为监测高层建筑物的倾斜变化,可以在高层建筑物的顶上或表面安装倾斜传感器,用倾斜传感器实时监测其变化量,当变化量超过人们设定的阈值,监测系统将发出越限报警,提示人们避险或干预处理。 亚博实业

方案介绍

1 概述

       当前高层建筑越建越高,而城市土地日趋紧张,人们不得以只能向地下求空间求发展。上海是中国最大的城市也高层建筑和地下建筑最密集的城市,当地下建筑大量扩张的同时,也必须时刻关注地上高层建筑的安全。

因地下建筑扩张而影响地上高层建筑物安全的主要物理量有:倾斜、沉降、应力及应变,本方案主要以监测高层建筑物的倾斜变化量为对象而制定。

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2 监测对象

因地下掘进使原坚实地基形成空腔,这将使地上建筑物因地基支撑结构应力的变化而失稳,其表现为-倾斜,如果地基支撑结构应力的破坏超过临界其表现为-沉降。

为监测高层建筑物的倾斜变化,可以在高层建筑物的顶上或表面安装倾斜传感器,用倾斜传感器实时监测其变化量,当变化量超过人们设定的阈值,监测系统将发出越限报警,提示人们避险或干预处理。

3 设备组成

       无线倾斜监测系统由:双方向ELT-10型倾斜仪、GDA1901型数据采集模块、H7210DTU数据通讯模块、40W太阳能板及20AH不间断电源组成。

3.1 ELT-10型倾斜仪

3.1.1用途

ELT-10型倾斜仪适用于长期测量混凝土大坝、面板坝、土石坝等水工建筑物的倾斜变化量,同样适用于工民用建筑、道路、桥梁、隧道、路基、土建基坑等的倾斜测量,并可方便实现倾斜测量的自动化。倾斜仪为全不锈钢结,坚固耐用,附有调节和固定支架方便安装。倾斜仪具有智能识别功能

3.1.2规格及主要技术参数

规格型号ELT-15X
测量范围:      ±15°
灵敏度:      ≤9"
测量精度:      ±0.1%F.S
输出信号:   RS485
仪器外径:    32mm
仪器高度:   140mm
耐水压:       ≥1MPa
绝缘电阻:    ≥50MΩ
存储温度:     -30℃~+70℃

3.1.3结构及工作原理

3.1.3.1结构

      ELT-10型倾斜仪由倾斜传感器、安装支架、信号传输电缆等组成。

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3.1.3.2工作原理

结构物产生的倾斜变形,通过安装支架传递给倾斜传感器。传感器内装有电解液和导电触点,当传感器发生倾斜变化时,电解液的液面始终处于水平,但液面相对触点的部位发生了改变,也同时引起了输出电量的改变。倾斜仪随结构物的倾斜变形量与输出的电量呈对应关系,以此可测出被测结构物的倾斜角度,同时它的测量值可显示出以零点为基准值的倾斜角变化的正负方向。

倾斜仪可布设为一个测量单元独立工作,亦可多支连点布设测出被测结构物的各段倾斜量,以此将结构物的变形曲线描述出来。若在被测物上装成二维方向,可测量结构物的二维变形。倾斜仪可以回收重复使用,并且可方便实现倾斜测量的自动化。  

3.1.3计算方法

当被测结构物体发生倾斜变形时,其倾斜角度θ与输出的电量读数F可用如下计算公式:

         θ=a + b×F + c×F2 + d×F3

式中:θ—被测结构物的倾斜角度,单位为°;

          F —倾斜仪的实时电量测量值,单位为F;

a﹑b﹑c﹑d—倾斜仪的标定系数;
3.2 GDA1901型数据采集模块
3.2.1用途

GDA1901型电压采集模块适用于采集各类标准电压电流信号,其测量精度高、抗干扰能力强,采集信号可电缆传输,信号传输方式为485;采集信号亦可采用无线移动(GPRS)或无线射频(ZigBee)方式进行传输。电压采集模块将测量和传输功能集成在一个模块里,体积小巧移动方便,传输距离无限,可实现单点和群点的任意组合。电压采集模块省去了信号传输电缆和自动测量单元,测量数据直接传输给计算机,使系统组网简便快捷经济。

规格型号GDA1902(4)
采集模块尺寸:15cm×10cm×5cm
测量通道数:4
电流测量范围:4mA~20mA
电流灵敏度:±0.01mA
电压测量范围:-10V~+10V
电压灵敏度:±0.1 mV
数据存贮:4000条
通讯方式:GPRS/433/Zigbee
电池通讯次数:14AH/2300次
储存温度:-30℃~+70℃

3.3数据通讯模块

      数据通讯模块采用的是宏电H7210DTU无线GPRS通讯模块,该模块可靠性好,故障率低,寻址快,主动上线,功耗低。

3.3.1运行参数规格说明见下表:

