一种高边坡智能变形监测器及监测方法与流程

1.本发明属于高边坡变形监测技术领域，更具体地说，涉及一种高边坡智能变形监测器及监测方法。


背景技术：

2.高边坡指的是在建筑物场地或其周边，由于建筑物和市政工程开挖或填筑施工所形成的人工高边坡和对建筑物安全或稳定有影响的自然高边坡。
3.对于高边坡应做好防滑坡的措施，影响高边坡稳定性的因素主要存在内在因素与外在因素两方面：内在因素有组成高边坡岩体的体质、地质构造、岩体结构与地应力等，且内在因素常常起着主要的控制作用；外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风华作用、人工开挖和工程荷载等，其中地表水与地下水是影响高边坡稳定的最重要、最活跃的外在因素。
4.为了能够对高边坡出现滑坡前做好预警与监测，现有的技术中会在采用激光测距监测技术，达到对高边坡变形监测，但高边坡的坡面上往往存在杂草而垃圾，草木生长旺盛，容易遮挡激光的照射，从而对激光对高边坡表面的测量造成干扰，而若安排工作人员定期对高边坡上的垃圾清理并将草木砍伐，则会提高监测维护的成本，同时也不利于长时间的高边坡监测，同时，这种监测的方式中采用的核心激光器件的购置及维护成本均较高，导致高边坡的监测工作会消耗高昂成本。
5.经检索，关于边坡变形监测装置及监测方法的专利已有相关公开，如，中国专利申请号为：201510168823.x，申请日为：2015年4月10日，发明创造名称为：可获取边坡变形三维数据的边坡监测系统及其获取边坡变形三维数据的方法。该申请案的边坡监测系统，包括监测装置，用于采集边坡待测点前凸或后凹的数据；图像采集装置，用于采集边坡待测点的平面坐标数据；信息处理装置，用于将监测装置和图像采集装置所采集的数据综合计算得出变形边坡的三维数据。所述的述监测装置包括激光测距传感器和标靶，所述激光测距传感器设置在待测边坡对面，所述标靶设置在待测边坡上，所述激光测距传感器根据发出的激光在标靶上形成图像并反射回来，所述激光测距传感器计算出激光发射点和反射点之间的距离；所述图像采集装置设置在标靶附近，用于采集激光反射点在标靶上的平面坐标数据；所述信息处理装置为后台服务器，用于将激光测距传感器采集到距离和图像采集装置采集到的平面坐标数据进行综合计算获得变形边坡的三维坐标。
6.该申请案中利用远距离高精度激光测距技术与图像识别技术，获取更多的边坡变形监测数据，进行综合计算，最终获取边坡的三维变形量，获取三维数据准确，但采用该申请案的技术方案来采集数据时，不可避免地会出现杂草干扰激光监测精度的现象，为保证监测精度而对组织人员对杂草进行处理，也会耗费较多的人力、物力，监测成本高。
7.因此，现亟需设计一种高边坡智能变形监测器来解决这种问题很有必要。


技术实现要素：

8.1.要解决的问题
9.本发明提供了一种高边坡智能变形监测器及监测方法，以解决现有高边坡监测过程中存在的上述不足。本发明的监测器结构简单，构思巧妙，以较低的监测成本则可实现对高边坡变形的实时监测与预警。
10.2.技术方案
11.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
12.本发明的一种高边坡智能变形监测器，包括倾斜杆、转动杆、凸轮、接触式传感器和plc控制器，所述倾斜杆对称安装于待测坡面两侧，倾斜杆的底部通过支撑钢筋与地面固定连接，高边坡的顶部固定连接有配置箱，配置箱内放置有plc控制器。
13.所述倾斜杆位于高边坡的坡面上方并与坡面相平行设置，两个倾斜杆之间沿其长度方向转动设置有多个呈左右轴向并呈等间距分布的转动杆，转动杆上靠近坡面的一侧上，沿转动杆长度方向上间隔设有多个插杆。更优化的，每个转动杆上均固定套接有长板，且每个长板的底部均固定连接有一排插入高边坡坡面内的插杆。
14.还包括多个凸轮，凸轮的数量与转动杆及接触式传感器的数量相同，每个凸轮分别固定连接于对应转动杆的一端，且凸轮外凸部分朝坡底下方延伸，其中一个倾斜杆的一侧设置有多个接触式传感器，且每个接触式传感器分别位于对应凸轮的正上方，每个接触式传感器均与配置箱内的plc控制器电性连接，从而可以将检测到的信号传输给plc控制器，由plc控制器向监控中心发出警报信号。
