一种基于mems传感器的基坑智能监测方法及监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于mems传感器的综合基坑监测系统，包括MEMS加速度传感器模块、频率选择模块、模数转换模块和数据处理模块，并且模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接；还包括监测方法，该监测方法包括选定基准点，计算基坑支护的水平位移，得出水平位移曲线，根据水平位移曲线的曲率布置mems加速度传感器，利用MENS倾角传感设备自动检测所在位置的变形；给基坑的检测提供了全方位的数据，从而使专家能制定更完善的施工方案，先利用MEMS倾角传感设备检测基坑围护桩的各项数据，然后通过坑支护的弹性支点法计算出水平位移量，最后将数据依次传输到中心传输终端、服务器，完成了无人自动、实时、全程地智能监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于mems传感器的基坑智能监测方法及监测系统
本专利技术涉及基坑监测
，具体为一种基于mems传感器的基坑智能监测方法及监测系统。
技术介绍
随着我国经济和社会的不断发展，国内深基坑工程的数量在不断的增多，基坑施工的开挖深度越来越深，从浅基坑发展到目前的深基坑，可达20多米，由于岩土体的复杂性，包括成因、地下水、建筑环境、地下设施变化等因素，对基坑位移监测造成很大的挑战。随着计算机技术的发展，未来监测系统必然向自动化、智能化的方向发展，运用多种分析软件对基坑变形的实测数据进行反分析预测，实现“安全监测-实时监测-快速反馈-施工控制-在线管理”的有效循环，研发精度高的硬件，以及开发基坑监测信息管理、预测系统软件，构建基坑施工工况信息共享云平台，是基坑监测技术发展和信息化施工的必经之路。在国外，已使用由监测机器人和一系列的传感器组成的自动监控系统，对某矿山深基坑的高边坡进行了监测。该系统能够进行数据自动、实时及无线采集，并根据边坡位移变化速率和边坡位移变化阀值进行预警等，同时具有利用激光扫描建模系统对基坑工程施工现场进行扫描建模，实现了自动化建模、图形图像处理及模型渲染等功能。此外，该系统能够将三维激光扫描技术与主流的有限元分析方法相结合，从而实现了自动数据采集、实时数据分析、数值分析预测等。目前我国基坑监测工作主要还停留在人工阶段，即通过一定频率的对基坑工程现场采集数据，进行内业处理，然后提供纸质或者电子的数据报告。基坑工程的海量数据采集和存储在信息化施工中是非常重要的，这就使得基坑监测在指导施工时存在时间差，或者说不能信息化的指导施工。目前监测市场上还存在着编造数据，编造报告的问题。从而难以通过基坑监测工作来控制指导工程安全实施。目前在国内基坑监测和预报系统的设备基本上是仍然沿用传统的、老式的设备，使得现有的震动监测有如下不便：1、重量大，体积大，不方便运输和存储；2、测量震动数值不精确；3、功耗大，一般达几十瓦以上；4、关键的拾震器机械构件容易损坏，怕冲击，怕碰撞，搬运和保养不易；5、对数据采集处理不便。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足，本专利技术提供一种基于mems传感器的综合基坑监测系统及基坑结构，直接依附设置在挡墙上，本身的结构简单，而且能够克服现实环境中的影响因素，采用相应的保护结构，防止机械结构被损坏，从而实现数据的自动采集和处理，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，包括如下步骤：S100、选定基准点，计算基坑支护的水平位移，得出水平位移曲线；S200、根据水平位移曲线的曲率选择布置mems加速度传感器的指定位置，并将mems加速度传感器放入指定位置；S300、mems加速度传感器自动检测所在位置的变形，并将检测到的变形数据发送到中心传输终端进行处理。作为本专利技术一种优选的技术方案，计算水平位移的步骤如下：根据基坑支护的弹性支点法计算水平位移，支护结构挠曲线方程为：f＝mzy；式中，EI-支护结构计算宽度的抗弯刚度，y-水平位移，z-支护结构顶部至计算点的距离，ek-基坑外侧水平载荷标准值，b1-侧向土压力计算宽度，b0-土的抗力计算宽度，h-工况基坑开挖深度，m-水平地基反力比例系数，f-水平地基反力。作为本专利技术一种优选的技术方案，求出水平力f后，参照桩头作用水平力和力矩的完全埋置的水平受载桩的理论，求得开挖面以下各深度的位移、弯矩以及剪力，具体计算公式如下：Tj＝Kj(yj-y0j)＝T0j；式中，Tj–支撑力，T0j–支撑预加的轴力，Kj–支撑弹簧刚度，yj–计算得出的支撑j处的水平位移，y0j–支撑j处支撑设置前的水平位移，H0-桩顶水平力，M0-弯矩，h-深度。作为本专利技术一种优选的技术方案，计算出基坑各深度的弯矩、剪力和位移后，进行的步骤如下：S201、根据不同的基坑支护方式，应用解析或者应用软件，得到不同的水平位移曲线；S202、计算曲线的曲率，并根据曲线的曲率来选择布置mems加速度传感器的指定位置，将mems加速度传感器布置在曲率最大的位置，从而使检测的整体精度达到最高。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述mems加速度传感器自带蓄电池电源，mems加速度传感器在无人值守的情况下自动测量所在位置处的变形量，并通过无线自组网络将检测的信号即时地发送到附近的中心传输终端。