專利名稱：土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置。
背景技術(shù)：
土木水利老舊結(jié)構(gòu)物的延壽、加固除險(xiǎn)工作，是未來公共 工程與各主管部門的最主要工作， 一 般而言，針對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)體， 如橋梁工程、邊坡、大壩建筑物等，均需利用監(jiān)測(cè)設(shè)備建立完 整的系統(tǒng)，以及時(shí)提供數(shù)據(jù)資料，供管理單位進(jìn)行研判，迅速 下達(dá)決策指令，有效達(dá)到防災(zāi)、避災(zāi)目的，進(jìn)而適時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)物 執(zhí)行加固除險(xiǎn)工作。
由于相關(guān)的土木結(jié)構(gòu)物于I960至1970前后陸續(xù)完工投入 服務(wù)，其服務(wù)年限大多超過理論設(shè)計(jì)年限的70%以上。而原始 采用的設(shè)計(jì)依據(jù)，由于長(zhǎng)期環(huán)境影響因素(地震、洪水、土石流 等)與荷載加大(載具、車輛設(shè)備的改進(jìn)、容量增加)，是否仍能 提供安全的服務(wù)水平，實(shí)在是當(dāng)前最重要的工作與任務(wù)。由于 上述的狀況，并不是針對(duì)單一工程而言，而是全面性的現(xiàn)象， 如何建立具有簡(jiǎn)單、時(shí)效性、可靠性、成本低的監(jiān)測(cè)防災(zāi)預(yù)警 系統(tǒng)是本申請(qǐng)開發(fā)、發(fā)表的最基本的考慮與依據(jù)。
傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)設(shè)備與系統(tǒng)，不外乎針對(duì)結(jié)構(gòu)體行為，予以監(jiān) 督測(cè)量，并由監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、提供設(shè)計(jì)檢討或依據(jù)設(shè)計(jì)精神比對(duì)各
行為管理值，從而對(duì)管理單位提出實(shí)時(shí)決策與后續(xù)行動(dòng)指標(biāo)，
這些傳統(tǒng)的測(cè)方法與、Jr/, l-門 數(shù)據(jù)收集，均針對(duì)應(yīng)力變形水壓沉陷
等工程特質(zhì)由于長(zhǎng)期的服務(wù)條件與環(huán)堍變化，這些行為指標(biāo)
恐多與原r設(shè)計(jì)基礎(chǔ)偏離，致使管理值的給定、決策依據(jù)與下
達(dá)均具有高度不確定性。
再者，傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，必須配合電力、通訊傳輸設(shè)備等， 一旦使用，數(shù)量與成本太高，有的甚至遠(yuǎn)高于監(jiān)測(cè)目標(biāo)物的建造 成本，這些問題，都一直困擾著管理與決策單位，這也是全面建
立監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)遲遲未能落實(shí)的原因，此現(xiàn)象是長(zhǎng)期難以解決的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供 一 種通過自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式，精確掌 控監(jiān)測(cè)物的傾度與間隙變化情況，以事先取得相關(guān)數(shù)據(jù)，供相 關(guān)單位適時(shí)進(jìn)行維修工作的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其 裝置。
本發(fā)明的另 一 目的在于提供 一 種可經(jīng)由遠(yuǎn)程控制，定期定 時(shí)、實(shí)時(shí)或在惡劣環(huán)境中針對(duì)待監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行傾度及裂縫 偵測(cè)，以達(dá)到事先預(yù)警功能的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及
其裝置。
可達(dá)成上述發(fā)明目的的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其 裝置，包括有偵測(cè)單元及資料匯集單元，該偵測(cè)單元是由傾角測(cè) 量器、間隙測(cè)量器、電源管理模塊、微電腦模塊及有線或無線通
