可實時監測的生態擋土墻制造技術

本發明專利技術公開了可實時監測的生態擋土墻，包括生態擋土墻本體和設置在生態擋土墻本體上的智能監測系統，所述系統包括監測模塊、數據處理模塊、安全狀態評估模塊、預警報警模塊和仿真顯示模塊，其中監測模塊包括無線傳感器網絡、應變傳感器組件和位移傳感器，數據處理模塊包括采集中心站、信號調理器和信號傳輸裝置，安全狀態評估模塊包括微處理器，預警報警模塊包括分析處理器和報警器，仿真顯示模塊包括三維GIS仿真平臺。本發明專利技術實現了對生態擋土墻本體健康的實時監控，并且能夠根據監測數據預測生態擋土墻的剩余壽命，精確智能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及生態擋土墻設計領域，具體涉及可實時監測的生態擋土墻。
技術介紹
相關技術中的生態擋土墻大多數無法根據傳感器監測的數據預測其自身的剩余壽命。這一缺陷導致生態擋土墻維護人員需要通過自己的相關經驗判斷傳感器所反饋的數據，降低了對生態擋土墻監測的及時性，同時也大大增加了生態擋土墻維護人員的工作量。
技術實現思路
針對上述問題，本專利技術提供可實時監測的生態擋土墻。本專利技術的目的采用以下技術方案來實現：可實時監測的生態擋土墻，包括生態擋土墻本體和設置在生態擋土墻本體的智能監測系統，所述智能監測系統包括：(1)監測模塊，包括對生態擋土墻本體健康進行監測的無線傳感器網絡、用于監測生態擋土墻本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對生態擋土墻本體健康結構進行監測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統，對生態擋土墻本體健康結構的實時感知；所述位移傳感器以用于監測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基點穩定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監測，所述生態擋土墻本體的各危險部位、工作基點和全局基準點通過對生態擋土墻本體進行有限元模擬分析確定；所述應變傳感器組件包括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯后設置于生態擋土墻本體的各個危險部位上；(2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；(3)安全狀態評估模塊，所述安全狀態評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于生態擋土墻本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規定位移差閾值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態，并根據應變傳感器組件24h的監測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算生態擋土墻本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態；a、平均位移w(i)的計算公式為：其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：Δs′=Δs-α1a1+α2a2+...+αnann(T-T0)]]>其中，α1，α2，…，αn為各危險部位的材料溫度膨脹系數，a1，a2，…，an為系數，T為選定時間段內平均溫度，T0為生態擋土墻本體所在地年平均溫度。c、所述壽命安全評估的判斷公式為：當σx(i)≥σb時，A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k]-TB]]>當σx(i)<σb時，A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k+2]-TB]]>其中，σb為結構疲勞極限，σx為各監測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數，pi為在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環系數，TB為結構設計疲勞壽命，在實際應用中，會受生態擋土墻本體過載影響，因此是動態變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線性的過程，TA為初始結構設計疲勞壽命，dz表示生態擋土墻本體總設計使用天數，dg表示生態擋土墻本體過載使用天數；當A大于0，判定結構壽命處于安全狀態，當A小于或等于0時，輸出報警信號；(4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器；(5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平臺對安全狀態評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬生態擋土墻本體的健康狀況，仿真步驟為：d、利用有限元軟件進行生態擋土墻本體的建模后導入GIS平臺，分別構建生態擋土墻本體不同構件的模型，在GIS平臺上調整各生態擋土墻本體構件的空間位置；e、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示生態擋土墻本體各危險部位、應變傳感器組件和位移傳感器；f、根據安全狀態模塊評估的結果對不處于安全狀態的危險部位用規定的顏色在GIS平臺的界面上顯示。本專利技術的有益效果為：通過各個模塊的構建連接，實現生態擋土墻的動態健康的全自動化監測，便于人員及早發現問題、解決問題；提出了用無線傳感器網絡進行生態擋土墻本體健康結構監測，覆蓋廣，實時性強；提出了疲勞壽命安全判斷公式，減少了計算的工作量，提高了監測系統的工作效率；提出了平均位移的計算公式，并且對平均位移進行了修正，采用平均位移與位移閾值進行比較判斷，減少了計算的工作量；對應變傳感器進行溫度補償，提高了應變的測量精度，進而提高了系統的整體測量精度；利用GIS仿真平臺模擬生態擋土墻本體的健康狀況，具有良好的與用戶進行界面交互的效果。附圖說明利用附圖對本專利技術作進一步說明，但附圖中的實施例不構成對本專利技術的任何限制，對于本領域的普通技術人員，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據以下附圖獲得其它的附圖。圖1是本專利技術的結構框圖。具體實施方式結合以下實施例對本專利技術作進一步描述。實施例1：如圖1所示的可實時監測的生態擋土墻，其包括生態擋土墻本體和設置在生態擋土墻本體的智能監測系統，所述智能監測系統包括：(1)監測模塊，包括對生態擋土墻本體健康進行監測的無線傳感器網絡、用于監測生態擋土墻本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對生態擋土墻本體健康結構進行監測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統，對生態擋土墻本體健康結構的實時感知；所述位移傳感器以用于監測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基點穩定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監測，所述生態擋土墻本體的各危險部位、工作基點和全局基準點通過對生態擋土墻本體進行有限元模擬分析確定；所述應變傳感器組件包括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯后設置于生態擋土墻本體的各個危險部位<本文檔來自技高網...

