一种基岩标稳定性监测系统的制作方法

1.本发明涉及基岩标和地面沉降监测领域，尤其是一种基岩标稳定性监测系统。


背景技术：

2.基岩标一般作为水准测量基点埋设在稳定基岩上，主要用途包括水准测量和地质变动观测，如为大型工程建设及地震观测等提供高程水准。
3.基岩标主要由主标和副标两部分组成，其中主标作为水准点使用，副标也称护壁管，主要起到保护主标的作用。按照埋标基岩深度，基岩标可分为浅层标和深层标，浅层标多指埋深数十米以内于浅层基岩上的基岩标，深层标指埋深百米以上甚至上千米，以深层稳定基岩为基础的基岩标，多数情况下深层表稳定性优于浅层表。
4.埋设于稳定基岩的基岩标稳定性要优于普通埋石水准，但也存在一定的失稳现象，例如浅层基岩标仍然可能受到地下水位影响高程稳定，深层基岩标受基岩硬度影响和施工影响，副标切割基岩后下沉，对主标稳定性存在影响等，一般基岩标建立后需进行长期观测以便验证其稳定性。
5.基岩标稳定性监测多以精密水准测量为主，然精密水准联测主要为验证实际高程，期间用时较常，且耗费大量人力，无法连续观测。目前，已有利用静力水准原理，采用液面式或压差式静力水准仪监测基岩标稳定，如天津李七庄基岩标采用液面型静力水准仪对基岩标稳定性进行监测，海河流域基岩标采用压差式静力水准仪进行监测，前者精度较高，但量程较低，超量程后需重新标定，会由此引入误差，且体积大，对基岩标水准测量功能存在一定影响，一般多用于近程监测；后者量程大，但精度相对较高，多用于远程监测。静力水准监测除能够监测基岩标稳定性外，同时可以配合基岩标，用于区域性地面沉降监测。
6.综上，目前需要一种体积小、量程宽、精度高的可连续观测的监测系统，用于基岩标稳定性监测，以及辅助区域地面沉降监测。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是，提供一种基岩标稳定性监测系统，对基岩标稳定性进行长期连续观测，并监测区域地面沉降。
8.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基岩标稳定性监测系统，包括感知系统、采集分析传输系统、供电系统、基岩标、固定系统、展示系统和反光系统；
9.感知系统包括两个激光位移传感器和一个温度传感器，用于感知基岩标位移数据和环境温度数据；
10.采集分析传输系统包括采集模块、控制分析模块、通信模块，用于采集、分析感知系统数据，并将原始及分析后数据传输至展示系统进行展示；
11.供电系统包括光伏板、蓄电池组、充电转换器，为感知系统、采集分析传输系统提供直流24v电能；
12.基岩标包括基岩标主标与基岩标副标；
13.固定系统包括三个喉箍、两个固定板，用于固定反光系统和感知系统的模块、设备；
14.展示系统包括云平台服务端，用于系统数据展示；
15.反光系统包括反光托板、反光板，用于反射感知系统激光位移传感器传感器中激光束；
16.三个喉箍中的两个将两个固定板固定于基岩标主标上，另一个喉箍将反光托板固定于基岩标副标之上；
17.两个激光位移传感器分别安装在两个固定板之上，其中一个激光位移传感器正对反光托板，保证该激光位移传感器激光束正射反光托板，反光板放置于地面上，保证另一个激光位移传感器激光束正射反光板，保证反光板与反光托板在竖直方向的投影没有重叠；
18.感知系统与采集分析传输系统相连，两个激光位移传感器和温度传感器与采集模块电连，采集模块通过4-20ma模拟量采集接口采集激光位移传感器和温度传感器数据，采集模块通过dc 24v对外供电接口为激光位移传感器和温度传感器供电；
19.供电系统与采集分析传输系统相连，为采集分析传输系统提供电能，光伏板、蓄电池组、控制分析模块分别与充电转换器电连；
20.采集分析传输系统中，采集模块和通信模块分别与控制分析模块电连，控制分析模块为采集模块和通信模块提供dc 24v电能，采集模块和通信模块与控制分析模块采用rs-485总线及modbus-rtu协议进行通信，控制分析模块为主站，采集模块和通信模块为从站。
21.日光充足情况下，光伏板通过充电转换器为蓄电池组充电及为控制分析模块供电；日光不足情况下，蓄电池组通过充电转换器为控制分析模块供电。
22.所述控制分析模块包括北斗授时系统、参数设定系统、定时系统、数据分析系统和协议封装系统；
23.北斗授时系统利用北斗卫星导航系统为系统提供精准授时；
24.参数设定系统用于设定采集分析传输系统采集传感器数据频率、定时上报数据频率；
