高支模位移监测系统及监测方法与流程

1.本发明涉及建筑施工模板监测技术领域，特别是涉及一种高支模位移监测系统及监测方法。


背景技术：

2.随着城市化进程的加快和建筑技术的快速发展，高支模系统作为模板支撑体系得到了越来越广泛的应用，由于高支模系统本身具有多样性、复杂性及高危性的特点，近年来高支模系统坍塌事故频繁发生，因此对高支模板安全管理提出了更高的要求。
3.以往，传统的测量高支模水平位移的方法主要是利用全站仪和反射片或利用拉绳式位移传感器来测量变化量，全站仪和反射片的测量方式存在通视条件要求高、测点设置在支架外围无法测量支架内部状况等弊端，难以起到预防事故的效果；而拉绳式位移传感器要求拉绳一端固定在待监测杆件上，另一端固定在稳定不动的工作基准点上，拉绳监测过程中易受刮风、下雨、施工时脚手架误碰等外界环境干扰，从而造成数据不准，因此，不适于大面积推广和应用。
4.现有中国专利公开号：cn110243294a，名称为基于ccd图像传感器应用的高支模立杆位移实时监测系统的现有技术，该申请公开了基于ccd图像传感器应用的高支模立杆位移实时监测系统，其利用激光发射器发射激光，使激光照射在ccd面板处成像为检测图像，分析模块对检测图像的移动进行分析，根据检测图像的位移值来评估高支模立杆的位移值；但其在实际使用中存在如下缺陷：1、激光线直接照射于ccd器件上，ccd器件易老化失效，寿命短；2、激光发射装置与ccd器件分别布置在发射点和监测点，由于ccd器件受光面积较小，现场监测点位置分散且距离较远，因此，现场安装调试时难度极大。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决上述问题，从而提供一种能够延长ccd器件寿命的、便于调试的高支模位移监测系统及监测方法。
6.发明解决所述问题，采用的技术方案是：一种高支模位移监测系统，包括若干数据采集模块和与数据采集模块通信连接的总站通信模块，数据采集模块包括采集控制器和与采集控制器连接的监测组件，监测组件包括激光发射器和ccd传感器，还包括支撑架，监测组件可拆卸连接在支撑架上，被监测点上安装有定位片，激光发射器向被监测点发射激光，发射的激光线束投射到定位片形成光点，光点投影到ccd传感器上；还包括智慧工地管理平台，ccd传感器将光点位置信号传输至采集控制器，采集控制器将光点位置信号通过总站通信模块传输至智慧工地管理平台，智慧工地管理平台包括与总站通信模块连接的主服务器，主服务器连接有数据库、显示大屏和报警模块。
7.作为优选，本发明更进一步的技术方案是：还包括光学变焦滤镜，光学变焦滤镜位于定位片和ccd传感器之间；用以过滤掉自
然光等其他光谱，只保留激光透过，经光学变焦滤镜滤光、变焦后将光点聚焦后投影到ccd传感器上。
8.支撑架包括用于安装监测组件的监测组件支撑架、用于安装光学变焦滤镜的滤镜支撑架和用于安装定位片的定位片支撑架；监测组件支撑架上设置有支撑板，支撑板上设有等腰三角形内凹安装槽，激光发射器和ccd传感器分别安装于安装槽两腰侧；激光发射器和ccd传感器布置在同一安装槽两侧，解决了现场监测点位置分散且距离较远，激光发射器和ccd传感器安装调试难度大的问题。
9.每个监测组件支撑架上设置两个支撑板，两个支撑板呈t字型设置；激光发射器包括第一发射器和第二发射器，ccd传感器包括第一传感器和第二传感器；第一发射器和第一传感器安装于其中一个支撑板的安装槽内，第二发射器和第二传感器安装于另一个支撑板的安装槽内；能同时监测水平方向、竖直方向上的位移。
10.采集控制器包括采集处理器，采集处理器上连接有信号调节电路、发射控制电路、寄存输出电路、da转换电路、整形滤波电路和分站无线网络通信单元，信号调节电路与ccd传感器通信连接，发射控制电路与激光发射器通信连接，分站无线网络通信单元和总站通信模块通信连接。
11.分站无线网络通信单元和总站通信模块采用lora无线通信模块；lora无线通信模块采用集群式工作模式，使总站通信模块能够同时接收来自多个分站无线网络通信单元的通信信号，处理数据更高效，便于集成化管理各监测点。
