一种寒区边坡场地测斜监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种寒区边坡场地测斜监测系统，所述测斜监测系统包括自动控制测斜机头、机头控制保护装置、风光互补供能装置三部分，其中：所述自动控制测斜机头包括机头A、可伸缩式测斜步长自动控制器、机头B三部分；所述机头控制保护装置包括测斜系统保护外壳以及位于测斜系统保护外壳内的测斜机头旋转装置、测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述风光互补供能装置包括发电风机、太阳能电池板、供电控制装置和传输线缆。本发明专利技术的测斜监测系统适应低温、恶劣环境，便于安装，可选择固定模式与手持便携模式进行使用，集成化高，安装方便，适合于寒区土工建(构)筑物边坡进行有效可靠精准的长期土体内部位移监测。

【技术实现步骤摘要】
一种寒区边坡场地测斜监测系统
本专利技术属于岩土工程监测领域，涉及一种针对寒区的边坡场地测斜监测系统。
技术介绍
我国冻土区域分布广泛，于多年冻土或季节冻土区修建土木工程在施工期及运行期时有发生冻害现象，时有寒区天然或人工边坡因冻融循环失稳破坏案例发生。故对寒区土工建(构)筑物边坡的现场监测是保证寒区既有工程及未完成人工边坡安全施工使用及灾害预警的重要手段。而相比各种监测手段与监测内容中，钻孔土体内部位移监测是一种非常重要且有效的监测方法，此方法相比其他地表位移监测手段可以监测土体内部的长期变形并掌握滑移面位置，掌握土工建(构)筑物边坡的变形形态及工作状态。目前土体内部位移监测所需的设备主要为钻孔测斜仪。目前常规测斜仪大致是由数据采集设备、连接线缆、侧斜探头、测斜导轮及测斜管组成，常规测斜仪的工作原理为测斜探头通过测斜导轮沿测斜导管的凹槽提升或下降，测斜探头内的传感器可以测量每一深度处测斜导管的倾斜角度并输出电压信号，并由数据处理系统将其处理为测斜导管水平位移，从而可逐步测量整根测斜导管的位移变化。目前在寒区应用的测斜仪在使用方式上分为便携式测斜仪与固定式测斜仪。固定式测斜仪优点是可一次布设长期处于无人状态，可实时收集数据，使用无线手段进行数据收集。固定式测斜仪缺点较明显，主要是：①此类设备造价高昂，不适合于大型工程大面积布设使用；②在恶劣环境(如极端低温)下无法保证仪器正常工作甚至损坏；③测斜步长在仪器选型时就已确定，无法改变。④寒区普遍纬度较高，冬季日照时间较短且日照强度较弱，且降雪天气较多，仅用太阳能电池板供电无法保证系统长期供能需求。实际工程主要使用手持式便携式测斜仪。便携式测斜仪由监测人员携带，在不同工程测点通过测斜管进行监测，便携式测斜仪的优点是价格相对便宜、使用灵活，但其应用于寒区场地的缺点也非常明显，主要有：①便携式测斜仪相对单人携荷能力质量较大，主要为测杆配重与线缆由于功能要求设计过重，寒区冬季在工程测点距离较大的情况下对监测人员造成体力负担。②便携测斜仪不耐低温，在寒区冬季气温极低，在冬季监测常会发生电池损耗过快与数据精度变差等问题。③便携式测斜仪需在现场进行组装，在冬季施工条件下易造成部件损坏或安装困难。④土工建(构)筑物边坡通常处于电力供应缺失的区域，而冬季供电问题更加凸显，但便携式测斜仪完全充电后最长使用时间通常为几十小时，无法满足在寒区无电力供应的情况下连续几日监测。⑤传统便携式测斜仪只能监测土体内部位移，而不能附加其他功能模块，如含水量监测模块，方便其他土体变量监测。由此可见，现有寒区土体测斜技术有待进一步优化与改进。
技术实现思路
为了克服上述各类型测斜仪技术不足，本专利技术提供了一种可靠、便捷、高度集成化的寒区边坡场地测斜监测系统。该测斜监测系统不但可以不分季节长期进行寒区在建或运行期的土工建(构)筑物边坡土体内部位移的自动监测，而且可有效地用于针对寒区冬季恶劣条件下土工建(构)筑物边坡的土体内部位移监测与防灾预警，并可根据使用条件的不同成为可固定测斜或手持测斜的两用测斜监测系统，具有适应低温、安装方便、集成化高、便于回收、能源稳定、数据精确、可挂设其他监测模块的优点。