另外，本专利技术还提供了一种基于mems传感器的综合基坑监测系统，包括：MEMS加速度传感器模块，用于接收X、Y、Z三个方向的震动波信号；频率选择模块，所述频率选择模块与三轴向的MEMS加速度传感器模块电性连接，用于将接收的基坑震动波信号分解成所需频率信号；模数转换模块，所述模数转换模块与所述频率选择模块电性连接，用于将分解后的所需频率信号进行模数转换得到数字信号；数据处理模块，数据处理模块与所述模数转换模块电性连接，用于根据转换后得到的数字信号进行信息综合处理并将结果输出到服务器完成对监测数据的接受、存储和处理等功能；所述模数转换组与所述数据处理模组之间通过系统总线电性连接。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述频率选择模块包括:宽频带监测单元，用于将接收来的震动波信号分解成宽频带所需监测信号；短周期监测单元，用于将接收来的震动波信号分解成短周期所需监测信号。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述频率选择模块还包括各频带处理单元，用于将各个频带监测所需信号进行处理得到甚宽频带震动检测结果。作为本专利技术一种优选的技术方案，模数转换模块包括:至少一路的A/D转换模块，用于对所需信号进行模数转换；震动波采集分析应用单元，用于实现不同的震动监测方式及其选择，进而不同的监测功能。作为本专利技术一种优选的技术方案，数据处理模块包括:服务器在线完成变形监测数据的接收、存储、处理、分析、报警、可视化展现功能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术利用MEMS加速度传感器技术、频率分配、计算机、通信、网络、自动控制等技术，将基坑监测系统纳入到统一的平台中，实现信息集成，形成以信息集成为核心，集数据采集、监测、控制、管理、预警于一体的网络化、信息化和智能化的综合系统。其目的旨在为各种震动监测数据，各种监测目标提供高自动化、高可靠性的集成监测平台，并提供一种开放式的、高可扩展性的具备功能动态配置、灵活重组特性的信息集成体系架构，实现功能与设备的分离、信息采集与信息使用的分离、数据与应用的分离，从而解除系统功能与设备紧耦合的绑定关系，消除当前日益严重的测震系统功能扩展与总体优化间的矛盾，达到震动监测网各分系统统一的目标；(2)本专利技术的基坑变形的检测方法能检测沉降、位移、应力变化、水位、水压力、坑底回弹等方面的数据，检测的可对比数据多，给基坑的检测提供了全方位的数据，通过MEMS加速度传感器检测基坑围护桩的各项数据和变形参数，然后通过坑支护的弹性支点法计算出水平位移量和其他变形量，然后将数据依次传输到中心传输终端、服务器，完成了无人自动监测和实时的基桩变形监测，监测数据实时高效，能全程对基桩围护桩的变形情况进行监测并绘制，且最终服务器在线完成对变形监测数据的接收、对数据的相应处理、自动存储数据、数据的绘图和分析、数据的报价、将数据以图表和文字形式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S100、选定基准点，计算基坑支护的水平位移，得出水平位移曲线；S200、根据水平位移曲线的曲率选择布置mems加速度传感器的指定位置，并将mems加速度传感器放入指定位置；S300、mems加速度传感器自动检测所在位置的变形，并将检测到的变形数据发送到中心传输终端进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，其特征在于，包括如下步骤：S100、选定基准点，计算基坑支护的水平位移，得出水平位移曲线；S200、根据水平位移曲线的曲率选择布置mems加速度传感器的指定位置，并将mems加速度传感器放入指定位置；S300、mems加速度传感器自动检测所在位置的变形，并将检测到的变形数据发送到中心传输终端进行处理。2.根据权利要求1所述的一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，其特征在于，计算水平位移的步骤如下：根据基坑支护的弹性支点法计算水平位移，支护结构挠曲线方程为：f＝mzy；式中，EI-支护结构计算宽度的抗弯刚度，y-水平位移，z-支护结构顶部至计算点的距离，ek-基坑外侧水平载荷标准值，b1-侧向土压力计算宽度，b0-土的抗力计算宽度，h-工况基坑开挖深度，m-水平地基反力比例系数，f-水平地基反力。3.根据权利要求2所述的一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，其特征在于，求出水平力f后，参照桩头作用水平力和力矩的完全埋置的水平受载桩的理论，求得开挖面以下各深度的位移、弯矩以及剪力，具体计算公式如下：Tj＝Kj(yj-y0j)＝T0j；式中，Tj–支撑力，T0j–支撑预加的轴力，Kj–支撑弹簧刚度，yj–计算得出的支撑j处的水平位移，y0j–支撑j处支撑设置前的水平位移，H0-桩顶水平力，M0-弯矩，h-深度。4.根据权利要求3所述的一种基于mems传感器的基坑智能监测方法，其特征在于，计算出基坑各深度的弯矩、剪力和位移后，进行的步骤如下：S201、根据不同的基坑支护方式，应用解析或者应用软件，得到不同的水平位移曲线；S202、计算曲线的曲率，并根据曲线的曲率来选择布置mems加速度传感器的指定位置，将mems加速度传感器布置在曲率最大的位置，从而使检测的整体精度达到最高。5.根据权利要求1所述的一种基于mems...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟达，彭凯贝，郑梦雨，王涛，高文生，唐波，
申请(专利权)人：建研地基基础工程有限责任公司，北京雷雨达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11