12.本发明还提供了一种高支模位移监测方法，使用高支模位移监测装置进行，包括如下步骤：s1，安装支撑架：在高支模脚手架的被监测点处设置用于安装定位片的定位片支撑架，安装定位片；在高支模脚手架的监测点处设置用于监测高支模脚手架架体内相对位置变化的监测组件支撑架，安装监测组件；使激光发射器发射激光能够投射在定位片上形成光点，光点能够投影到ccd传感器上；s2，安装光学变焦滤镜：在对应的定位片和ccd传感器之间设置滤镜支撑架，在滤镜支撑架上安装光学变焦滤镜，光学变焦滤镜位于光点和ccd传感器的投影路径上，调整光学变焦滤镜偏角使光点投影清晰；s3，数据采集：数据采集模块控制激光发射器发射激光光束至定位片上形成光点，光点经光学变焦滤镜滤光和聚焦后投影到ccd传感器上，ccd传感器将光点位置信号，传输至数据采集模块，采集模块将光点位置信号通过总站通信模块传输至智慧工地管理平台的主服务器；s4：数据处理：智慧工地管理平台的主服务器将光点位置信号按时间维度存入数据库进行长期保存，以备调用；主服务器将每次测得的光点位置信号与初始光点位置信号做矢量差值计算得到位移量，主服务器中预设有位移预警值和位移报警值，位移量达到位移预警值和位移报警值时，主服务器控制报警模块进行预警和报警；同时，管理人员通过主服务器获取实时数据、历史数据、历史数据生成的曲线图和报表及报警信息，实时数据、历史数据、历史数据生成的曲线图和报表及报警信息传输至显示大屏进行显示。
13.进一步的，步骤s1中还包括，在基础上设置用于监测高支模脚手架架体整体位置变化的监测组件支撑架，安装另一组监测组件。
14.还包括移动端，移动端能够通过wifi或热点连接总站通信模块连接主服务器，获取实时状态、报警信息、历史数据生成的曲线图和报表。
15.采用本发明现有技术相比，其突出的特点是：1、本发明通过定位片，将激光发射器发射的激光线形成光点，再投影到ccd传感器上，避免激光直接照射在ccd传感器上，延长了ccd传感器寿命；2、采用激光三角成像原理，激光发射器和ccd传感器布置在同一支撑架体上，便于施工人员调节激光发射角度，解决了ccd器件受光面积较小不便于安装调试的问题；3、通过将光点位置信号传输至主服务器，实现了多监测点位置信息同时监测，集成化程度高，便于管理人员集中管控；4、通过将光点位置信号按时间维度存入数据库，便于管理人员进行历史记录查询、获取历史数据生成的曲线图和报表，便于监管。
附图说明
16.图1为本发明实施例中高支模位移监测系统的结构示意图；图2为本发明实施例中高支模位移监测系统的安装结构示意图；图3为图2中c处的放大结构示意图；图4为本发明实施例中监测系统光点投影路径的结构示意图。
17.图中：a、数据采集模块；a1、监测组件；b、智慧工地管理平台；1、激光发射器；2、ccd传感器；3、采集处理器；4、信号调节电路；5、发射控制电路；6、寄存输出电路；7、da转换电路；8、整形滤波电路；9、分站无线网络通信单元；10、总站通信模块；11、主服务器；12、数据库；13、移动端；14、定位片；15、支撑架；16、支撑板；17、高支模脚手架；1701、脚手架横杆；1702、脚手架立杆；18、光学变焦滤镜；19、报警模块；20、显示大屏；a1、激光线束；a2、光点投影路线。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好地理解本发明内容，因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。
19.如图1至图4所示，一种高支模位移监测系统，包括若干数据采集模块a和与数据采集模块a通信连接的总站通信模块10，数据采集模块a包括采集控制器和与采集控制器连接的监测组件a1，监测组件a1包括激光发射器1和ccd传感器2，还包括支撑架15，监测组件a1可拆卸连接在支撑架15上，被监测点上安装有定位片14，激光发射器1向被监测点发射激光，发射的激光线束a1投射到定位片14形成光点，光点投影到ccd传感器2上；还包括智慧工地管理平台b，ccd传感器2将光点位置信号传输至采集控制器，采集控制器将光点位置信号通过总站通信模块10传输至智慧工地管理平台b，智慧工地管理平台b包括与总站通信模块10连接的主服务器11，主服务器11连接有数据库12、显示大屏20和报警模块19，可以与常规的物联网终端接入，具有各类二次物联网模拟量或数字量互联开发功能，通过智慧工地管理平台b能够同时进行多点位监测，将监测数据保存在数据库12中以备查询，可生成曲线图和报表，供管理人员在显示大屏20上查看，且具备与移动端13（手机、平板电脑等）实时传送监测状态和报警信息的功能。其中，ccd传感器2采用采用东芝tcd1209d线性图像传感器，像敏单元为14um，测量距离为10mm至400mm，测量采样精度可达到400um，完全满足现场要求，
