用于监测路面开挖位置的装置和方法与流程

1.本发明涉及路面开挖监测设备领域，尤其涉及一种用于监测路面开挖位置的装置和方法。


背景技术：

2.近年来，在我国城市和野外的各种地下管线组成的地下的管道系统，包括供水、排水、燃气、热力、电力、通信及工业等管道和线缆及附属设施，面临各种建设施工非法开挖造成事故隐患的现象。现有技术主要依靠电子摄像头监控，但摄像头拍摄距离有限，智能识别工程机械时数据量和耗电量巨大，必须安装有线供电，在下雨或天气恶劣的地区不能正常使用，在有树木或遮盖的场合不能使用。有的野外采用光纤铺设在管网上方，通过监测光纤的震动和位移变化来判断是否有工程机械施工，如专利文件cn208133681u公开了一种基于botdr用于地下管道的预警系统，该系统通过传感光纤传递信息，实现对可能损坏地下管道的行为的预警，此方法造价高昂，并且由于光纤铺设的地下环境恶劣，使用寿命有限。野外管网铺设环境复杂，管网铺设上方一般为泥土、碎石等混杂的自然物质，长期接受水浸泡和地下动物破坏，现有技术方案成本高昂，维护工作量巨大，在恶劣环境下使用寿命短，长期使用稳定性差。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够在恶劣环境下正常使用的用于监测路面开挖位置的装置和方法。
4.本发明是通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：用于监测路面开挖位置的装置，包括基准桩(1)、固定桩(2)、监测设备(3)、监测绳索(4)；所述基准桩(1)与所述固定桩(2)间隔设置；所述监测设备(3)固定连接在所述固定桩(2)上，所述监测设备(3)包括滑轮机构(32)、位移监测装置(34)、配重块(35)、电气箱(36)；所述位移监测装置(34)的固定部件与所述固定桩(2)固定连接，所述位移监测装置(34)的移动部件与所述配重块(35)的下端固定连接；所述位移监测装置(34)的信号和电源线连接至所述电气箱(36)，所述电气箱(36)连接天线；所述监测绳索(4)的起始端与所述基准桩(1)固定连接，所述监测绳索(4)的末端通过所述滑轮机构(32)引导至所述位移监测装置(34)的上方并与所述配重块(35)的上端固定连接，所述配重块(35)将所述监测绳索(4)拉直。
5.监测绳索在基准桩与固定桩之间的部分位于地面下方且位于地下管道的上方，如果有工程机械在地下管道的上方或周围挖动，必将会触动监测绳索，由于监测绳索被配重块紧紧拉直，监测绳索的细微变化都将反映在位移监测装置的变化上，位移监测装置发送位置信号至电气箱；电气箱内设有位移或位置原始数据转换电路和芯片，能够将位移监测装置的电子脉冲、编码、电流、电压、电阻等电信号转换成位移或位置数据，同时设定报警限值，当电气箱监测到报警时将报警值和监测设备所处的地球物理空间位置信息通过天线发送给接收主站或云端服务器，接收主站或云端服务器最终发送报警值和监测设备所处的地
球物理空间位置信息到监测服务器和手机app，使管理人员和巡检人员在第一时间就知道发生报警的地点；该装置能够在非法开挖未接触到管道时就提前发出报警，实现远程实时在线监测，及时监控非法开挖行为。
6.作为优化的技术方案，所述基准桩(1)上安装有固定螺栓，所述固定螺栓竖直设置并固定连接在所述基准桩(1)的顶部，所述监测绳索(4)的起始端绕在所述固定螺栓的中部，所述固定螺栓上位于所述监测绳索(4)的上方和下方各连接有一个螺母将所述监测绳索(4)锁紧。
7.作为优化的技术方案，所述滑轮机构(32)包括第一支撑滚轮轴(321)、第一支撑滚轮(322)、第二支撑滚轮轴(323)、第二支撑滚轮(324)、第三支撑滚轮轴(325)、第三支撑滚轮(326)；所述第一支撑滚轮轴(321)水平设置，所述第一支撑滚轮(322)固定连接在所述第一支撑滚轮轴(321)的中部；所述第二支撑滚轮轴(323)水平设置，所述第二支撑滚轮轴(323)与所述第一支撑滚轮轴(321)平行且位于同一高度，所述第二支撑滚轮(324)固定连接在所述第二支撑滚轮轴(323)的中部；所述第三支撑滚轮轴(325)水平设置，所述第三支撑滚轮轴(325)位于所述第一支撑滚轮轴(321)的下方，所述第三支撑滚轮(326)固定连接在所述第三支撑滚轮轴(325)的中部；所述监测绳索(4)首先绕过所述第三支撑滚轮(326)后竖直向上，再绕过所述第一支撑滚轮(322)后水平拉至所述第二支撑滚轮(324)，最后绕过所述第二支撑滚轮(324)后竖直向下。
