本發(fā)明涉及土體深層水平位移測量的變形監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)及其測斜方法。

背景技術(shù)：

測斜儀是一種用于測量鉆孔、基坑、地基基礎(chǔ)、墻體和壩體坡等工程構(gòu)筑物的頂角、方位角的儀器；測斜管的安裝埋設(shè)工作，是測斜儀的前期重要組成部分，測斜管的主要作用是傾斜觀測；深層土體測斜監(jiān)測是建筑深基坑施工監(jiān)測的重要組成部分，通過測斜監(jiān)測可以了解深層土體的變形大小和運動趨勢。目前，常規(guī)的土體測斜監(jiān)測儀主要分為固定式測斜儀和便攜式測斜儀。

固定式測斜儀通常固定在測斜管內(nèi)，根據(jù)被測深度，將固定式測斜儀進行串聯(lián)固定至測斜管內(nèi)，進行數(shù)據(jù)的實時采集和傳輸；例如中國專利CN102305618A公開了一種串聯(lián)固定式無線測斜儀，該測斜儀包括測斜管、與監(jiān)測主機無線通信的無線采集器，采集測量信號的多個測斜傳感變送器，無線采集器設(shè)置在測斜管孔口位置，測斜傳感變送器設(shè)在測斜管內(nèi)，無線采集器和測斜傳感變送器采用RS485工業(yè)總線進行通信，該無線測斜儀雖然具有功耗低、測斜精度高，單孔測量量程大等優(yōu)點，但該固定式測斜儀串聯(lián)使用成本高，固定式測斜儀安裝相對復(fù)雜，單個損壞時，更換難度大，并且因固定式測斜儀的長度，測點分布通常無法滿足規(guī)范0.5m/1m的分布要求；中國專利CN103063197A公開了一種固定式測斜儀系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含一組傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，其傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)相連，數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng)將數(shù)據(jù)通過GPRS傳遞給數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)，其傳感器同樣也是采用串聯(lián)式的傳感器連接方式，雖然該測斜系統(tǒng)逐級分時供電給傳感器完成采集并上傳信號，保證了信號的可靠傳遞且實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的低功耗，但因其多個傳感器采用串聯(lián)的方式其同樣存在與上述固定式測斜儀相同的技術(shù)缺陷和問題。

便攜式測斜儀通常是人工使用，定期到測斜管按操作規(guī)范，進行測量，無法擺脫人工，測量頻率和測點分布受限，工作效率低，受氣候和時間的限制無法實現(xiàn)全天候?qū)崟r化測量。例如中國專利CN105444736A公開了一種智能化手持式深孔測斜儀及測斜方法，該測斜儀包括測量探頭、滑輪、手持功能端和后臺服務(wù)器，通過滑輪在測斜管中滑動進行測量，其方法中，逐一對測斜管內(nèi)多個測量位置進行傾斜度的測量，其中在同一測量位置處同時對該測量位置所在平面內(nèi)兩個設(shè)定方向的傾斜度進行測量，相鄰兩測量位置具有設(shè)定距離，獲取各測量位置處的傾斜度數(shù)據(jù)，根據(jù)各測量數(shù)據(jù)進行處理得到變形位移數(shù)據(jù)；中國專利CN105973200A公開了一種自動化便攜式測斜儀，該測斜儀包括傳感器探頭、電纜、定位孔蓋、繞線盤和設(shè)備終端等，其傳感器探頭與電纜的一端相連，電纜的另一端與繞線盤相連，定位孔蓋設(shè)置在測斜管的上端部用于對電纜進行定位，該測斜儀采用數(shù)據(jù)采集方式和測量軟件，一定程度上實現(xiàn)了預(yù)埋測斜管的傾斜變形的自動化測量，但該測斜儀同樣仍需人工輔助，并且測斜頻率和測斜點分布受限，其數(shù)據(jù)采集與傳輸為非同步模式，采集數(shù)據(jù)通過設(shè)備終端自帶的藍牙傳輸，數(shù)據(jù)傳輸距離有限，且穩(wěn)定、可靠性相對較差。

