远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统及其安装调试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统及其安装调试方法，包括差压式静力水准仪、数据透传模块、光伏板、UPS电源、液箱、液体连通管、基岩标、护壁管、气体连通管、服务器、电缆、放液阀。能够有效监测基岩标稳定性，同时，配合基岩标水准点特性能够有效监测区域地面沉降情况，通过远程连续实时监控，能够降低基岩标测量维护成本，降低工作人员劳动强度，帮助专业人员及时获取远距离基岩标的稳定性及地面沉降相关实时连续数据，便于后期数据分析及及时发现存在问题，实现长期远程免维护基岩标相关监测。现长期远程免维护基岩标相关监测。现长期远程免维护基岩标相关监测。

【技术实现步骤摘要】
远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统及其安装调试方法


[0001]本专利技术涉及基岩标和地面沉降监测领域，尤其是一种远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统及其安装调试方法。

技术介绍

[0002]基岩标是埋设在稳定基岩上的水准点，主要用于水准测量，同时也常用于地面沉降测量及提高地震观测精度。
[0003]近几年，一些部门和行业根据自身需要建设了行业专用基岩标。如河北省地质部门为全国地质灾害预警系统建设了唐山基岩标；为了满足京沪高铁、津秦高铁和京石高铁对稳定的高程起算点的需要，铁路部门按照铁路规范要求在沿线建造了若干座浅层基岩标点，分布于海河流域东部平原区的有唐山唐钢基岩标、天津高铁基岩标、沧州兴济高铁基岩标、德州高铁基岩标。
[0004]基岩标主要组成为两部分，一部分是基岩标主标杆，一部分是护壁管，两者同心嵌入基岩中，护壁管保证主标杆不与土层接触，且作为副标使用。基岩标一般建立在稳定的基岩上，主标杆和护壁管相对较为稳定，但由于基岩硬度和施工工艺等影响，基岩标建立后，在护壁管自重作用下极有可能切割基岩，引起护壁管下沉，特别是长度超过千米的深层基岩标，护壁管与主标杆相对稳定性需要进行长期的观测。
[0005]为了监测基岩标稳定性，通常需要每年多期从远距离更高等级的水准点对基岩标进行精密水准联测，测量距离几十上百公里，耗费大量人力、物力。当确定某基岩标是稳定的，则可以利用该基岩标作为地面沉降观测、工程测绘、地质变动观测等的测量基准点。
[0006]连续测量竖直方向物体间相对位移情况，往往使用静力水准仪。静力水准仪测量方法按照所测物理量不同可分为直接测量型和间接测量型，直接测量型一般指液面型，通过测量钵体内液位高度差计算相对位移；间接测量型主要指差压型，通过测量不同钵体内压强差，间接计算相对位移。液面型静力水准仪一般量程较短，多用于长期相对位移较小的测量系统中，若用于长期基岩标稳定性及地面沉降监测过程中，特别是沉降较严重地区，需要不定时重新标定，由此不仅浪费人力，且重新标定很容易造成误差，如果增大液面型静力水准量程，势必减小测量精度，同时，其体积较大，安装后对基岩标使用存在影响。差压型静力水准传感器，量程大，但测量精度受温度影响较大，需稳定的环境温度，多用于常年温差不大的室内观测。
[0007]目前，国内早期建立的基岩标往往建设在使用及维护单位院内，使用液面型静力水准监测基岩标过程中，当系统超量程时，工作人员可随时进行标定，并可通过u盘等手段考取数据，进行人工分析。随着基岩标的作用被更多业内人士所重视，大量基岩标将建立在距离使用及维护单位较远的地方，如果使用上述静力水准自动安装调试方法，需每年定期驱车取数据与维护，很难及时发现并整改问题，出现未及时重新标定或者传感器损坏等造成的数据错误或遗失等问题，使连续观测数据作废。
[0008]2020年之前，大部分基岩标远程监测系统使用gprs技术进行远程通信，但是随着5G时代的到来，2G即将退网，使用gprs作为物联网终端通讯手段的远程系统将被逐渐淘汰，随之而来的将是NB
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lot、eMTC、LTE Cat1等新兴通讯技术。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统及其安装调试方法，实现长期远程免维护基岩标监测。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，包括差压式静力水准仪、数据透传模块、光伏板、UPS电源、液箱、液体连通管、基岩标、护壁管、气体连通管、服务器、电缆、放液阀；
[0011]差压式静力水准仪共三个，内置压强传感器和温度传感器，每个差压式静力水准仪有用于连液体连通管的一对液腔接头、用于连气体连通管的一对气腔接头、用于连电缆的一对电气接头；三个差压式静力水准仪，一个安装于墙壁上，另外两个分别固定在基岩标和护壁管上；
[0012]数据透传模块与各差压式静力水准仪间通过4芯电缆相连，其中，两芯用于为各差压式静力水准仪提供DC12V供电电源，另外两芯用于数据透传模块与各差压式静力水准仪之间的RS