ccd传感器2的采样周期最小可以设置到200ns，本实施例中激光发射器1和ccd传感器2的采样周期均设置为100ms；定位片14采用白色磁贴，将白色磁贴吸附在被监测点上，本实施例利用三角法位移成像测量的原理，激光照射于定位片14上形成光点，当被监测点沿激光线束a1方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移；报警模块19包括蜂鸣器和警示灯，预警报警方式包括蜂鸣器蜂鸣、警示灯闪光、显示大屏20显示、移动端13显示等报警方式。
20.进一步的，还包括光学变焦滤镜18，光学变焦滤镜18位于定位片14和ccd传感器2之间；光学变焦滤镜18是光学聚焦透镜和激光波过滤镜片组合体，用以过滤掉其他光谱，只保留激光透过，且经变焦将激光点聚焦在ccd传感器2工作面上。
21.进一步的，支撑架15包括用于安装监测组件a1的监测组件a1支撑架、用于安装光学变焦滤镜18的滤镜支撑架和用于安装定位片14的定位片支撑架；监测组件a1支撑架15上设置有支撑板16，支撑板16上设有等腰三角形内凹安装槽，激光发射器1和ccd传感器2分别安装于安装槽两腰侧进一步的，每个监测组件a1支撑架15上设置两个支撑板16，两个支撑板16呈t字型设置；激光发射器1包括第一发射器和第二发射器，ccd传感器2包括第一传感器和第二传感器；第一发射器和第一传感器安装于其中一个支撑板16的安装槽内，第二发射器和第二传感器安装于另一个支撑板16的安装槽内。
22.进一步的，采集控制器包括采集处理器3，采集处理器3上连接有信号调节电路4、发射控制电路5、寄存输出电路6、da转换电路7、整形滤波电路8和分站无线网络通信单元9，信号调节电路4与ccd传感器2通信连接，发射控制电路5与激光发射器1通信连接，分站无线网络通信单元9和总站通信模块10通信连接。其中，采集处理器3采用stm32f103rb微处理器，采集处理器3上还集成有12位四通道模拟量采集模块（ai-4ai-to485），模拟量采集模块输入端能够同时接收多路来自ccd传感器2的位置信息，模拟量采集模块同时具备2路开关量输出，为现场报警使用，模拟量采集模块输出为标准的modbus rtu协议，与lora终端兼容，采用485串行模式与lora无线通信模块连接，这种信号传输方式的优点在于传输距离远、抗干扰能力强，能有效防止施工现场环境的供电噪音和环境电磁波干扰；寄存输出电路6采用adc9224寄存器，是12bit高效模数转换寄存器，接收来自ccd传感器2经采集处理器3采样的复合信号，进行二值化处理，保留有效数字信息；da转换电路7为12位数字/模拟转换器件，进一步将寄存输出电路6的二值数据转换为线性模拟信号，其目的是提升信息的敏捷性和兼容性，其处理后的信号以0v到5v的模拟量输出；整形滤波电路8是采用lc电路型低通滤波器，以阻断高频脉冲和其他高频谐波分量的干扰通过，使模拟量信号更加真实稳定，提高抗干扰能力。工作时，采集处理器3产生驱动脉冲，通过电平转换之后驱动ccd传感器2工作，ccd传感器2的光敏单元受光的激发产生电信号，并在驱动脉冲的作用下输出离散的模拟信号，经信号滤波放大后通过da转换电路7，然后，采集处理器3读取da转换电路7转换结果并存入采集处理器3内ram中。
23.进一步的，采集处理器3、信号调节电路4、发射控制电路5、寄存输出电路6、da转换电路7、整形滤波电路8、分站无线网络通信单元9集成于同一电路板上，目的是这些电路装置在同一集成电路板上工作性能稳定，调试方便。
24.进一步的，分站无线网络通信单元9和总站通信模块10采用lora无线通信模块；
lora无线通信模块是新型的扩容式数据通信模块，本事实例中采用型号为ug87-lora的通信模块，它具备与现有各类物联网和计算机系统联网的特性，可直接接入现场智慧工地网络，其接入数据信息可以透传到服务器的各类接口上，信息本身无损失无延迟，对本例监测可以确保实时准确。