15.作为本发明的进一步优选，两个倾斜杆的底部均沿其长度方向固定连接有多个呈等间距分布的固定板，每个转动杆的左右两侧均通过轴承插接在对应的两个固定板之间，以形成沿垂直面方向的转动连接，使得转动杆能够在高边坡的坡面产生变形时带动凸轮进行相应的旋转。
16.作为本发明的进一步优选，还包括防护罩，位于其中一个倾斜杆上的多个固定板的一侧均固定连接有防护罩，多个接触式传感器分别固定设置于对应防护罩的内壁顶部，每个转动杆的一侧均延伸至防护罩内且凸轮位于防护罩的内部，避免接触式传感器与凸轮直接暴露在外界而被灰尘覆盖、物体碰撞等。
17.作为本发明的进一步优选，配置箱内设置有无线信号收发器，多个接触式传感器的输出端均与plc控制器的输入端电性连接，以用于在凸轮与其接触时向plc控制器发出信号，plc控制器的输出端与无线信号收发器的输入端电性相连，使plc控制器能够在接收到接触式传感器信号后通过无线信号收发器向监控中心发出警报信号，使得监控中心的工作人员能够在高边坡坡面变形时第一时间受到无线信号收发器所传输的警报信号，以及时做出反应。
18.作为本发明的进一步优选，倾斜杆的长度为高边坡坡面长度的一半，只监测高边坡坡面下半部分是否变形便能够起到监测稳定性的目的，相比于对整个坡面进行监测减少了相关结构的布置，起到了节省成本的效果。
19.作为本发明的进一步优选，每两个相邻的长板之间距离不超过两米，以确保监测高边坡坡面是否变形的精准度。
20.作为本发明的进一步优选，每个防护罩的顶部均固定连接有与plc控制器电性相
连的警报灯，当plc控制器接收到接触式传感器所传输信号时能够开启对应的警报灯，工作人员抵达现场对坡面变形的高边坡进行勘察检测时，能够通过观察警报灯的亮灯来确定变形的具体位置。
21.作为本发明的进一步优选，还包括警报喇叭，更优化的，所述警报喇叭安装在配置箱的表面，plc控制器的输出端与警报喇叭的输入端电性连接，以使plc控制器能够在接收到接触式传感器信号时开启警报喇叭，当高边坡的坡面发生变形时，警报喇叭能够响起并播放出警示声，以能提示附近人员远离该高边坡。
22.作为本发明的进一步优选，配置箱内设置有电池，电池用于对接触式传感器、plc控制器、无线信号收发器、警报灯与警报喇叭进行供电，这样的设计会更加的合理。更优化的，高边坡的坡面表面上方固定安装有一排太阳能电池板，且太阳能电池板与电池通过电性相连，太阳能电池板能够在被阳光照射时产生电能并对电池进行充电。
23.本发明的还提供了一种高边坡智能变形监测方法，采用本发明的监测器对高边坡坡面变形进行实时监测和预警，具体包括以下步骤：
24.步骤一、勘测坡面地势情况，确定监测器构件；
25.根据待测坡面面积确定倾斜杆和转动杆的尺寸，并确定转动杆、凸轮、插杆和接触式传感器的数量；
26.步骤二、安装监测器；
27.安装时，将监测器的倾斜杆和转动杆安装于高边坡的下半部分，依次安装其他构件。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.本发明的监测器在使用过程中，当高边坡的坡面稳定性失衡，其坡面开始向下轻微的变形时，插入至坡面内的插杆会跟随其变形向下方运动，从而带动转动杆发生转动，转动杆的转动方向为：最初固定状态下，转动杆的顶部向下旋动，其底部向上旋动，此时固定在转动杆一端的凸轮的外凸部也会随之向上旋转，使得凸轮的表面会与接触式传感器进行接触，接触式传感器会将触发信号传输给plc控制器，由plc控制器这样配置箱便会对监控中心发出警报信号，监控中心的工作人员在受到警报信号后能够立即进行通知并安排人员达到高边坡现场进行勘测及采取相关防护措施，达到对高边坡稳定性进行实时监测的效果，且相比于传统的激光监测技术的适用性更佳，且使用成本更低。
附图说明
30.图1为本发明的监测器安装于边坡后的立体结构示意图；