訊接口所構(gòu)成；其測(cè)量方法是將偵測(cè)單元的傾角測(cè)量器及間隙測(cè) 量器布設(shè)于待監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物上，以對(duì)結(jié)構(gòu)物的傾度及間隙進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，并將兩種監(jiān)測(cè)結(jié)果皆傳送至微電腦模塊中，經(jīng)微電腦模塊將 兩種偵測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換后，再通過有線或無線通訊接口將兩種偵測(cè)信 號(hào)同時(shí)傳送至資料匯集單元中；該資料匯集單元是由工業(yè)級(jí)電 腦、電源管理模塊、有線或無線局域網(wǎng)通訊模塊及有線或無線通 訊接口所構(gòu)成；其中，其處理過程是通過有線或無線通訊接口接 收來自偵測(cè)單元的偵測(cè)信號(hào)，再將信號(hào)傳送至工業(yè)級(jí)電腦中，并 可通過有線或無線局域網(wǎng)通訊模塊將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳送至遠(yuǎn)程電腦， 以得知受監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物是否持續(xù)有異常情況發(fā)生，以提供相關(guān)數(shù)據(jù) 給管理或決策單位實(shí)時(shí)或在適當(dāng)時(shí)間進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)工作。 本發(fā)明所提供的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置，
與其它現(xiàn)有技術(shù)相互比較時(shí)，具有下列的優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明是釆用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)模式，精確掌控監(jiān)測(cè)物的傾度
變化情況，以事先取得相關(guān)數(shù)據(jù)，供相關(guān)單位適時(shí)進(jìn)場(chǎng)維修保固。
2、本發(fā)明是經(jīng)由遠(yuǎn)程控制，定期、定時(shí)或在惡劣環(huán)境中針 對(duì)待監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行傾度及裂縫偵測(cè)，以達(dá)到事先預(yù)警的功效。


圖1 本發(fā)明土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置的方框
圖2 本發(fā)明土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置的流程
1、偵測(cè)單元，11、傾角測(cè)量器，12、間隙測(cè)量器，13電源 管理模塊，14、微電腦模塊，15、無線或有線通訊接口， 2、資 料匯集模塊，21、工業(yè)級(jí)電腦，22無線或有線通訊接口， 23、 電源管理模塊，24有線或無線局域網(wǎng)通訊模塊。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例請(qǐng)參閱圖1所示，是本發(fā)明所提供的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn) 定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置的方框圖，主要是由偵測(cè)單元1及
資料匯集單元2所構(gòu)成；其中，該偵測(cè)單元1包含有
至少一個(gè)以上的傾角測(cè)量器11，該傾角測(cè)量器11是布設(shè)于 待測(cè)結(jié)構(gòu)物上，主要是監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的傾斜角度，而傾角測(cè)量器
ll是采用二或三軸加速規(guī)，其解析度可達(dá)0.1至0.5度，并采
用模擬輸出，若采用數(shù)字輸出則不需微電腦模塊；
至少一個(gè)以上的間隙測(cè)量器12，該間隙測(cè)量器12是布設(shè)于
待測(cè)結(jié)構(gòu)物上，主要是針對(duì)結(jié)構(gòu)物的間隙距離進(jìn)行測(cè)量，而該
間隙測(cè)量器12可以是線性差動(dòng)變壓器(LVDT)或可變電流閘感 測(cè)器元件，其解析度可達(dá)0. 1至0. 5公分，是采用模擬輸出；
電源管理模塊13，該電源管理模塊13是依現(xiàn)場(chǎng)施作狀況采 用交流轉(zhuǎn)直流或直流降壓直流轉(zhuǎn)換的模塊，以提供各模塊所需 的工作電源；
微電腦模塊14，該微電腦模塊1 4為偵測(cè)單元1的核心，主