25.本发明还提供了一种高支模位移监测方法，使用高支模位移监测装置进行，包括如下步骤：s1，安装支撑架15：在高支模脚手架17的被监测点处设置用于安装定位片14的定位片支撑架，高支模脚手架17包括脚手架立杆1702和脚手架横杆1701，定位片支撑架由水平设置的角钢和垂直焊接在角钢上的竖板制作制作而成，通过u型抱箍连接在高支模脚手架立杆1702上，角钢垂直于脚手架立杆设置，角钢两端各设有一个u型抱箍，两u型抱箍连接在间隔1-4个立柱的两根立柱上，定位片14设置有两个，一个贴吸附于角钢上，另一个吸附于竖板上；在高支模脚手架17的监测点处设置用于监测高支模脚手架17架体内相对位置变化的监测组件a1支撑架，由连接杆和连接在连接杆上的t型板制作而成，连接杆通过u型抱箍连接在高支模脚手架立杆1702上，t型板的横板和竖板上设有支撑板16，将激光发射器1和ccd传感器2安装在支撑板16上，使激光发射器1发射的激光线束a1能够投射在定位片14上形成光点，光点通过光点投影路线a2能够投影到ccd传感器2光敏板上；s2，安装光学变焦滤镜18：在对应的定位片14和ccd传感器2之间（光点投影路线a2上）设置有滤镜支撑架，在滤镜支撑架上安装光学变焦滤镜18，调整光学变焦滤镜18偏角使光点投影清晰；s3，数据采集：采集处理器3控制激光发射器1发射激光光束至定位片14上形成光点，光点经光学变焦滤镜18滤光后投影到ccd传感器2上，ccd传感器2将光点位置信号，传输至数据采集模块a的信号调节电路4，信号调节电路4将信号传递至采集处理器3，采集处理器3将信号传递给寄存输出电路6、da转换电路7、整形滤波电路8、分站无线网络通信单元9，通过分站无线网络通信单元9、总站通信模块10传输至智慧工地管理平台b的主服务器11；采集处理器3控制发射控制电路5控制激光器件发射激光的激光发射周期、采集处理器3控制信号调节电路4采样ccd传感器2的采样周期相同，在发射激光的同时向ccd传感器2发出采样输出许可脉冲信息和时钟信号，通过接收ccd传感器2发送的数据，完成一个周期的数据采样，采集处理器3将采样数据进行分解处理，得到12bit位深的数据传递到寄存输出电路6。
26.s4：数据处理：智慧工地管理平台b的主服务器11将光点位置信号按时间维度存入数据库12进行长期保存，以备调用；主服务器11将每次测得的光点位置信号与初始光点位置信号做矢量差值计算得到位移量，主服务器11中预设有位移预警值和位移报警值，位移量达到位移预警值和位移报警值时，主服务器11控制报警模块19进行预警和报警；同时，管理人员通过主服务器11获取实时数据、历史数据、历史数据生成的曲线图和报表及报警信息，实时数据、历史数据、历史数据生成的曲线图和报表及报警信息传输至显示大屏20进行显示。
27.进一步的，步骤s1中还包括，在基础上设置用于监测高支模脚手架17架体整体位置变化的监测组件a1支撑架，安装另一组监测组件a1。本方法的检测原理为，数据采集模块a采集的位置信息会发生变化，若被监测点向靠近激光发射器1的一端移动时，数据采集模
块a输出的模拟量电压会下降，若被监测点向远离激光发射器1的一端移动时，数据采集模块a输出的模拟量电压会上升，输出电压变化量与位移变化量成线性比例；通过支撑架15安装于高支模脚手架17的不同脚手架立杆1702上的定位片14、激光发射器1、ccd传感器2能够监测高支模系统发生不均匀的水平或垂直方向变形所产生相对位移；通过支撑架15安装于基础水平地面上的激光发射器1及ccd传感器2、通过支撑架15安装于高支模脚手架立杆1702上的定位片14，能够监测高支模系统发生的整体位移。
28.进一步的，还包括移动端13，移动端13能够通过wifi或热点连接总站通信模块10连接主服务器11，获取实时状态、报警信息、历史数据生成的曲线图和报表。
29.本发明利用激光发射器1向安装在脚手架横杆或脚手架立杆上的定位片14发射激光线束a1，通过ccd传感器2进行成像，通过测量被监测点位置计算变化产生的位移量，在智慧工地管理平台b进行实时监测和报警，该监测方法能够在施工过程中，准确地检测出高支模的位移，当位移量超过预先设定的位移最大允许值时，通过报警模块19、显示大屏20、移动端13发出警报，能够有效预防施工过程中发生事故，避免直接经济损失和社会不良影响。
30.以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及其附图内容所作的等效变化，均包含于本发明的权利范围之内。