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种寒区边坡场地测斜监测系统，包括自动控制测斜机头、机头控制保护装置、风光互补供能装置三部分，其中：所述自动控制测斜机头包括机头A、可伸缩式测斜步长自动控制器、机头B三部分；所述可伸缩式测斜步长自动控制器的两端连接机头A和机头B并可自由伸缩固定；所述机头控制保护装置包括测斜系统保护外壳以及位于测斜系统保护外壳内的测斜机头旋转装置、测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜机头旋转装置的上方设置有测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜控制模块由机头运行控制模块及数据采集模块组成，机头运行控制模块用于控制自动控制测斜机头升降完成监测，数据采集模块与机头A和机头B相连记录原始监测数据，并与数据传输模块相连；所述储能装置与自动控制测斜机头、数据传输模块、测斜系统保护外壳相连；所述数据传输模块用于将测斜控制模块收集的数据传输回数据终端，同时接收数据终端发回的命令对监测周期、监测步长进行调整；所述测斜机头旋转装置由测斜机头收纳装置、机头旋转动力装置、机头旋转控制装置组成；所述测斜机头收纳装置的下部插有测斜管，自动控制测斜机头可在测斜机头收纳装置和测斜管内上下移动，测斜机头收纳装置的中部安装有机头旋转动力装置，机头旋转控制装置位于机头旋转动力装置的下方，用于控制自动控制测斜机头在测斜机头收纳装置内的收回放出及机头旋转动力装置的启动与停止；所述风光互补供能装置包括发电风机、太阳能电池板、供电控制装置和传输线缆，发电风机和太阳能电池板通过传输线缆与供电控制装置相连，供电控制装置通过传输线缆与储能装置相连。本专利技术具有如下优点：1、本专利技术的测斜监测系统适合于寒区土工建(构)筑物边坡进行有效可靠精准的长期土体内部位移监测。2、本专利技术的测斜监测系统适应低温、恶劣环境，便于安装，集成化高，安装方便，可外挂水分传感器，使用低碳能源供能，数据保存传输安全可靠。3、本专利技术的测斜监测系统面对寒区复杂施工条件及长期运行条件，能节省大量人力物力完成监测任务。附图说明图1是本专利技术测斜监测系统的结构示意图；图2是机头A的结构示意图；图3是自动控制测斜机头的结构示意图；图4是机头B的结构示意图；图5是机头控制保护装置的结构示意图；图中，1-1：测斜机头、1-2：机头固定装置、1-3：常规测斜管、1-4：测斜系统保护外壳、1-5：测斜机头旋转装置、1-6：测斜控制模块、1-7：储能装置、1-8：数据传输模块、1-9：绝热隔水材料制基础、1-10：数据终端、1-11：发电风机、1-12：太阳能电池板、1-13：供电控制装置、1-14：传输线缆、2-1：动力导轮A、2-2：外接线缆、2-3：测斜导轮A、3-1：微型马达A、3-2：机头控制器A、3-3：自由伸缩杆、3-4：伸缩杆控制器、3-5：微型螺旋桨、3-6：微型马达B、3-7：机头控制器B、4-1：动力导轮B、4-2：外挂传感器导轨、4-3：测斜导轮B、5-1：机头收纳装置、5-2：机头旋转动力装置、5-5：机头旋转控制装置、5-4：硬质高强隔热外框、5-5：第一隔热保温层、5-6：主动加热层(电能加热)、5-7：第二隔热保温层、5-8：防潮层。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。如图1～5所示，本专利技术提供的寒区边坡场地测斜监测系统由自动控制测斜机头1-1、机头控制保护装置、风光互补供能装置三部分构成，自动控制测斜机头与风光互补供能装置各自与机头控制保护装置相连组成测斜监测系统，通过自动控制测斜机头及测斜管进行数据采集；机头控制保护装置可防雪、恒温、防潮、防雨、防风沙、测斜机头自动正反测变换、测斜机头线缆收放、机头运行控制及数据传输；风光互补供能装置供给测斜系统运行能源。