要是匯整傾角測(cè)量器11或間隙測(cè)量器1 2產(chǎn)生的信號(hào)，以通過 有線或無線通訊接口向資料匯集單元2回報(bào)各傾角測(cè)量器11或 間隙測(cè)量器12的偵測(cè)狀況，及通過有線或無線通訊接口 15接 收并執(zhí)行來自資料匯集單元2所送出的指令信號(hào)；另外，該微 電腦模塊14會(huì)測(cè)定傾角測(cè)量器U或間隙測(cè)量器12是否有異 常，并測(cè)定電源的供給狀況，以確保偵測(cè)單元1處于最佳工作 狀況；由于傾角測(cè)量器11或間隙測(cè)量器12是采用分布式測(cè)量， 故需采取一主(one master)多從(multiple slaves)的菊花鏈 (daisy chain)串接通訊方式，確保資料收集不會(huì)因某偵測(cè)節(jié) 點(diǎn)接線松脫或斷裂而造成整體作業(yè)失聯(lián)，因而采用有線或無線 通訊接口 15。當(dāng)資料匯集單元2感知某一偵測(cè)節(jié)點(diǎn)通訊有誤時(shí)， 即主動(dòng)通知遠(yuǎn)程監(jiān)控中心維修。而該資料匯集單元2主要包含
工業(yè)級(jí)電腦21，是通過有線或無線通訊接口 22定時(shí)、定期 下達(dá)指令至偵測(cè)單元1的各偵測(cè)點(diǎn)收集信息，并回報(bào)遠(yuǎn)程監(jiān)控 中心，并可不定時(shí)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心指示查詢各偵測(cè)單元1的 信息。在定時(shí)收集資料模式下，可以自行判斷監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物是 否有異常信息產(chǎn)生，并主動(dòng)通報(bào)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。另外，該工業(yè) 級(jí)電腦21也會(huì)檢測(cè)偵測(cè)單元1的各感測(cè)節(jié)點(diǎn)狀況及通訊連線的 情況，以便通知遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采取必要維修；
電源管理模塊23，該電源管理模塊23是采用不斷電系統(tǒng) (UPS),以提供資料匯集單元2及偵測(cè)單元1電源，確保系統(tǒng)工 作無慮；
有線或無線局域網(wǎng)通訊模塊24，該通訊模塊24是依照現(xiàn)場(chǎng) 狀況采用有線ADSL或無線局域網(wǎng)通訊模塊，使得工業(yè)級(jí)電腦 2 1可與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心信息交換資料。
因此，本發(fā)明是通過傾角測(cè)量器11對(duì)監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物進(jìn)行傾 度偵測(cè)，并持續(xù)追蹤結(jié)構(gòu)物是否有發(fā)生異常，若有，則再搭配 間隙測(cè)量器12的測(cè)量結(jié)果，精確掌握結(jié)構(gòu)物的傾斜變化情況， 供管理單位實(shí)時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)全面檢測(cè)，加固除險(xiǎn)工作。若傾角測(cè)
量器11回報(bào)結(jié)果為傾度未持續(xù)變化，同樣可根據(jù)間隙測(cè)量器 12的測(cè)量確認(rèn)，以確保結(jié)構(gòu)確實(shí)呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。
請(qǐng)參閱圖2所示，是本發(fā)明的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方 法及其裝置的流程圖，是對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)物定時(shí)、定期或在惡劣環(huán) 境中以有線或無線方式進(jìn)行傾斜度及伸縮縫或現(xiàn)有裂縫的測(cè) 量，其中，是以傾斜度測(cè)量為主，伸縮縫或現(xiàn)有裂縫為輔；根 據(jù)傾斜度的測(cè)量結(jié)果即可得知待測(cè)結(jié)構(gòu)物是否持續(xù)受力變化， 若持續(xù)變化代表不穩(wěn)定，若變化漸減代表趨于穩(wěn)定，不變化代 表穩(wěn)定；而伸縮縫或現(xiàn)行裂縫的測(cè)量方式可采用導(dǎo)電與可變電 流裝置進(jìn)行測(cè)量，以取得裂縫擴(kuò)張或縮小的結(jié)果；或?qū)⒁徊Ａ?片固定于裂縫的兩端，若玻璃片破裂則代表裂縫加大；因此， 先通過傾斜度測(cè)量結(jié)果得知結(jié)構(gòu)物是否持續(xù)傾斜，再通過裂縫 測(cè)量結(jié)果的輔助，即可精確掌控受監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)狀況，以 提供相關(guān)單位作日后維修保固的依據(jù)。