31.图2为图1的结构侧视示意图；
32.图3为图2中沿a-a线剖面结构示意图；
33.图4为本发明的监测器的平面结构示意图；
34.图5为图4中沿b-b线剖面结构示意图；
35.图6为本发明的监测器的电性连接原理示意图；
36.图中：
37.1、高边坡；2、支撑钢筋；3、倾斜杆；4、转动杆；5、长板；6、插杆；7、凸轮；8、接触式传感器；9、配置箱；10、固定板；11、防护罩；12、太阳能电池板；13、警报灯；14、警报喇叭；15、电
池。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
39.显然，在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
40.实施例1
41.本实施例的一种高边坡智能变形监测器，包括倾斜杆3、转动杆4、凸轮7、接触式传感器8和plc控制器，其中，所述倾斜杆3对称安装于待测坡面两侧，两个倾斜杆3之间可转动安装有转动杆4，且转动杆4靠近坡面的一侧上，沿转动杆4长度方向上间隔设有多个插杆6；所述凸轮7安装于转动杆4端部，凸轮7外凸部朝向坡底设置，所述接触式传感器8安装于倾斜杆3上，位于凸轮7外凸部上方，且接触式传感器8与plc控制器电性连接。本发明通过对监测器的结构进行优化设计，利用坡面变形时产生的微小应力经插杆6传导至转动杆4上，带动转动杆4进行转动，从而使得转动杆4端部安装的凸轮7触碰到接触式传感器8而产生电信号，传输至plc控制器中，plc控制器将变形信号发送至监控中心，提示工作人员安排相关人员前往高边坡1处特定地点进行勘测及采取相关防护措施。
42.具体的，请参阅图1-3及图6，高边坡1的顶部固定连接有配置箱9，还包括两个固定连接在地面上并呈竖直方向且左右对称的支撑钢筋2，两个支撑钢筋2的顶部与位于高边坡1的坡面上方两侧，并与坡面相平行的倾斜杆3固定相连。两个倾斜杆3之间沿其长度方向转动设置转动杆4，转动杆4上均固定套接有长板5，且长板5的底部均固定连接有一排插入高边坡1坡面内的插杆6。
43.更进一步的，如图3-5所示，所述的转动杆4包括多根，多个转动杆4呈左右轴向并呈等间距分布。同时，本发明的监测器还包括多个凸轮7，每个凸轮7分别固定连接于对应转动杆4的一侧，且凸轮7的外凸部朝向坡底下方延伸。其中一个倾斜杆3的一侧对应凸轮7设置有接触式传感器8，且每个接触式传感器8分别位于对应凸轮7的正上方，接触式传感器8与配置箱9内的plc控制器电性连接。
44.更优化的，每两个相邻的长板5之间距离不超过两米，能够进一步提高监测高边坡1坡面是否变形的精准度。
45.当高边坡1的坡面稳定性失衡，其坡面开始向下轻微的变形时，插入至坡面内的插杆6会跟随其变形向下方转动，并带动长板5及转动杆4进行同步的转动，此时位于转动杆4一侧的凸轮7也会跟随着转动杆4的转动向上旋转，使得凸轮7的表面会与接触式传感器8进行接触，产生电信号，传输至plc控制器，再由plc控制器向监控中心发出警报信号，监控中心的工作人员在受到警报信号后能够立即进行通知并安排人员达到高边坡1现场进行勘测及采取相关防护措施，达到对高边坡1稳定性进行实时监测的效果，且相比于传统的激光监测技术的适用性更佳，且使用成本更低。
46.作为本实施例的另一种实施方式，本发明中转动杆4两端通过轴承件可转动安装于两个倾斜杆3之间。更进一步的，两个倾斜杆3的底部且位于转动杆4安装处，固定连接有
多个间距分布的固定板10。每个转动杆4的左右两侧均通过轴承插接在对应的两个固定板10之间，以形成沿垂直面方向的转动连接，使得转动杆4能够在高边坡1的坡面产生变形时带动凸轮7进行相应的旋转。
47.作为本实施例的另一种实施方式，请参阅图4和图5，位于其中一个倾斜杆3上的多个固定板10的一侧均固定连接有防护罩11，多个接触式传感器8分别固定设置于对应防护罩11的内壁顶部，每个转动杆4的一侧均延伸至防护罩11内且凸轮7位于防护罩11的内部，使得接触式传感器8与凸轮7均能够位于防护罩11的内部，以起到防护的目的，避免接触式传感器8与凸轮7直接暴露在外界而被灰尘覆盖、物体碰撞等，进一步提高监测的精度。