各部分的具体构造如下：1、自动控制测斜机头1-1：自动控制测斜机头1-1分为机头A、可伸缩式测斜步长自动控制器、机头B三部分，此三部分均本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种寒区边坡场地测斜监测系统，其特征在于所述测斜监测系统包括自动控制测斜机头、机头控制保护装置、风光互补供能装置三部分，其中：所述自动控制测斜机头包括机头A、可伸缩式测斜步长自动控制器、机头B三部分；所述可伸缩式测斜步长自动控制器的两端连接机头A和机头B并可自由伸缩固定；所述机头控制保护装置包括测斜系统保护外壳以及位于测斜系统保护外壳内的测斜机头旋转装置、测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜机头旋转装置的上方设置有测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜控制模块由机头运行控制模块及数据采集模块组成，机头运行控制模块用于控制自动控制测斜机头升降完成监测，数据采集模块与机头A和机头B相连记录原始监测数据，并与数据传输模块相连；所述储能装置与自动控制测斜机头、数据传输模块、测斜系统保护外壳相连；所述数据传输模块用于将测斜控制模块收集的数据传输回数据终端，同时接收数据终端发回的命令对监测周期、监测步长进行调整；所述测斜机头旋转装置由测斜机头收纳装置、机头旋转动力装置、机头旋转控制装置组成；所述测斜机头收纳装置的下部插有测斜管，自动控制测斜机头可在测斜机头收纳装置和测斜管内上下移动，测斜机头收纳装置的中部安装有机头旋转动力装置，机头旋转控制装置位于机头旋转动力装置的下方，用于控制自动控制测斜机头在测斜机头收纳装置内的收回放出及机头旋转动力装置的启动与停止；所述风光互补供能装置包括发电风机、太阳能电池板、供电控制装置和传输线缆，发电风机和太阳能电池板通过传输线缆与供电控制装置相连，供电控制装置通过传输线缆与储能装置相连。...

【技术特征摘要】
1.一种寒区边坡场地测斜监测系统，其特征在于所述测斜监测系统包括自动控制测斜机头、机头控制保护装置、风光互补供能装置三部分，其中：所述自动控制测斜机头包括机头A、可伸缩式测斜步长自动控制器、机头B三部分；所述可伸缩式测斜步长自动控制器的两端连接机头A和机头B并可自由伸缩固定；所述机头控制保护装置包括测斜系统保护外壳以及位于测斜系统保护外壳内的测斜机头旋转装置、测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜机头旋转装置的上方设置有测斜控制模块、储能装置和数据传输模块；所述测斜控制模块由机头运行控制模块及数据采集模块组成，机头运行控制模块用于控制自动控制测斜机头升降完成监测，数据采集模块与机头A和机头B相连记录原始监测数据，并与数据传输模块相连；所述储能装置与自动控制测斜机头、数据传输模块、测斜系统保护外壳相连；所述数据传输模块用于将测斜控制模块收集的数据传输回数据终端，同时接收数据终端发回的命令对监测周期、监测步长进行调整；所述测斜机头旋转装置由测斜机头收纳装置、机头旋转动力装置、机头旋转控制装置组成；所述测斜机头收纳装置的下部插有测斜管，自动控制测斜机头可在测斜机头收纳装置和测斜管内上下移动，测斜机头收纳装置的中部安装有机头旋转动力装置，机头旋转控制装置位于机头旋转动力装置的下方，用于控制自动控制测斜机头在测斜机头收纳装置内的收回放出及机头旋转动力装置的启动与停止；所述风光互补供能装置包括发电风机、太阳能电池板、供电控制装置和传输线缆，发电风机和太阳能电池板通过传输线缆与供电控制装置相连，供电控制装置通过传输线缆与储能装置相连。2.根据权利要求1所述的寒区边坡场地测斜监测系统，其特征在于所述机头A包含位移测量装置A、动力装置A、外接线缆，其中：所述位移测量装置A由测斜导轮A、测斜集成芯片及主板、电源输入接口、信号输出接口组成，测斜导轮A上设置有测斜集成芯片及主板、电源输入接口、信号输出接口；所述动力装置A由动力导轮A、微型马达A、配套输出装置及机头控制器A组成，所述动力装置的内部设置有微型马达A、配套输出装置及机头控制器A，动力装置的左右两端设置有动力导轮A，所述动力导轮A2-1安装在测斜导轮A2-3的垂直方向，与测斜导轮A2-3组成“十”字型的正交轮组A，微型马达A3-1和机头控制器A3-2通过配套输出装置与正交轮组A相连；所述外接线缆2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐亮，聂众，丛晟亦，胡庆立，凌贤长，曲娜，邢文强，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23