅；根 据倾斜度的测量结果即可得知待测结构物是否持续受力变化， 若持续变化代表不稳定，若变化渐减代表趋于稳定，不变化代 表稳定；而伸縮缝或现行裂缝的测量方式可采用导电与可变电 流装置进行测量，以取得裂缝扩张或缩小的结果；或将一玻璃 片固定于裂缝的两端，若玻璃片破裂则代表裂缝加大；因此， 先通过倾斜度测量结果得知结构物是否持续倾斜，再通过裂缝 测量结果的辅助，即可精确掌控受监测结构物的实时状况，以 提供相关单位作日后维修保固的依据。
上列详细说明仅是针对本发明之 一 可行实施例的具体说 明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发 明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范 围中。
权利要求
1、一种土木结构稳定性监测预警方法，其特征在于，是定时、定期或在恶劣环境中对待测结构物中以有线或无线方式进行倾斜度或裂缝的测量，根据倾斜度的测量结果实时得知待测结构物是否持续受力变化，再通过裂缝测量结果的辅助，即可精确掌控受监测的结构物的实时状况，以提供给相关单位作为日后维修保固的依据。
2. 如权利要求1所述的土木结构稳定性监测预警方法，其特征 在于，所述裂缝测量方式可采用导电与可变电流装置进行测 量，以取得裂缝扩张或縮小的结果。
3. 如权利要求1所述的土木结构稳定性监测预警方法，其特征 在于，所述裂缝测量方式可将 一 玻璃片固定在裂缝的两端， 若玻璃片破裂则代表结构物倾斜度增加。
4. 一种土木结构稳定性监测预警装置，其特征在于，其结构包 括侦测单元及资料汇集单元，该侦测单元包含有至少 一 个以上的倾角测量器，该倾角测量器布设于待测结构 物上，以对结构物倾斜角度进行侦测；至少 一 个以上的间隙测量器，该间隙测量器布设于待测结构物的裂缝上，以针对结构物的裂缝距离进行测量；微电脑模块，该微电脑模块汇整倾角测量器或间隙测量器产生的信号，以通过有线或无线通讯接口向资料汇集单元回报各倾角测量器或间隙测量器侦测状况；该资料汇集单元包含工业级计算机，该计算机通过有线或无线通讯接口定时、定 期下达指令至侦测单元的各侦测点收集信息，并回报远程监 控中心，并可不定时接收远程监控中心指示查询各感测节点 f曰息；有线或无线通讯模块，该通讯模块是工业级电脑与远程监控 中心信息交换的接口模块；通过倾角测量器持续取得结构物的倾斜信息，再搭配间隙测 量器的测量结果，即可精确掌握结构物的倾斜变化情况。
5. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征 在于，所述侦测单元的倾角测量器是采用二或三轴加速规，其解析度可达0. 1至0. 5度，并采用模拟输出。
6. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征 在于，所述侦测单元的间隙测量器可以是线性差动变压器(LVDT )或可变电流闸感测器元件，其解析度可达0. 1至0.5 公分，是采用模拟输出。
7. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征 在于，所述侦测单元还包含电源管理模块，该电源管理模块 依现场施作状况，采用交流转直流或直流降压直流转换的模 块，以提供各模块所需的工作电源。
8. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征在于，所述侦测单元的微电脑模块可测定倾角测量器或间隙 测量器是否有异常及电源供给状况，以确保侦测单元处于最 佳工作状况。
9. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征 在于，所述资料汇集单元的工业级电脑在定时收集资料模式 下，可以自行判断监测的结构物是否有异常信息产生，并主 动通报远程监控中心。
10. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征在于，所述资料汇集单元的工业级电脑可检测侦测单元的各 感测节点状况及通讯连线的情况，以便通知远程监控中心采 取必要的维修。
11. 如权利要求4所述的土木结构稳定性监测预警装置，其特征 在于，所述资料汇集单元还包含电源管理模块，该电源管理 模块是采用不断电系统(UPS)，以提供资料汇集单元及侦测 单元的电源，确保系统工作无虑。
全文摘要
一种土木结构稳定性监测预警方法及其装置，主要是在待监测结构物上布设数个倾角测量器及数个间隙测量器，以对结构物的倾度及间隙进行侦测，并将两种侦测结果经微电脑模块转换后，再通过有线或无线通讯接口将两种侦测讯号同时传送至现场工业级电脑中，再通过有线或无线局域网(Wirless Lan)通讯模块将监测结果传送至远程电脑，以得知受监测结构物的倾角与间隙变化，了解判断是否持续有异常情况发生，以提供相关数据给管理或决策单位实时进入现场进行维护工作。
文档编号G01M99/00GK101192336SQ20061012395
公开日2008年6月4日 申请日期2006年12月1日 优先权日2006年12月1日
发明者张达德 申请人:张达德