参数名参数规格说明配置示例
DTU标识可见字符,长度不大于32DTU的身份识别码13912345678
DTU标识长度正整数,1~32DTU标识的有效长度11
启用MODEM模式从列表框中选EN(启用),DIS(禁用)DIS(禁用)
启用调试信息输出从列表框中选EN(启用),DIS(禁用)EN(启用)
IP通道上线方式从列表框中选AUTO(自动上线),   WAKE(唤醒上线)AUTO(自动上线)
DSC连接类型从列表框中选UDP,TCP,SMSUDP
IP通道唤醒方式从列表框中选唤醒上线的方式,有SMS+CALL
CALL,DATA,SMS, 上述三种方式可以组合,如:“SMS+CALL”

3.4太阳能板及不间断电源

      由于高层建筑物电源线牵扯困难,本方案系统的供电采用40W太阳能电池板供电,20AH免维护铅酸电池供电,电量蓄能量可连续5个阴雨天。

4通信

      监测系统所采用的通信方式有有线和无线两大类,其中有线方式有现场总线(RS-485)、光纤,无线方式有无线短波(数传电台、无线网桥)与移动GPRS通信等。

无线系统机构为现场的MCU配备一个无线传输电台或GPRS通信模块、无线网桥,MCU和监控主站上位机之间通过无线方式传递数据,结构优点是设备在现场布置灵活,施工周期短。

      现场总线结构是现场敷设电缆方便的大坝系统。这种系统结构式按现场地理位置和监测点分布敷设电缆,将现场的MCU与监控主站上位机连接,优点是结构简单,数据通信的可靠性好,维护方便,缺点是敷设电缆的距离不宜太远,否则信号在远距离的传输过程中可能会衰减的比较严重,最好是在1000m以内。

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4.1 有线通信

4.1.1 RS-485通信

       RS-485通信电缆为双绞线屏蔽电缆,当传输速率为9600bps时传输距离可达到1200m,RS-485总线的最大优点是可节约连接导线、维护和安装费用。同时RS-485现场总线能够传送多个过程变量 RS-485支持半双工或全双工模式,支持多点数据通信。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构不支持环形或星形网络,最好采用一条总线将各个节点串接起来。

4.1.2光纤通信

       通信容量大、传输距离远;光纤的损耗极低,在光波长为1.55μm附近,石英光纤损耗可低于0.2dB/km,这比目前任何传输媒质的损耗都低。因此,无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。信号串扰小、保密性能好;抗电磁干扰、传输质量佳,电通信不能解决各种电磁干扰问题,唯有光纤通信不受各种电磁干扰。光纤尺寸小、重量轻,便于敷设和运输;材料来源丰富,环境保护好,有利于节约有色金属铜。光缆适应性强,寿命长。

缺点:质地脆,机械强度差。造价成本大,施工量大,光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。分路、耦合不灵活。光纤光缆的弯曲半径不能过小(>20cm),有供电困难问题。

4.2无线通信

4.2.1 GPRS通信

       GPRS通信网络的优点之一就是支持GPRS终端设备永久在线,因此典型的GPRS DTU在设计上都支持永久在线功能,这就要求DTU包含了上电自动拨号、采用心跳包保持永久在线(当长时间没有数据通信时,移动网关将断开DTU与监测站的连接,心跳包就是DTU与数据中心在连接被断开之前发送一个小数据包,以保持连接不被断开)、支持断线自动重连、自动重拨号等特点。

同时GPRS通信可实现远距离实时监测。减少施工成本及工作量。

4.2.2 电台通信

        与拉专线相比,数传电台安装较方便。而且通信距离相对较远,最远可达几十公里,网络延迟少,实时性较高,特别适合于需要及时进行远程控制的地方。

虽然数传电台和拉专线相比有较大的优势,但也有明显不足。数传电台的通信距离由其发射功率决定,因此对于通信范围要达几十公里的数传电台而言,其瞬间发射功率可达十几到几十瓦,这就对终端系统的电源提出了较高要求。从安装上讲,为了减少建筑、树木等对无线信号的影响,在终端的安装处往往需要架设十几米的发射天线,如此高的天线,对防雷击也提出了较高要求。

此外,数传电台的传输距离受环境的影响较大,山区与平原通信距离有着明显的差距。其平均通信距离往往达不到其设计最大值,对于较远的监控点往往需要架设中继站。

4.2.3网桥通信

       无线网桥传输采用2.4G无线技术,将采集的数据通过网络方式发送到接收端,然后通过串口服务器接入计算机。网桥的性能比较可靠,相对于传统的485通讯方式,它有着不可比拟的优势。而且网桥可以传输大量的数据,同时接入网络,只要在同一网内就可以查看控制自动测量单元,更加简洁方便。

无线网桥传输距离受环境影响,而且天线为定向天线,有一定的角度。当主站与从站中间有较大阻挡物,直接会影响到通讯距离。

5 与本方案相同的工程实例:


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                                                                        上图2008年无线监测深圳地铁5,6号沿线22座高层建筑物的倾斜变化量。

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                                                                                          上图2009年无线监测温州72层国际世贸大厦的倾斜变化量。


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