另外，《建筑施工》2016年第2期，第141-142頁，“自動化測斜技術(shù)在深層土體水平位移監(jiān)測中的應(yīng)用”一文中，介紹一種創(chuàng)新的自動化測斜技術(shù)，它通過無線傳輸將測斜數(shù)據(jù)實時、自動化傳輸至應(yīng)用終端，該技術(shù)監(jiān)測連續(xù)性高，不受環(huán)境影響，該自動化測斜系統(tǒng)主要由測斜儀、數(shù)據(jù)采集單元、無線傳輸系統(tǒng)和應(yīng)用終端四部分組成，雖然該自動化測斜系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲及數(shù)據(jù)處理計算等，但其測斜儀仍然是采用固定式測斜儀，其各測斜傳感器采用串聯(lián)的方式進行測斜，并且該文獻也并未公開通過何種具體的自動數(shù)據(jù)采集及傳輸?shù)姆绞綄崿F(xiàn)實時連續(xù)跟蹤測量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種全自動化的符合測斜規(guī)范測點分布要求的，具有測量頻率高、無需人工干預(yù)的、成本低、低功耗、測量效率及精度高的能夠更加真實跟蹤深層土體位移變化情況的用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)及其測斜方法，其技術(shù)方案如下：

一種用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)，包括：測斜管、牽引電機、自動化測斜采集器以及自動化測斜控制器，其特征在于，所述自動化測斜采集器包括測斜傳感器、存儲模塊、無線模塊以及采集處理器模塊；所述自動化測斜控制器包括電機驅(qū)動器、測距設(shè)備、門磁開關(guān)、無線模塊及控制處理器模塊；所述采集處理器模塊分別與所述測斜傳感器、存儲模塊及無線模塊之間相互電信號連接，所述控制處理器模塊分別與所述電機驅(qū)動器、測距設(shè)備、門磁開關(guān)及無線模塊之間相互電信號連接；所述測斜傳感器通過所述牽引電機牽引在所述測斜管中做往復(fù)運動，且在運動至指定測斜點時，自動化測斜采集器采集該指定測斜點的傾斜數(shù)據(jù)，在所述自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)同步。

進一步，所述測斜系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，所述自動化測斜控制器還包括GPRS通信模塊，所述GPRS通信模塊使測斜數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至所述數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺中。

進一步，所述自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊均為433M通信模塊。

進一步，所述電機驅(qū)動器用于控制所述牽引電機的運動狀態(tài)和方向，控制牽引電機使得牽引電機牽引測斜傳感器在一個采集點測量后下放到下一個采集點，并在完成最后一個測量點的數(shù)據(jù)采集后，將測斜傳感器牽引至測斜管口；所述測距設(shè)備用于對采集點的距離進行測量或精確定位采集點位置；所述門磁開關(guān)用于檢測所述自動化測斜采集器的測斜傳感器是否在測斜管口處，并發(fā)出檢測信號。

進一步，所述無線數(shù)據(jù)同步采用時間同步機制，即制定工作時間表，所述工作時間表由待機時間、采集器工作時間和控制器工作時間組成，使得采集器和控制器在各自的時間節(jié)點上完成對應(yīng)的工作。

進一步，所述自動化測斜采集器還包括運動狀態(tài)檢測單元、低功耗電源管理單元及工作狀態(tài)指示單元，所述運動狀態(tài)檢測單元用于檢測采集器的測斜傳感器是否處于被牽引電機牽引運動的狀態(tài)，所述低功耗電源管理單元，能夠使的所述自動化測斜采集器間歇性地開關(guān)其無線模塊電源，在非工作狀態(tài)處于低功耗模式，所述工作狀態(tài)指示單元用于對所述自動化測斜采集器的工作狀態(tài)進行顯示。

進一步，所述自動化測斜控制器還包括壓力檢測裝置，用于處理所述測斜傳感器在運動狀態(tài)下卡在所述測斜管中的異常，實時檢測牽引線上所承受的拉力，當拉力大于設(shè)定的閾值，所述電機驅(qū)動器停止電機的驅(qū)動拉力，并嘗試下放一段距離，再繼續(xù)上拉。

另外，本發(fā)明還提供一種如前述的用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)的測斜方法，該方法包括以下步驟：

1)采用所述測斜系統(tǒng)的所述自動化測斜采集器在所述自動化測斜控制器的控制下對土體深層進行測斜的數(shù)據(jù)采集的步驟；

2)通過所述自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E；

3)通過所述自動化測斜采集器的所述GPRS通信模塊使測斜數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至所述數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺的步驟。