8.作为优化的技术方案，所述监测设备(3)还包括支撑机构(31)，所述支撑机构(31)包括底座(311)、第一支架(312)、第二支架(313)、第三支架(314)；所述底座(311)固定连接在所述固定桩(2)的顶部；所述第一支架(312)、第二支架(313)、第三支架(314)各包括两根竖直设置的支撑柱，各支撑柱的下端分别固定连接在所述底座(311)的顶部；所述第一支撑滚轮轴(321)固定连接在所述第一支架(312)的两根支撑柱之间，所述第二支撑滚轮轴(323)固定连接在所述第二支架(313)的两根支撑柱之间，所述第三支撑滚轮轴(325)固定连接在所述第三支架(314)的两根支撑柱之间；所述位移监测装置(34)的固定部件以及所述电气箱(36)分别固定连接在所述支撑机构(31)上。
9.作为优化的技术方案，所述电气箱(36)内设有蓄电池，所述蓄电池连接太阳能机构。
10.作为优化的技术方案，所述监测设备(3)还包括竖直导向机构(33)，所述竖直导向机构(33)限位所述配重块(35)沿竖直方向移动。
11.作为优化的技术方案，所述竖直导向机构(33)包括滑动轴(331)、支撑外壳(332)、轴套(333)，所述滑动轴(331)竖直设置，所述支撑外壳(332)为筒状，所述支撑外壳(332)的底部与所述固定桩(2)固定连接，所述轴套(333)固定连接在所述支撑外壳(332)的顶部，所述滑动轴(331)穿过所述轴套(33)并能够在所述轴套(333)内沿竖直方向滑动；所述位移监测装置(34)、配重块(35)位于所述支撑外壳(332)的内部空腔中，所述配重块(35)的上端与所述滑动轴(331)的下端固定连接；所述监测绳索(4)的末端与所述滑动轴(331)的上端固定连接。
12.作为优化的技术方案，所述滑动轴(331)的上端设有螺纹孔，所述螺纹孔中固定连接有连接螺栓，所述连接螺栓竖直设置，所述连接螺栓上设有轴线沿水平方向的连接孔，所述监测绳索(4)的末端穿过所述连接孔，固定销插在所述连接孔中将所述监测绳索(4)锁
紧。
13.作为优化的技术方案，所述监测设备(3)还包括设备外罩(37)，所述设备外罩(37)固定连接在所述固定桩(2)的上方并罩在所述滑轮机构(32)、位移监测装置(34)、配重块(35)、电气箱(36)的外部，所述电气箱(36)连接的天线固定连接在所述设备外罩(37)的外部。
14.采用上述用于监测路面开挖位置的装置的用于监测路面开挖位置的方法，包括以下步骤：首先将基准桩(1)、固定桩(2)间隔建设在地面下方，将监测设备(3)固定连接在固定桩(2)上；然后将监测绳索(4)的起始端与基准桩(1)固定连接，将监测绳索(4)的末端通过滑轮机构(32)引导至位移监测装置(34)的上方并与配重块(35)的上端固定连接；监测绳索(4)在基准桩(1)与固定桩(2)之间的部分位于地面下方且位于地下管道的上方；当有工程机械在地下管道的上方或周围挖动时，触动监测绳索(4)，监测绳索(4)的变化反映在位移监测装置(34)的变化上，位移监测装置(34)发送位置信号至电气箱(36)，当电气箱(36)监测到报警时将报警值和监测设备(3)所处的地球物理空间位置信息通过天线发送给接收主站或云端服务器，接收主站或云端服务器最终发送报警值和监测设备(3)所处的地球物理空间位置信息到监测服务器和手机app。
15.本发明的优点在于：
16.1、能够在非法开挖未接触到管道时就提前发出报警，实现远程实时在线监测，及时监控非法开挖行为；设备不易被破坏，使用寿命长，能够长期稳定监测，对温度不敏感，不需要做温度补偿，能够在恶劣环境下正常使用。