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485总线通信，通信协议为Modbus
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RTU，数据透传模块采用4G LTE Cat1无线通信，定时采集各差压式静力水准仪压强及温度数据，并上传到服务器；
[0013]UPS与数据透传模块相连，为数据透传模块提供DC12V供电电源；
[0014]光伏板与UPS相连，为UPS提供DC18V充电电源；
[0015]液箱，包括箱体、箱盖、底部的液腔接头、上部的气腔接头，内装有防冻液，液箱安装于墙壁上，位置高于三个差压式静力水准仪的位置；
[0016]三个差压式静力水准仪的液腔接头及液箱底部液腔接头间通过液体连通管串联，顺序为液箱底部液腔接头通过液体连通管连通墙壁差压式静力水准仪液腔接头，接着通过液体连通管连安装在基岩标上的差压式静力水准仪液腔接头，再接着通过液体连通管连安装在护壁管上的差压式静力水准仪液腔接头，最后一台安装在护壁管上差压式静力水准仪液腔接头出口连接放液阀，用于通液、排气；三差压式静力水准仪的气腔接头与液箱上部的气腔接头通过气体连通管相连，顺序为液箱上部的气腔接头通过气体连通管连通墙壁上的差压式静力水准仪气腔接头，接着气体连通管连安装在基岩标上的差压式静力水准仪气腔接头，再接着气体连通管连安装在护壁管上的差压式静力水准仪气腔接头，最后一台安装在护壁管上的差压式静力水准仪气腔接头出口留300mm以上长度气体连通管，并封死。
[0017]所述数据透传模块带有蓝牙接口，通过蓝牙连接手机、笔记本电脑、平板电脑设备现场调试。
[0018]所述防冻液从液箱上部灌入，防冻液充满系统内部各差压式静力水准仪及液体连通管，防冻液根据施工现场最低温度进行选择，保证全年不凝结。
[0019]所述差压式静力水准分别安装于托盘上。
[0020]差压式静力水准仪通过紧固环固定在基岩标和护壁管上。
[0021]所述安装于墙壁的差压式静力水准仪，垂直方向上比安装在护壁管上的差压式静力水准仪高500
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1000mm。
[0022]所述安装在护壁管上的差压式静力水准仪液腔接头出口留150mm以上长度的液体连通管，再连接放液阀。
[0023]所述液箱安装位置高于安装于墙壁的差压式静力水准仪，且垂直方向上与装在护壁管上的差压式静力水准仪距离不超1500mm。
[0024]上述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统的安装调试方法，首先对防冻液不同温度下密度进行测量，制作液体密度
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温度阶梯表，用于不同温度下液体密度修正，液体密度
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温度阶梯表的温度梯度最大为1℃；通过服务器接收数据透传模块远程上传的各差压式静力水准仪压强及温度数据，进行存储并计算，服务器计算各时刻相对第一次数据采集时刻的地面、基岩标、护壁管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，包括差压式静力水准仪(1)、数据透传模块(2)、光伏板(3)、UPS电源(4)、液箱(5)、液体连通管(6)、基岩标(10)、护壁管(11)、气体连通管(12)、服务器(13)、电缆(14)、放液阀(15)；差压式静力水准仪(1)共三个，内置压强传感器和温度传感器，每个差压式静力水准仪(1)有用于连液体连通管(6)的一对液腔接头、用于连气体连通管(12)的一对气腔接头、用于连电缆(14)的一对电气接头；三个差压式静力水准仪，一个安装于墙壁上，另外两个分别固定在基岩标(10)和护壁管(11)上；数据透传模块(2)与各差压式静力水准仪(1)间通过4芯电缆(14)相连，其中，两芯用于为各差压式静力水准仪(1)提供DC12V供电电源，另外两芯用于数据透传模块(2)与各差压式静力水准仪(1)之间的RS
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485总线通信，通信协议为Modbus
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RTU，数据透传模块(2)采用4G LTE Cat1无线通信，定时采集各差压式静力水准仪(1)压强及温度数据，并上传到服务器(13)；UPS(4)与数据透传模块(2)相连，为数据透传模块(2)提供DC12V供电电源；光伏板(3)与UPS(4)相连，为UPS提供DC18V充电电源；液箱(5)，包括箱体(5
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1)、箱盖(5