進一步，在上述測斜方法中，所述自動化測斜控制器在所述自動化測斜采集器采集測斜數(shù)據(jù)的過程中其工作過程包括：i)通過所述控制器的門磁開檢測所述自動化測斜采集器的測斜傳感器是否在測斜管口處，當不在管口，所述控制器驅(qū)動電機，牽引測斜傳感器運動至測斜管口處，然后與所述采集器通過無線模塊建立通訊，進行參數(shù)配置，并讀取采集器中的測斜數(shù)據(jù)，上傳至所述數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，在所述測斜數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后，控制器根據(jù)配置的參數(shù)生成由待機時間、采集器工作時間、控制器工作時間組成的工作時間表，復(fù)位所述測距設(shè)備，啟動本輪測斜數(shù)據(jù)采集；ii)當采集器工作時間結(jié)束，即完成一個測量點的數(shù)據(jù)采集后，控制器工作時間到，控制器在該工作時間內(nèi)通過所述電機驅(qū)動器驅(qū)動牽引電機將所述采集器中的測斜傳感器牽引至第二個測量點進行數(shù)據(jù)采集，如此循環(huán)，至所述采集器完成最后一個測斜點的數(shù)據(jù)采集；iii)重復(fù)所述i)中的工作過程，進行下一輪數(shù)據(jù)采集；iiii)當所述采集器的測斜傳感器在牽引的過程中，如果所述測斜傳感器在測斜管中被卡住，無法到達指定的測量點時，所述控制器會將采集器牽引至測斜管口，完成本輪采集。進一步在上述測斜方法中，其中所述自動化測斜采集器的工作過程包括：i)初始化所述自動化采集器,并關(guān)閉測斜設(shè)備的電源,當所述自動化采集器中有外部消息事件觸發(fā)時，該采集器從低功耗模式喚醒，處理消息隊列中的消息，處理完以后繼續(xù)進入低功耗模式；ii)所述自動化采集器處理測斜數(shù)據(jù)采集消息，發(fā)送測斜傳感器采集命令，在收到傳感器應(yīng)答的傾斜數(shù)據(jù)時，觸發(fā)測斜設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)答消息，該采集器在該消息的處理過程中，將測斜值從數(shù)據(jù)協(xié)議包中解析，并保存至存儲模塊中；iii)測斜傳感器解算時間到達時，觸發(fā)測斜數(shù)據(jù)解算消息，該采集器在該消息的處理過程中，完成對測斜值的平滑處理，并保存至存儲模塊中；iiii)采集器的無線模塊收到所述自動化測斜控制器數(shù)據(jù)后觸發(fā)該無線模塊接收消息，并根據(jù)收到的數(shù)據(jù)消息做相應(yīng)處理。

本發(fā)明所獲得的有益技術(shù)效果：

1)本發(fā)明解決了現(xiàn)有的固定式測斜儀測斜及便攜式測斜儀的所存在的缺陷，本發(fā)明所述的自動化測斜系統(tǒng)通過牽引電機牽引測斜傳感器在測斜管中往復(fù)運動，且通過控制器中的電機驅(qū)動器對該牽引電機的運動狀態(tài)和方向進行控制，在指定點進行測斜，可以滿足0.5m/1m的測斜點分布要求的測斜需要，且降低現(xiàn)有固定使測斜儀串聯(lián)使用成本高的問題；

2)本發(fā)明的自動化測斜采集器與控制器之間采用時間同步機制，使得自動化采集器和控制器更好地相互配合工作，無需人工干預(yù)，測斜效率、頻率及精度高；

3)本發(fā)明自動化測斜采集器中具有低功耗管理單元能夠使的所述自動化測斜采集器間歇性地開關(guān)其無線模塊電源，使得測斜系統(tǒng)在非工作狀態(tài)處于低功耗模式；

4)本發(fā)明測斜系統(tǒng)的自動化控制器還具有壓力檢測裝置，能夠?qū)崟r檢測牽引線上所承受的拉力，處理所述測斜傳感器在運動狀態(tài)下卡在所述測斜管中的異常；

5)本發(fā)明測斜系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，使得測斜數(shù)據(jù)能夠方便、快速的通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至云平臺，數(shù)據(jù)可存儲量大。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明測斜系統(tǒng)的自動化測斜控制器及采集器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明測斜系統(tǒng)的自動化測斜控制器工作過程示意圖；