25.定时系统提供两个定时器，包括定时器1和定时器2，其中，定时器1根据参数设定系统设定的采集传感器数据频率定时启动控制分析模块获取采集模块所采集的数据；定时器2根据参数设定系统设定的定时上报数据频率定时启动控制分析模块向通信模块发送原始数据及分析处理的数据；
26.数据分析系统对从采集模块获取的两个激光位移传感器数据进行分析；
27.协议封装系统根据水文通信规约规定对采集的原始数据及分析处理后的数据进行报文协议的封装，控制分析模块通过rs-485总线将该报文发送至通信模块，通信模块将封装后的报文通过4g、gprs、北斗短报文中的一种通信方式将数据发送至展示系统，展示系统将接收到的数据通过云平台服务端进行展示。
28.所述固定板、反光托板、反光板为因瓦钢材质，喉箍为不锈钢材质。
29.本发明的有益效果是：本发明能够替代静力水准仪监测系统用于基岩标稳定性及地面沉降监测，采用激光位移传感器测距，相对于液面型静力水准仪具备体积小、灵敏度高、受温差影响小、量程大的优点，相对于压差型静力水准仪具备精度高、系统复杂度低等
优点，系统具备远程通信功能，能够实时显示基岩标状态及地面沉降情况。
附图说明
30.图1是本发明的基岩标稳定性监测系统的结构示意图；
31.图2是本发明正常运行过程中，控制分析模块的各子系统具体的控制分析通信流程图。
具体实施方式
32.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；显然，所描述的实施例仅仅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做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。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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，而不是指示或暗示所指的装置或元件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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.如图1所示，本发明的基岩标稳定性监测系统，包括感知系统、采集分析传输系统、供电系统、基岩标、固定系统、展示系统和反光系统；
36.感知系统包括两个激光位移传感器8和一个温度传感器9，用于感知基岩标位移数据和环境温度数据；
37.采集分析传输系统包括采集模块10、控制分析模块11、通信模块12，用于采集、分析感知系统数据，并将原始及分析后数据传输至展示系统进行展示；
38.供电系统包括光伏板13、蓄电池组14、充电转换器15，为感知系统、采集分析传输系统提供直流24v电能；
39.基岩标包括基岩标主标16与基岩标副标17；
40.固定系统包括三个喉箍18、两个固定板19，用于固定反光系统和感知系统的模块、设备；
41.展示系统包括云平台服务端20，用于系统数据展示；
42.反光系统包括反光托板21、反光板22，用于反射感知系统激光位移传感器传感器9中激光束；
43.三个喉箍18中的两个将两个固定板19固定于基岩标主标16上，另一个喉箍18将反光托板21固定于基岩标副标17之上；
44.两个激光位移传感器8分别安装在两个固定板19之上，其中一个激光位移传感器8
正对反光托板21，保证该激光位移传感器8激光束正射反光托板21，反光板22放置于地面上，保证另一个激光位移传感器8激光束正射反光板22，保证反光板22与反光托板21在竖直方向的投影没有重叠；
45.感知系统与采集分析传输系统相连，两个激光位移传感器8和温度传感器9与采集模块10电连，采集模块10通过4-20ma模拟量采集接口采集激光位移传感器8和温度传感器9数据，采集模块10通过dc 24v对外供电接口为激光位移传感器8和温度传感器9供电；
46.供电系统与采集分析传输系统相连，为采集分析传输系统提供电能，光伏板13、蓄电池组14、控制分析模块11分别与充电转换器15电连；日光充足情况下，光伏板13通过充电转换器15为蓄电池组14充电及为控制分析模块11供电；日光不足情况下，蓄电池组14通过充电转换器15为控制分析模块11供电。