48.为了能够使凸轮7与接触式传感器8接触时配置箱9能向监控中心发出警报信号，在一些实施例中，提出，配置箱9内还设置无线信号收发器，无线信号收发器的输入端与plc控制器的输出端相连。多个接触式传感器8的输出端均分别与plc控制器的输入端电性连接，以用于在凸轮7与其接触时向plc控制器发出信号。使用时，plc控制器能够在接收到接触式传感器8信号后通过无线信号收发器向监控中心发出警报信号，使得监控中心的工作人员能够在高边坡1坡面变形时第一时间受到无线信号收发器所传输的警报信号，以及时做出反应，避免高边坡1出现滑坡造成损失。
49.请参阅图1，作为本实施例的另一种实施方式，所述倾斜杆3的长度为高边坡1坡面长度的一半，这样，使得长板5至配置在高边坡1坡面的下半部分，因为高边坡1坡面在产生不稳定及滑坡现象时，其坡面底部是会先产生变形的，只监测高边坡1坡面下半部分是否变形便能够起到监测稳定性的目的，相比于对整个坡面进行监测减少了相关构件的布置，起到了节省成本的效果。
50.请参阅图5，作为本实施例的另一种实施方式，每个防护罩11的顶部均固定连接有与plc控制器电性相连的警报灯13，当plc控制器接收到接触式传感器8所传输信号时能够开启对应的警报灯13，工作人员抵达现场对坡面变形的高边坡1进行勘察检测时，能够通过观察警报灯13的亮灯来确定变形的具体位置，以提高勘察作业的效率与精准度。
51.同时，如图1所示，配置箱9的表面固定连接有警报喇叭14，plc控制器的输出端与警报喇叭14的输入端电性连接，以使plc控制器能够在接收到接触式传感器8信号时开启警报喇叭14，当高边坡1的坡面发生变形时，警报喇叭14能够响起并播放出警示声，以能提示附近人员远离该高边坡1，减少高边坡1产生滑坡造成人员受伤的可能性。
52.作为本实施例的另一种实施方式，所述配置箱9内设置还有电池15，电池15用于对接触式传感器8、plc控制器、无线信号收发器、警报灯13与警报喇叭14进行供电，这样的设计会更加的合理。
53.更进一步的，高边坡1的坡面表面上方固定安装有一排太阳能电池板12，且太阳能电池板12与电池15通过电性相连，太阳能电池板12能够在被阳光照射时产生电能并对电池15进行充电，以达到节能环保的目的。
54.本发明的一种高边坡智能变形监测方法，采用上述监测器进行监测，包括如下步骤：
55.步骤一、勘测高边坡1坡面地势情况，确定监测器构件；
56.根据待测坡面面积确定倾斜杆3和转动杆4的尺寸，并确定转动杆4、凸轮7、插杆6和接触式传感器8的数量；确定时，倾斜杆3的长度设计为边坡坡面长度的一半，此处坡面的
长度指的是从坡顶到坡底的长度。转动杆4垂直于倾斜杆3设置，转动杆4的长度与两根倾斜杆3的间距相吻合，转动杆4上相邻两个长板5之间的间距控制在两米以内，以提高监测精度。
57.步骤二、安装监测器；
58.安装时，将监测器的倾斜杆3和转动杆4安装于高边坡的下半部分，依次安装其他构件即可投入使用，采用本发明的监测器，可实现对边坡变形情况进行实时监测，监测方便，成本低。
59.在本装置空闲处，安置所有电器件与其相匹配的驱动器，并且通过本领域人员，将上述中所有驱动部件，其指代动力元件、电器件以及适配的电源通过导线进行连接，具体连接手段，应参考上述表述中，各电器件之间先后工作顺序完成电性连接，其详细连接手段，为本领域公知技术。
60.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
61.同时，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
62.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
63.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。