圖3為本發(fā)明測斜系統(tǒng)的控制器、采集器的工作時間表；

圖4為本發(fā)明測斜系統(tǒng)的自動化測斜采集器的工作過程示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)實施過程做進一步說明。

實施例1

如圖1所示，本發(fā)明提供用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)，包括：測斜管、牽引電機、自動化測斜采集器以及自動化測斜控制器，其中，所述自動化測斜采集器包括測斜傳感器、存儲模塊、無線模塊以及采集處理器模塊；所述自動化測斜控制器包括電機驅(qū)動器、測距設(shè)備、門磁開關(guān)、無線模塊及控制處理器模塊；所述采集處理器模塊分別與所述測斜傳感器、存儲模塊及無信模塊之間相互電信號連接，所述控制處理器模塊分別與所述電機驅(qū)動器、測距設(shè)備、門磁開關(guān)及無線模塊之間相互電信號連接；所述測斜傳感器通過所述牽引電機牽引在所述測斜管中做往復(fù)運動，且在運動至指定測斜點時，自動化測斜采集器采集該指定測斜點的傾斜數(shù)據(jù)，在所述自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)同步，該無線數(shù)據(jù)同步采用時間同步機制，即制定工作時間表，所述工作時間表由待機時間、采集器工作時間和控制器工作時間組成，使得采集器和控制器在各自的時間節(jié)點上完成對應(yīng)的工作(其具體的工作方式將在實施例2本測斜系統(tǒng)的方法中具體闡述)；

所述電機驅(qū)動器用于控制所述牽引電機的運動狀態(tài)和方向，控制牽引電機使得牽引電機牽引測斜傳感器在一個采集點測量后下放到下一個采集點，并在完成最后一個測量點的數(shù)據(jù)采集后，將測斜傳感器牽引至測斜管口；所述測距設(shè)備用于對采集點的距離進行測量或精確定位采集點位置；所述門磁開關(guān)用于檢測所述自動化測斜采集器的測斜傳感器是否在測斜管口處，并發(fā)出檢測信號。

該實施例為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中所述測斜系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，所述自動化測斜控制器還包括GPRS通信模塊，所述GPRS通信模塊使測斜數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至所述數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺中，自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊均為433M通信模塊，該自動化測斜采集器還包括運動狀態(tài)檢測單元、低功耗電源管理單元及工作狀態(tài)指示單元，所述運動狀態(tài)檢測單元用于檢測采集器的測斜傳感器是否處于被牽引電機牽引運動的狀態(tài)，所述低功耗電源管理單元，能夠使的所述自動化測斜采集器間歇性地開關(guān)其無線模塊電源，在非工作狀態(tài)處于低功耗模式，所述工作狀態(tài)指示單元用于對所述自動化測斜采集器的工作狀態(tài)進行顯示；該自動化測斜控制器還包括壓力檢測裝置，用于處理所述測斜傳感器在運動狀態(tài)下卡在所述測斜管中的異常，實時檢測牽引線上所承受的拉力，當拉力大于設(shè)定的閾值，所述電機驅(qū)動器停止電機的驅(qū)動拉力，并嘗試下放一段距離，再繼續(xù)上拉。另外，本發(fā)明的測斜系統(tǒng)中的自動化測斜控制器中還可具電壓檢測系統(tǒng)(圖1中未示出)，用于檢測系統(tǒng)電壓，實時上報供電狀態(tài)，，采集器下放距離檢測系統(tǒng)，用于確定采集器電纜和牽引繩的放卷長度，防止電纜或牽引繩長度不足的情況下還被意外拉伸或牽引。

實施例2

本發(fā)明還提供一種采用本發(fā)明所述的用于深層測斜的具有自動化數(shù)據(jù)采集與控制功能的測斜系統(tǒng)的測斜方法，該方法包括以下步驟：

1)采用所述測斜系統(tǒng)的所述自動化測斜采集器在所述自動化測斜控制器的控制下對土體深層進行測斜的數(shù)據(jù)采集的步驟；

2)通過所述自動化測斜采集器的無線模塊和自動化測斜控制器的無線模塊之間實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)同步的數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟襟E；

3)通過所述自動化測斜采集器的所述GPRS通信模塊使測斜數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸至所述數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺的步驟。