17.2、便于实现，成本低，设备安装简单。
18.3、能够根据需要选择监测绳索的长度，从而改变监测距离，单套设备的可测量长度没有限制，使用方便。
19.4、能够大量装备，监测较大范围比如数千公里。
附图说明
20.图1是本发明实施例用于监测路面开挖位置的装置的主视图。
21.图2是本发明实施例用于监测路面开挖位置的装置的设备外罩内部结构的主视图。
22.图3是本发明实施例用于监测路面开挖位置的装置的设备外罩内部结构的俯视图。
23.图4是本发明实施例用于监测路面开挖位置的装置的设备外罩内部结构的轴测图。
24.图5是本发明实施例滑轮机构的轴测图。
25.图6是本发明实施例竖直导向机构的轴测图。
26.图7是本发明实施例用于监测路面开挖位置的装置的支撑外壳内部结构的轴测图。
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，
对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.如图1至图7所示，用于监测路面开挖位置的装置，包括基准桩1、固定桩2、监测设备3，监测绳索4。
29.基准桩1为长方体水泥桩，基准桩1建设在地面下方且位于地下管道的上方或与地下管道同一高度处，基准桩1的顶部距离地面大于或等于20mm；基准桩1上安装有固定螺栓作为监测起始点和监测基准点，固定螺栓竖直设置并固定连接在基准桩1的顶部。
30.固定桩2为长方体水泥桩，固定桩2建设在地面下方且位于地下管道的上方或与地下管道同一高度处，固定桩2的顶部距离地面大于或等于20mm，固定桩2与基准桩1间隔1公里或其他距离。
31.监测设备3固定连接在固定桩2上并位于地面上方，监测设备3包括支撑机构31、滑轮机构32、竖直导向机构33、位移监测装置34、配重块35、电气箱36、设备外罩37。
32.支撑机构31包括底座311、第一支架312、第二支架313、第三支架314；底座311为长方形板，底座311的四角穿过预埋在固定桩2顶部四角的四个螺栓，通过螺母固定连接在固定桩2的顶部；第一支架312、第二支架313、第三支架314各包括两根竖直设置的支撑柱，各支撑柱的下端分别固定连接在底座311的顶部。
33.滑轮机构32包括第一支撑滚轮轴321、第一支撑滚轮322、第二支撑滚轮轴323、第二支撑滚轮324、第三支撑滚轮轴325、第三支撑滚轮326；第一支撑滚轮轴321水平设置并固定连接在第一支架312的两根支撑柱的上端之间，第一支撑滚轮322固定连接在第一支撑滚轮轴321的中部；第二支撑滚轮轴323水平设置并固定连接在第二支架313的两根支撑柱的上端之间，第二支撑滚轮轴323与第一支撑滚轮轴321平行且位于同一高度，第二支撑滚轮324固定连接在第二支撑滚轮轴323的中部；第三支撑滚轮轴325水平设置并固定连接在第三支架314的两根支撑柱之间，第三支撑滚轮轴325位于第一支撑滚轮轴321的下方，第三支撑滚轮326固定连接在第三支撑滚轮轴325的中部。
34.竖直导向机构33限位配重块35沿竖直方向移动，竖直导向机构33包括滑动轴331、支撑外壳332、轴套333；滑动轴331竖直设置，滑动轴331的上端设有螺纹孔，所述螺纹孔中固定连接有连接螺栓，所述连接螺栓竖直设置，所述连接螺栓上设有轴线沿水平方向的连接孔；支撑外壳332为圆筒状，支撑外壳332的底部通过螺栓固定连接在底座311的顶部，通过底座311与固定桩2固定连接；轴套333通过螺栓固定连接在支撑外壳332的顶部，滑动轴331穿过轴套333并能够在轴套333内沿竖直方向滑动；竖直导向机构33还可以采用直线导轨、直线滑杆等其他形式能够限位配重块35沿竖直方向移动的机构。