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2)、底部的液腔接头(5
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3)、上部的气腔接头(5
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4)，内装有防冻液，液箱(5)安装于墙壁上，位置高于三个差压式静力水准仪(1)的位置；三个差压式静力水准仪(1)的液腔接头及液箱(5)底部液腔接头(5
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3)间通过液体连通管(6)串联，顺序为液箱(5)底部液腔接头(5
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3)通过液体连通管(6)连通墙壁差压式静力水准仪(1)液腔接头，接着通过液体连通管(6)连安装在基岩标(10)上的差压式静力水准仪(1)液腔接头，再接着通过液体连通管(6)连安装在护壁管(11)上的差压式静力水准仪(1)液腔接头，最后一台安装在护壁管(11)上差压式静力水准仪(1)液腔接头出口连接放液阀(15)，用于通液、排气；三差压式静力水准仪(1)的气腔接头与液箱(5)上部的气腔接头(5
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4)通过气体连通管(12)相连，顺序为液箱(5)上部的气腔接头(5
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4)通过气体连通管(12)连通墙壁上的差压式静力水准仪(1)气腔接头，接着气体连通管(12)连安装在基岩标(10)上的差压式静力水准仪(1)气腔接头，再接着气体连通管(12)连安装在护壁管(11)上的差压式静力水准仪(1)气腔接头，最后一台安装在护壁管(11)上的差压式静力水准仪(1)气腔接头出口留300mm以上长度气体连通管(12)，并封死。2.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述数据透传模块(2)带有蓝牙接口，通过蓝牙连接手机、笔记本电脑、平板电脑设备现场调试。3.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述防冻液从液箱(5)上部灌入，防冻液(9)充满系统内部各差压式静力水准仪(1)及液体连通管(6)，防冻液(9)根据施工现场最低温度进行选择，保证全年不凝结。4.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述差压式静力水准分别安装于托盘(7)上。5.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，差压式静力水准仪通过紧固环(8)固定在基岩标(10)和护壁管(11)上。6.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述安装于墙壁的差压式静力水准仪(1)，垂直方向上比安装在护壁管(11)上的差压
式静力水准仪(1)高500
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1000mm。7.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述安装在护壁管(11)上的差压式静力水准仪(1)液腔接头出口留150mm以上长度的液体连通管(6)，再连接放液阀(15)。8.根据权利要求1所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统，其特征在于，所述液箱(5)安装位置高于安装于墙壁的差压式静力水准仪(1)，且垂直方向上与装在护壁管(11)上的差压式静力水准仪(1)距离不超1500mm。9.如权利要求1
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8任一项所述远程无人值守基岩标稳定性及区域地面沉降监测系统的安装调试方法，其特征在于，首先对防冻液不同温度下密度进行测量，制作液体密度
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温度阶梯表，用于不同温度下液体密度修正，液体密度
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温度阶梯表的温度梯度最大为1℃；通过服务器(13)接收数据透传模块(2)远程上传的各差压式静力水准仪(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘满杰，谢津平，郭林，徐寅生，余宣兴，王雪娇，曾卫锋，徐晓臣，延红艳，王林伟，
申请(专利权)人：中水北方勘测设计研究有限责任公司，
类型：发明
国别省市：