47.采集分析传输系统中，采集模块10和通信模块12分别与控制分析模块11电连，控制分析模块11为采集模块10和通信模块12提供dc 24v电能，采集模块10和通信模块12与控制分析模块11采用rs-485总线及modbus-rtu协议进行通信，控制分析模块11为主站，采集模块10和通信模块12为从站。
48.所述控制分析模块11包括北斗授时系统、参数设定系统、定时系统、数据分析系统和协议封装系统；
49.北斗授时系统利用北斗卫星导航系统为系统提供精准授时；
50.参数设定系统用于设定采集分析传输系统采集传感器数据频率、定时上报数据频率；
51.定时系统提供两个定时器，包括定时器1和定时器2，其中，定时器1根据参数设定系统设定的采集传感器数据频率定时启动控制分析模块11获取采集模块10所采集的数据；定时器2根据参数设定系统设定的定时上报数据频率定时启动控制分析模块11向通信模块12发送原始数据及分析处理的数据；
52.数据分析系统对从采集模块10获取的两个激光位移传感器8数据进行分析；
53.协议封装系统根据水文通信规约规定对采集的原始数据及分析处理后的数据进行报文协议的封装，控制分析模块11通过rs-485总线将该报文发送至通信模块12，通信模块12将封装后的报文通过4g、gprs、北斗短报文中的一种通信方式将数据发送至展示系统，展示系统将接收到的数据通过云平台服务端20进行展示。
54.所述固定板19、反光托板21、反光板22为因瓦钢材质，喉箍18为不锈钢材质。
55.具体地说，如图1所示，使用三个喉箍18中的两个将两个固定板19固定于基岩标主标16上，使用另一个喉箍18将反光托板21固定于基岩标副标17之上；
56.将两个激光位移传感器8分别安装在两个固定板19之上，其中一个激光位移传感器8正对反光托板21，保证该激光位移传感器8激光束正射反光托板21；
57.将温度传感器9安装于墙壁上；
58.将反光板22放置于地面上，保证另一个激光位移传感器8激光束正射反光板22；
59.保证反光板22与反光托板21在竖直方向的投影没有重叠；
60.将光伏板13安装于室外墙壁向阳面；
61.将蓄电池组14、充电转换器15、采集模块10、控制分析模块11、通信模块12固定于室内墙壁上；
62.在墙壁上打孔，使用电线穿过该孔将光伏板13与充电转换器15电连；
63.将蓄电池组14、控制分析模块11分别与充电转换器15电连；
64.将激光位移传感器8和温度传感器9与采集模块10电连；
65.将采集模块10和通信模块12分别与控制分析模块11电连；
66.系统安装完毕后，上电；
67.通过参数设定系统24设定采集分析传输系统采集传感器数据频率、定时上报数据频率等参数；
68.此时，系统自动采集分析两个激光位移传感器8和温度传感器9数据，并通过通信模块12将原始数据和处理后的数据发送至展示系统的云平台服务端20，供专业人员进行查看。
69.如图2所示，系统正常运行过程中，控制分析模块11的各子系统具体的控制分析通信流程如下：
70.步骤s1：定时器1第一次达到预设时间，控制分析模块11获取并保存采集模块10所采集的正对反光托板21的激光位移传感器8和正对反光板22的激光位移传感器8的位移数据a0、b0及北斗授时系统对应此时刻的时间点数据t0，温度传感器9的温度数据k0；
71.步骤s2：定时器1任意第i次达到预设时间，控制分析模块11获取并保存采集模块10所采集的正对反光托板21的激光位移传感器8和正对反光板22的激光位移传感器8的位移数据ai、bi及北斗授时系统23对应此时刻的时间点数据ti，温度传感器9的温度数据ki；
72.步骤s3：由数据分析系统计算定时器1任意第i次ti时刻达到预设时间时，基岩标主标16相对基岩标副标17位移xi及位移速率v
xi
，公式为基岩标主16相对地面沉降位移yi及位移速率v
yi
，公式为地面相对基岩标副标17沉降位移zi及位移速率v
zi
，公式为
73.步骤s4：定时器2达到预设时间，将定时器2运行时间内采集的原始数据及分析处理后的数据通过协议封装系统进行报文协议的封装；
74.步骤s5：控制分析模块11通过rs-485总线将该封装报文发送至通信模块12，通信模块12将封装后的报文通过4g、gprs、北斗短报文等中的一种通信方式将数据发送至展示系统。
75.以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。