35.位移监测装置34位于支撑外壳332的内部空腔中，位移监测装置34采用电子尺，位移监测装置34的固定部件即电子尺的外壳通过电子尺固定板固定连接在支撑机构31的底座311的顶部，通过底座311与固定桩2固定连接，位移监测装置34的移动部件即电子尺的滑动杆竖直设置；所述电子尺固定板设在位移监测装置34的一侧，所述电子尺固定板为l形，其底部固定连接在底座311的顶部，其侧面与位移监测装置34的外壳侧面固定连接；位移监测装置34还可以采用编码器、拉绳尺等其他能够监测位移或位置变化的电子测量设备。
36.配重块35为圆筒状或其他形状，配重块35的内部空腔中根据实际监测需要填充有
砂或混凝土，配重块35也可以采用任何其他形式配重；配重块35位于支撑外壳332的内部空腔中，滑动轴331的下端与配重块35的上端通过螺栓固定连接，位移监测装置34的移动部件即电子尺的滑动杆与配重块35的下端固定连接。
37.电气箱36固定连接在支撑机构31的第一支架312上，电气箱36内设有蓄电池，通过蓄电池供电，所述蓄电池连接太阳能机构，所述太阳能机构包括太阳能电池板、太阳能逆变器等给所述蓄电池充电的装置；位移监测装置34的信号和电源线连接至电气箱36，电气箱36连接天线。
38.设备外罩37固定连接在固定桩2的上方并罩在支撑机构31、滑轮机构32、竖直导向机构33、位移监测装置34、配重块35、电气箱36的外部，电气箱36连接的天线固定连接在设备外罩37的外部。
39.监测绳索4为由一定厚度的塑料包裹的钢丝；监测绳索4的起始端与基准桩1固定连接，监测绳索4的起始端绕在所述固定螺栓的中部，所述固定螺栓上位于监测绳索4的上方和下方各连接有一个螺母将监测绳索4锁紧；监测绳索4的末端通过滑轮机构32引导至位移监测装置34的上方，监测绳索4首先绕过第三支撑滚轮326后竖直向上，再绕过第一支撑滚轮322后水平拉至第二支撑滚轮324，最后绕过第二支撑滚轮324后竖直向下；监测绳索4的末端通过滑动轴331与配重块35的上端固定连接，监测绳索4的末端穿过所述连接螺栓上的连接孔，固定销插在所述连接孔中将监测绳索4锁紧，使监测绳索4的末端与滑动轴331的上端固定连接；配重块35将监测绳索4紧紧拉直，监测绳索4在基准桩1与固定桩2之间的部分位于地面下方且位于地下管道的上方，监测绳索4在基准桩1与固定桩2之间的部分平行于地下管道。
40.该装置的工作原理为：如果有工程机械在地下管道的上方或周围挖动，必将会触动地面下方的监测绳索4，由于监测绳索4被配重块35紧紧拉直，监测绳索4的细微变化都将反映在位移监测装置34的变化上，位移监测装置34发送位置信号至电气箱36，电气箱36内设有位移或位置原始数据转换电路和芯片，能够将位移监测装置34的电子脉冲、编码、电流、电压、电阻等电信号转换成位移或位置数据，同时设定报警限值，当电气箱36监测到报警时将报警值和监测设备3所处的地球物理空间位置信息经nb-iot、4g等无线传输装置通过天线发送给接收主站或云端服务器，接收主站或云端服务器最终发送报警值和监测设备3所处的地球物理空间位置信息到监测服务器和手机app，使管理人员和巡检人员在第一时间就知道发生报警的地点。
41.采用上述用于监测路面开挖位置的装置的用于监测路面开挖位置的方法，包括以下步骤：首先将基准桩1、固定桩2建设在地面下方，将监测设备3固定连接在固定桩2上；然后将监测绳索4的起始端与基准桩1固定连接，将监测绳索4的末端通过滑轮机构32引导至位移监测装置34的上方并与配重块35的上端固定连接；监测绳索4在基准桩1与固定桩2之间的部分位于地面下方且位于地下管道的上方，监测绳索4在基准桩1与固定桩2之间的部分平行于地下管道；当有工程机械在地下管道的上方或周围挖动时，触动监测绳索4，监测绳索4的变化反映在位移监测装置34的变化上，位移监测装置34发送位置信号至电气箱36，当电气箱36监测到报警时将报警值和监测设备3所处的地球物理空间位置信息经nb-iot、4g等无线传输装置通过天线发送给接收主站或云端服务器，接收主站或云端服务器最终发送报警值和监测设备3所处的地球物理空间位置信息到监测服务器和手机app，使管理人员
和巡检人员在第一时间就知道发生报警的地点。
42.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。