非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法技术

本发明专利技术公开了一种非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法，步骤(1)：第一超声波测距传感器实时获取探头与地下管道之间在竖直方向的距离；步骤(2)：计算地下管道在竖直方向上的沉降值，并反演地下管道水平位移值；步骤(3)：地表振动校正模块对监测数据进行实时校正，消除振动对监测结果的影响；步骤(4)：倾斜校正模块利用探头水平面的倾斜值对监测结果进行数据校正；本发明专利技术系统具有对地下管道沉降实时监控功能，监测具有非接触、监测精度高、同时监测竖直和水平方向上位移变化、系统装置和安装工艺简单、稳定性高好、环境适应性好、后期维护要求低、开孔小、成本低和和易推广等优点。成本低和和易推广等优点。成本低和和易推广等优点。

【技术实现步骤摘要】
非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法


[0001]本专利技术涉及地下管道监测
，尤其涉及的是一种非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法。

技术介绍

[0002]地下管道是城市设施的重要组成部分，工程施工、基坑开挖和建筑物建造等会造成地下管道的位移和沉降变形，它们会对管道的正常传输、运行安全与寿命造成显著影响，有时甚至会直接危及居民的生命安全。因此，对地下埋设管道沉降进行实时高精度监测就显得尤为重要。地下管道监测方法分为直接法和间接法，直接法通常有着更高的测量精度和准确度。但是，直接法通常需要开挖地面，找出埋设在地下的管道，将观测标志固定在管道上，然后进行监测，通常具有工程量大、成本高的缺点，而一些成本低、安装方便的管道沉降监测装置又存在着不能实时监测，测量精度低，尤其是存在监测数据失真的现象。
[0003]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法，采用非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控系统进行非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控，监控系统包括传感器阵列探头、连接杆(3)、地下声速垂向分布实时监控装置、基座(1)、无线传输和监控终端；传感器阵列探头中设置第一超声波测距传感器(41)、第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)、1个加速度传感器(6)和1个倾角传感器(5)；监控终端包括外物挤压侵入识别模块、地表振动校正模块和倾斜校正模块；包括以下步骤：
[0007]步骤(1)：第一超声波测距传感器(41)实时获取探头与地下管道之间在竖直方向的距离；
[0008]步骤(2)：第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)分别获取第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)与地下管道之间在竖直方向的距离，进而计算地下管道在竖直方向上的沉降值，并反演地下管道水平位移值，并将获取的数据发送到外物挤压侵入识别模块，外物挤压侵入识别模块经过计算处理后识别探头和地下管道之间是否有外物挤压侵入；
[0009]步骤(3)：加速度传感器(6)借助加速度传感器(6)实时获取振动位移并发送到地表振动校正模块，地表振动校正模块对监测数据进行实时校正，消除振动对监测结果的影响；
[0010]步骤(4)：倾角传感器(5)实时监控传感器阵列探头水平面的倾斜值并发送到倾斜校正模块，倾斜校正模块利用探头水平面的倾斜值对监测结果进行数据校正。
[0011]所述的实时监控方法，地下声速垂向分布实时监控装置，用于实时获取监测区域不同深度声音传播的速率，并建立相关函数，该函数再用于各个监测孔道沉降监测。
[0012]所述的实时监控方法，第一超声波测距传感器(41)与地下管道之间初始距离为D
1o
，在竖直方向上实时监测获取到的探头与地下管道之间的距离为D
1i
，其相对初始距离D
1o
的变化值为
△
D
1i
，变化值
△
D
1i
为地下管道沿竖直方向的沉降值。
[0013]所述的实时监控方法，步骤(2)中，实时获取第二超声波测距传感器(42)和第三超声波测距传感器(43)测得的位移相对于第一超声波测距传感器(41)测得的位移的差值分别为
△
D
12i
和
△
D
13i
，外物挤压侵入识别模块实时获取这两个差值后用于识别是否有地下外物挤压侵入到探头和地下管道之间；具体的：当∣ΔD
12(i)
∣和∣ΔD
13(i)
∣明显偏离于其特征值时，再结合D
i
值的变化，若∣D
i
∣值显著变小，就可以综合判定地下管道是否被外物侵入。
[0014]所述的实时监控方法，步骤(3)中，加速度传感器(6)实时监测获取加速度传感器探头上下振动的位移值
△
s；
[0015]加速度传感器探头向上振动，第一超声波传感器(41)测得的与管道的位移校正公式为：
[0016]D
1i
'＝D
1i
‑△
s；
