【技術實現步驟摘要】
本申請涉及地下工程技術檢測領域，具體涉及一種基于無源感知的土體沉降監測系統及方法。
技術介紹
1、在現代地下工程建設中，土體分層沉降監測是確保工程質量和安全的關鍵環節之一。掌握土層在不同深度和時間的沉降量，能夠為工程的穩定性評估和沉降趨勢預測提供重要依據。然而，現有技術方案在應用中仍存在許多挑戰和不足。
2、目前，土體分層沉降監測技術已經發展出多種方法，主要包括深標點水準儀法和電磁式沉降儀法。深標點水準儀法通過測量鉆孔埋設測桿并定期進行人工觀測，能夠較好地反映土體沉降量。然而，此方法僅適用于測點數量較少的場景，其精度和效率受到天氣條件的影響較大，尤其在監測點與基準點距離較遠時，需要進行長距離引測，導致施工過程費時費力。電磁式沉降儀法利用沉降磁環與電磁測頭結合，記錄土體沉降情況。盡管該方法自動化程度較高，但由于磁環錨固力不足，易受周邊土體填充的影響，常導致測量誤差。此外，該方法需要定期校測沉降管管口高程，無法實現實時監測。
3、近年來，機器視覺技術在土體分層沉降監測中的應用解決了傳統方法的許多問題，例如通過視覺識別的非接觸式監測減少了人為誤差。然而，基于機器視覺的技術成本較高，設備安裝和維護復雜，使得其應用受限于預算不足的大型工程項目。
4、綜合分析現有方法，主要存在以下不足之處：一是設備成本高，無論是傳統深標點水準儀法，還是電磁式沉降儀法，其設備采購和安裝成本較高，尤其是采用機器視覺技術的方案，成本更高。二是操作復雜性，現有方法通常需要專業人員進行安裝、校準和定期維護，操作流程復雜且耗時。三是
5、綜上所述，目前缺乏一種能夠以較低成本、較高自動化程度、實時且精準監測土體分層沉降的技術方案。
技術實現思路
1、本申請提出一種基于無源感知的土體沉降監測系統及方法，解決現有土體分層沉降監測成本高、自動化程度和測量準確性低等問題。
2、為了達到上述目的，本申請所采用的技術方案為：
3、第一個方面，本申請提出一種基于無源感知的土體沉降監測方法，在待監測土體中沿深度方向分層注射多組無源感知定位單元，定位采集裝置通過無線傳輸線路實時采集各無源感知定位單元在不同時刻的位置信息，通過比較無源感知定位單元的初始位置與實時位置，計算各土體分層的相對分層沉降量。
4、進一步的，所述無線傳輸線路包括近場感應通信或者短程無線通信。
5、進一步的，所述方法包括：
6、沿待監測土體上端面向下鉆設測量鉆孔；
7、將測量套管沿測量鉆孔置入待監測土體中；
8、通過測量套管內設置的注射裝置分層注射多組無源感知定位單元至待測土體內的不同預設深度；
9、通過定位采集裝置采集多組無源感知定位單元的初始位置數據；
10、在預設時間間隔內，定位采集裝置重復采集無源感知定位單元的實時位置數據；
11、對比無源感知定位單元在不同時刻的位置數據，計算各土體分層的相對分層沉降量。
12、進一步的，通過測量套管內設置的注射裝置分層注射多組無源感知定位單元至待測土體內的不同預設深度，包括：
13、相鄰無源感知定位單元的注射位置在縱向呈等間距分布；
14、相鄰無源感知定位單元的注射位置以等角度間隔環繞分布；
15、多組無源感知定位單元的注射位置形成一個縱向呈等間距、環向呈等角度分布的三維螺旋狀軌跡。
16、進一步的，所述方法進一步包括：
17、設置地表標定裝置，測量土體的整體沉降量；結合整體沉降量與相對分層沉降量，計算各土體分層的真實沉降量。
18、進一步的，所述方法進一步包括：
19、設定預警閾值，在預警模塊中存儲各土體分層的預警閾值；
20、采集真實沉降量，將各土體分層的真實沉降量周期性或實時性傳輸至預警模塊；
21、比較真實沉降量與預警閾值，在預警模塊內將真實沉降量與預警閾值進行比對，當任一土體分層的真實沉降量超過預警閾值時，生成報警信號；
22、輸出報警信號，將報警信號發送至外部監控終端或本地報警裝置。
23、第二個方面，本申請提出一種基于無源感知的土體沉降監測系統，包括：
24、測量套管，所述測量套管為絕緣管，設置在測量鉆孔中；
25、拖鏈式升降裝置，所述拖鏈式升降裝置包括拖鏈驅動裝置、拖鏈機構、拖鏈保穩平臺和電纜系統，所述拖鏈驅動裝置與拖鏈機構連接，拖鏈機構設置于測量套管內，拖鏈機構的末端連接拖鏈保穩平臺；
26、注射裝置，所述注射裝置為針管式注射裝置，在注射裝置內設置有若干無源感知定位單元，注射裝置設置在拖鏈保穩平臺上，注射裝置連接電纜系統；
27、無源感知定位單元，所述無源感知定位單元包括封裝殼體和設置在封裝殼體內的感知芯片模塊；
28、定位采集裝置，所述定位采集裝置用于接收無源感知定位單元的位置信息。
29、進一步的，所述定位采集裝置為無線式采集裝置，包括：
30、無線接收模塊，所述無線接收模塊接收來自多組無源感知定位單元的位置信息；
31、數據處理模塊，所述數據處理模塊對無線接收模塊接收的位置信息進行解析、處理和存儲；
32、通信接口模塊，所述通信接口模塊將處理后的位置信息通過有線或者無線方式傳輸至外部監控終端；
33、供能模塊，所述供能模塊為定位采集裝置供能，所述供能模塊與電纜系統連接。
34、進一步的，所述無源感知定位單元還包括設置于封裝殼體內的無線通信模塊、感應充電模塊和充電電池；
35、所述無線通信模塊與所述定位采集裝置的無線接收模塊無線連接，無線通信模塊將感知芯片模塊的位置信息傳輸至定位采集裝置；所述感應充電模塊與充電電池連接，所述充電電池為無源感知定位單元供電。
36、進一步的，在所述拖鏈保穩平臺上設置無線能量傳輸模塊，所述無線能量傳輸模塊連接電纜系統。
37、進一步的，所述定位采集裝置為無源式采集裝置，所述定位采集裝置設置在拖鏈保穩平臺上，與電纜系統連接，包括：
38、感應天線模塊，所述感應天線模塊與感知芯片模塊建立短距離通信，逐一采集每組無源感知定位單元的位置信息；
39、數據處理模塊，所述數據處理模塊與感應天線模塊連接，所述數據處理模塊對感應天線模塊采集的位置信息進行解析、處理和存儲；
40、通信接口模塊，所述通信接口模塊通過有線或者無線方式傳輸至外部監控終端。