如圖2所示，為本發(fā)明所述自動化測斜控制器在所述自動化測斜采集器采集測斜數(shù)據(jù)的過程中其工作過程：

首先，系統(tǒng)開始工作時，控制器通過門磁開關(guān)檢測采集器的測斜傳感器是否在測斜管口處。若不在管口，控制器驅(qū)動電機，牽引采集器的測斜傳感器運動，直到控制器檢測到門磁開關(guān)發(fā)出的停機信號，控制器停止電機運動。在牽引的過程中，壓力檢測系統(tǒng)，控制器實時檢測牽引線上所承受的拉力，當拉力大于設(shè)定的閾值，控制器停止電機向上運轉(zhuǎn)，并嘗試下放一段距離，然后繼續(xù)上拉。

進一步，采集器測斜傳感器已經(jīng)位于測斜管口?？刂破骱筒杉魍ㄟ^無線模塊建立通訊，進行參數(shù)配置，并讀取采集器中的數(shù)據(jù)(若采集器中沒有數(shù)據(jù)，控制器會自動跳過讀取操作)，上傳到數(shù)據(jù)云平臺。當數(shù)據(jù)讀取結(jié)束后，控制器根據(jù)配置的參數(shù)生成工作時間表，復(fù)位測距設(shè)備，并啟動本輪采集。

進一步，工作時間表由待機時間、采集器工作時間、控制器工作時間組成，如圖3所示。待機時間，指的是第一輪采集結(jié)束到第二輪采集器開始的時間間隔，在該間隔內(nèi)，采集器和控制器均處于待機狀態(tài)。采集器工作時間，指的是采集器停止在測量點位置后，采集測量點傾斜狀態(tài)的工作時間。控制器工作時間，指的是控制器控制電機從當前采集點下放到下一個采集點的工作時間。

進一步，等待待機時間結(jié)束，并完成第一個測量點的數(shù)據(jù)采集，即采集器工作時間1耗盡，此時控制器工作時間到，控制器啟動電機，將采集器下放到下一個測量點。直到控制器工作時間1耗盡。采集器啟動測斜傳感器，完成對第二個測量點的數(shù)據(jù)采集，以此類推，直到采集器完成對最后一個測量點的數(shù)據(jù)采集。

進一步，當完成對最后一個測量點的數(shù)據(jù)采集，控制器驅(qū)動電機，將采集器的測斜傳感器牽引至測斜管口，配置采集器、讀取采集器數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)上傳到數(shù)據(jù)服務(wù)云平臺，并啟動下一輪采集。

進一步，當在采集器的測斜傳感器下放的過程中，如果被卡住，無法到達指定的測量點，控制器會將采集器牽引至測斜管口，完成本輪采集。

如圖4所示，為本發(fā)明測斜系統(tǒng)所述自動化測斜采集器的工作過程：

首先，系統(tǒng)開始工作時，對用到的外設(shè)進行初始化，并關(guān)閉測斜設(shè)備的電源，以降低系統(tǒng)功耗。采集器系統(tǒng)是基于消息機制開發(fā)的，消息隊列中一開始沒有消息，系統(tǒng)處于低功耗模式。當有外部消息事件觸發(fā)時，系統(tǒng)從低功耗模式喚醒，處理消息隊列中的消息，處理完以后繼續(xù)進入低功耗模式。

進一步，外部消息事件包括，定時器發(fā)出的測斜數(shù)據(jù)采集消息、測斜數(shù)據(jù)解算消息，測斜設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)答消息，無線模塊接收消息。

進一步，系統(tǒng)在處理測斜數(shù)據(jù)采集消息時，發(fā)送測斜傳感器采集命令，當收到傳感器應(yīng)答的傾斜數(shù)據(jù)時，觸發(fā)測斜設(shè)備數(shù)據(jù)應(yīng)答消息，系統(tǒng)在該消息的處理過程中，將測斜值從數(shù)據(jù)協(xié)議包中解析出來，并保存。

進一步，當傳感器解算時間到達時，觸發(fā)測斜數(shù)據(jù)解算消息，系統(tǒng)在該消息的處理過程中，完成對測斜值得平滑處理，并保存。

進一步，當無線模塊收到控制器數(shù)據(jù)，觸發(fā)無線模塊接收消息。系統(tǒng)根據(jù)收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容，對消息做相應(yīng)的處理。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。