【技術保護點】
可實時監測的生態擋土墻，其特征是，包括生態擋土墻本體和設置在生態擋土墻本體的智能監測系統，所述智能監測系統包括：(1)監測模塊，包括對生態擋土墻本體健康進行監測的無線傳感器網絡、用于監測生態擋土墻本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對生態擋土墻本體健康結構進行監測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統，對生態擋土墻本體健康結構的實時感知；所述位移傳感器以用于監測危險部位位移變化的工作基點和用于校核工作基點穩定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監測，所述生態擋土墻本體的各危險部位、工作基點和全局基準點通過對生態擋土墻本體進行有限元模擬分析確定；所述應變傳感器組件包括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所述工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯后設置于生態擋土墻本體的各個危險部位上；(2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大處理的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；(3)安全狀態評估模塊，所述安全狀態評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移差，由于生態擋土墻本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差與規定位移差閾值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態，并根據應變傳感器組件24h的監測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算生態擋土墻本體的剩余疲勞壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安全狀態；a、平均位移w(i)的計算公式為：其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：Δs′=Δs-α1a1+α2a2+...+αnann(T-T0)]]>其中，α1，α2，…，αn為各危險部位的材料溫度膨脹系數，a1，a2，…，an為系數，T為選定時間段內平均溫度，T0為生態擋土墻本體所在地年平均溫度。c、所述壽命安全評估的判斷公式為：當σx(i)≥σb時，A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k]-TB]]>當σx(i)<σb時，A=1365·Σin[pi107·(σx(i)σb)k+2]-TB]]>其中，σb為結構疲勞極限，σx為各監測點的熱點應力幅，k為疲勞曲線的斜率倒數，pi為在熱點應力幅下結構實際經歷的應力循環系數，TB為結構設計疲勞壽命，在實際應用中，會受生態擋土墻本體過載影響，因此是動態變化的，且隨著過載使用天數的變化是一個非線性的過程，TA為初始結構設計疲勞壽命，dz表示生態擋土墻本體總設計使用天數，dg表示生態擋土墻本體過載使用天數；當A大于0，判定結構壽命處于安全狀態，當A小于或等于0時，輸出報警信號；(4)預警報警模塊，其包括用于防止誤報警的分析處理器、報警器和信息記錄數據庫，所述分析處理器的輸入端連接所述微處理器，分析處理器的輸出端連接所述報警器；(5)仿真顯示模塊，包括與微處理器連接的三維GIS仿真平臺，所述三維GIS仿真平臺對安全狀態評估模塊的評估結果進行仿真顯示，模擬生態擋土墻本體的健康狀況，仿真步驟為：a、利用有限元軟件進行生態擋土墻本體的建模后導入GIS平臺，分別構建生態擋土墻本體不同構件的模型，在GIS平臺上調整各生態擋土墻本體構件的空間位置；b、通過不同的形狀符號在GIS平臺上模擬顯示生態擋土墻本體各危險部位、應變傳感器組件和位移傳感器；c、根據安全狀態模塊評估的結果對不處于安全狀態的危險部位用規定的顏色在GIS平臺的界面上顯示。...

【技術特征摘要】
1.可實時監測的生態擋土墻，其特征是，包括生態擋土墻本體和設置在生態擋土墻本體的智
能監測系統，所述智能監測系統包括：
(1)監測模塊，包括對生態擋土墻本體健康進行監測的無線傳感器網絡、用于監測生態
擋土墻本體各危險部位的應變傳感器組件和位移傳感器，所述無線傳感器網絡全覆蓋對生態
擋土墻本體健康結構進行監測，同時，網絡采用先進的物理信息融合系統，對生態擋土墻本
體健康結構的實時感知；所述位移傳感器以用于監測危險部位位移變化的工作基點和用于校
核工作基點穩定性的全局基準點為基礎進行三維空間位移監測，所述生態擋土墻本體的各危
險部位、工作基點和全局基準點通過對生態擋土墻本體進行有限元模擬分析確定；所述應變
傳感器組件包括參數性能及結構完全相同的工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器，所
述工作用應變傳感器和溫度補償用應變傳感器串聯后設置于生態擋土墻本體的各個危險部位
上；
(2)數據處理模塊，其包括采集中心站、對采集中心站收集到的數據進行調理放大處理
的信號調理器和對信號調理器處理的數據進行傳送的信號傳輸裝置；
(3)安全狀態評估模塊，所述安全狀態評估模塊包括連接信號傳輸裝置的微處理器，所
述微處理器將由信號傳輸裝置傳送的位移數據進行計算得到兩個時間階段t之間的平均位移
差，由于生態擋土墻本體存在熱脹冷縮現象因此先要對位移差進行補償，然后將平均位移差
與規定位移差閾值進行比較，判斷所述平均位移差是否處于安全狀態，并根據應變傳感器組
件24h的監測數據進行計算，得到應力幅譜，根據應力幅譜計算生態擋土墻本體的剩余疲勞
壽命，并將所述剩余疲勞壽命與結構設計壽命進行比較，判斷所述剩余疲勞壽命是否處于安
全狀態；
a、平均位移w(i)的計算公式為：
其中，取0.5h為采樣時間間隔，max&min(i+t)為前一時間階段的位移數據中的極大值和
極小值之和，max&min(i+2t)為后一時間階段的位移數據中的極大值和極小值之和；
b、設膨脹系數為α，修正后的平均位移為：
Δs′=Δs-α1a1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韋醒妃，
申請(專利權)人：韋醒妃，
類型：發明
國別省市：浙江;33