41、進一步的，所述拖鏈本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，在待監測土體中沿深度方向分層注射多組無源感知定位單元，定位采集裝置通過無線傳輸線路實時采集各無源感知定位單元在不同時刻的位置信息，通過比較無源感知定位單元的初始位置與實時位置，計算各土體分層的相對分層沉降量。
2.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述無線傳輸線路包括近場感應通信或者短程無線通信。
3.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法包括：
4.根據權利要求3所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，通過測量套管內設置的注射裝置分層注射多組無源感知定位單元至待測土體內的不同預設深度，包括：
5.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法進一步包括：
6.根據權利要求5所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法進一步包括：
7.基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在
9.根據權利要求8所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述無源感知定位單元還包括設置于封裝殼體內的無線通信模塊、感應充電模塊和充電電池；
10.根據權利要求9所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，在所述拖鏈保穩平臺上設置無線能量傳輸模塊，所述無線能量傳輸模塊連接電纜系統。
11.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述定位采集裝置為無源式采集裝置，所述定位采集裝置設置在拖鏈保穩平臺上，與電纜系統連接，包括：
12.根據權利要求11所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述拖鏈驅動裝置還包括位移測量模塊，實時檢測拖鏈機構的升降距離。
13.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述拖鏈式升降裝置設置有旋轉角度控制模塊，所述旋轉角度控制模塊與電纜系統連接；所述旋轉角度控制模塊包括旋轉圓盤和轉齒驅動機構，所述轉齒驅動機構包括驅動電機和齒輪軸盤，所述驅動電機固定連接在拖鏈保穩平臺上，驅動電機的輸出軸連接齒輪軸盤；所述旋轉圓盤為環形結構，所述針管式注射裝置設置在旋轉圓盤的外緣，所述旋轉圓盤的內環齒與所述齒輪軸盤的外環齒嚙合，所述旋轉圓盤和齒輪軸盤位于拖鏈保穩平臺上部，所述驅動電機驅動齒輪軸盤轉動，齒輪軸盤帶動旋轉圓盤繞拖鏈保穩平臺的中心軸精確旋轉。
14.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，在測量鉆孔的上端面設置地表標定裝置，所述地表標定裝置包括地表標定密封蓋，地表標定密封蓋的上端安裝有地表檢測標靶，地表標定密封蓋的外側固定有用于監測地表標靶位移的機器視覺檢測裝置。
15.根據權利要求14所述的基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述地表標定密封蓋上設置有太陽能儲能板，所述太陽能儲能板通過儲能系統與所述電纜系統連接。
16.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，還包括預警模塊，所述預警模塊包括：
...【技術特征摘要】
1.基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，在待監測土體中沿深度方向分層注射多組無源感知定位單元，定位采集裝置通過無線傳輸線路實時采集各無源感知定位單元在不同時刻的位置信息，通過比較無源感知定位單元的初始位置與實時位置，計算各土體分層的相對分層沉降量。
2.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述無線傳輸線路包括近場感應通信或者短程無線通信。
3.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法包括：
4.根據權利要求3所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，通過測量套管內設置的注射裝置分層注射多組無源感知定位單元至待測土體內的不同預設深度，包括：
5.根據權利要求1所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法進一步包括：
6.根據權利要求5所述基于無源感知的土體沉降監測方法，其特征在于，所述方法進一步包括：
7.基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，包括：
8.根據權利要求7所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述定位采集裝置為無線式采集裝置，包括：
9.根據權利要求8所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，所述無源感知定位單元還包括設置于封裝殼體內的無線通信模塊、感應充電模塊和充電電池；
10.根據權利要求9所述基于無源感知的土體沉降監測系統，其特征在于，在所述拖鏈保穩平臺上設置無線能量傳輸模塊，所述無線能量傳輸模塊連接電纜系統。
11.根據權利要求7所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：汪珂，令宜凡，劉曹宇，李瑩，屈長杰，肖磊，喻忠，曹偉，
申請(專利權)人：中鐵第一勘察設計院集團有限公司，
類型：發明
國別省市：
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