[0017]加速度传感器探头向下振动，第一超声波传感器(41)测得的与管道的位移校正公式为：
[0018]D
1i
'＝D
1i
+
△
s。
[0019]所述的实时监控方法，步骤(2)中，利用第一超声波测距传感器41、第二超声波测距传感器42、第三超声波测距传感器43竖直方向上位移的实时差值反演监测点(A
i
)的实时横坐标X
Ai
，进而反演地下管道水平位移值，对应公式为：
[0020]X2+Y2＝R2ꢀꢀꢀ
(1)
[0021]R为监测地下管道半径，单位为mm，由公式(1)可得：
[0022][0023]由公式(2)可得：
[0024][0025][0026]由公式(3)和公式(4)可得：
[0027][0028]假定传感器阵列中第一超声波测距传感器41和第三超声波测距传感器43之间固定的水平位移值为d，则：
[0029]X
Ai
+d＝X
Ci
ꢀꢀꢀ
(6)
[0030]△
D
i
为第一超声波测距传感器41和第三超声波测距传感器43实时监测得到的竖直方向距离的差值，即：
[0031]△
D
i
＝Y
Ai
‑
Y
Ci
ꢀꢀꢀ
(7)
[0032]由公式(5)、(6)和(7)可得竖直位移与X
Ai
:
[0033][0034]由公式(8)可知：(1)借助三个超声波传感器实时监测地下管道竖直方向位移的差值
△
D
i
可以计算得到实时横坐标值X
Ai
；(2)系统刚调试完成时，第一超声波传感器(41)如果没有安装在地下管道顶部的正上端，其初始横坐标亦可通过公式(8)算得X
Ao
；(3)比较X
Ai
和X
Ao
可获得地下管道水平移动的方向和绝对位移值，即：
[0035]管道向右运动判别方法：X
Ai
＞X
Ao
[0036]管道向左运动判别方法：X
Ai
＜X
Ao
[0037]水平位移值：
△
X
水平
＝∣X
Ai
‑
X
Ao
∣
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控方法，其特征在于，采用非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控系统进行非接触地下管道二维毫米级沉降实时监控，监控系统包括传感器阵列探头、连接杆(3)、地下声速垂向分布实时监控装置、基座(1)、无线传输和监控终端；传感器阵列探头中设置第一超声波测距传感器(41)、第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)、1个加速度传感器(6)和1个倾角传感器(5)；监控终端包括外物挤压侵入识别模块、地表振动校正模块和倾斜校正模块；包括以下步骤：步骤(1)：第一超声波测距传感器(41)实时获取探头与地下管道之间在竖直方向的距离；步骤(2)：第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)分别获取第二超声波测距传感器(42)、第三超声波测距传感器(43)与地下管道之间在竖直方向的距离，进而计算地下管道在竖直方向上的沉降值，并反演地下管道水平位移值，并将获取的数据发送到外物挤压侵入识别模块，外物挤压侵入识别模块经过计算处理后识别探头和地下管道之间是否有外物挤压侵入；步骤(3)：加速度传感器(6)借助加速度传感器(6)实时获取振动位移并发送到地表振动校正模块，地表振动校正模块对监测数据进行实时校正，消除振动对监测结果的影响；步骤(4)：倾角传感器(5)实时监控传感器阵列探头水平面的倾斜值并发送到倾斜校正模块，倾斜校正模块利用探头水平面的倾斜值对监测结果进行数据校正。2.根据权利要求1所述的实时监控方法，其特征在于，地下声速垂向分布实时监控装置，用于实时获取监测区域不同深度声音传播的速率，并建立相关函数，该函数再用于各个监测孔道沉降监测。3.根据权利要求1所述的实时监控方法，其特征在于，第一超声波测距传感器(41)与地下管道之间初始距离为D
1o
，在竖直方向上实时监测获取到的探头与地下管道之间的距离为D
1i
，其相对初始距离D
1o
的变化值为
△
D
1i
，变化值为
△
D
1i
为地下管道沿竖直方向的沉降值。4.根据权利要求1所述的实时监控方法，其特征在于，步骤(2)中，实时获取第二超声波测距传感器(42)和第三超声波测距传感器(43)测得的位移相对于第一超声波测距传感器(41)测得的位移的差值分别为
△
D
12i
和
△
D
13i
，外物挤压侵入识别模块实时获取这两个差值后用于识别是否有地下外物挤压侵入到探头和地下管道之间；具体的：当∣ΔD
12(i)
∣和∣ΔD
13(i)
∣明显偏离于其特征值时，再结合D
i
值的变化，若∣D
i
∣值显著变小，就可以综合判定地下管道是否被外物侵入。5.根据权利要求1所述的实时监控方法，其特征在于，步骤(3)中，加速度传感器(6)实时监测获取加速度传感器探头上下振动的位移值
△
s；加速度传感器探头向上振动，第一超声波传感器(41)测得的与管道的位移校正公式为：D
1i
'＝D
1i
‑△
s；加速度传感器探头向下振动，第一超声波传感器(41)测得的与管道的位移校正公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向辉，杨小卫，李灿然，遆永周，程可男，苑素华，朱玉坤，董明静，
申请(专利权)人：河南省科学院中原工学院，
类型：发明
国别省市：