上列詳細(xì)說明僅是針對(duì)本發(fā)明之 一 可行實(shí)施例的具體說 明，該實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā) 明技藝精神所為的等效實(shí)施或變更，均應(yīng)包含于本案的專利范 圍中。
權(quán)利要求
1、一種土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，是定時(shí)、定期或在惡劣環(huán)境中對(duì)待測(cè)結(jié)構(gòu)物中以有線或無線方式進(jìn)行傾斜度或裂縫的測(cè)量，根據(jù)傾斜度的測(cè)量結(jié)果實(shí)時(shí)得知待測(cè)結(jié)構(gòu)物是否持續(xù)受力變化，再通過裂縫測(cè)量結(jié)果的輔助，即可精確掌控受監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)狀況，以提供給相關(guān)單位作為日后維修保固的依據(jù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征 在于，所述裂縫測(cè)量方式可采用導(dǎo)電與可變電流裝置進(jìn)行測(cè) 量，以取得裂縫擴(kuò)張或縮小的結(jié)果。
3. 如權(quán)利要求1所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法，其特征 在于，所述裂縫測(cè)量方式可將 一 玻璃片固定在裂縫的兩端， 若玻璃片破裂則代表結(jié)構(gòu)物傾斜度增加。
4. 一種土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征在于，其結(jié)構(gòu)包 括偵測(cè)單元及資料匯集單元，該偵測(cè)單元包含有至少 一 個(gè)以上的傾角測(cè)量器，該傾角測(cè)量器布設(shè)于待測(cè)結(jié)構(gòu) 物上，以對(duì)結(jié)構(gòu)物傾斜角度進(jìn)行偵測(cè)；至少 一 個(gè)以上的間隙測(cè)量器，該間隙測(cè)量器布設(shè)于待測(cè)結(jié)構(gòu)物的裂縫上，以針對(duì)結(jié)構(gòu)物的裂縫距離進(jìn)行測(cè)量；微電腦模塊，該微電腦模塊匯整傾角測(cè)量器或間隙測(cè)量器產(chǎn)生的信號(hào)，以通過有線或無線通訊接口向資料匯集單元回報(bào)各傾角測(cè)量器或間隙測(cè)量器偵測(cè)狀況；該資料匯集單元包含工業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)通過有線或無線通訊接口定時(shí)、定 期下達(dá)指令至偵測(cè)單元的各偵測(cè)點(diǎn)收集信息，并回報(bào)遠(yuǎn)程監(jiān) 控中心，并可不定時(shí)接收遠(yuǎn)程監(jiān)控中心指示查詢各感測(cè)節(jié)點(diǎn) f曰息；有線或無線通訊模塊，該通訊模塊是工業(yè)級(jí)電腦與遠(yuǎn)程監(jiān)控 中心信息交換的接口模塊；通過傾角測(cè)量器持續(xù)取得結(jié)構(gòu)物的傾斜信息，再搭配間隙測(cè) 量器的測(cè)量結(jié)果，即可精確掌握結(jié)構(gòu)物的傾斜變化情況。
5. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征 在于，所述偵測(cè)單元的傾角測(cè)量器是采用二或三軸加速規(guī)，其解析度可達(dá)0. 1至0. 5度，并采用模擬輸出。
6. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征 在于，所述偵測(cè)單元的間隙測(cè)量器可以是線性差動(dòng)變壓器(LVDT )或可變電流閘感測(cè)器元件，其解析度可達(dá)0. 1至0.5 公分，是采用模擬輸出。
7. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征 在于，所述偵測(cè)單元還包含電源管理模塊，該電源管理模塊 依現(xiàn)場(chǎng)施作狀況，采用交流轉(zhuǎn)直流或直流降壓直流轉(zhuǎn)換的模 塊，以提供各模塊所需的工作電源。
8. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征在于，所述偵測(cè)單元的微電腦模塊可測(cè)定傾角測(cè)量器或間隙 測(cè)量器是否有異常及電源供給狀況，以確保偵測(cè)單元處于最 佳工作狀況。
9. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征 在于，所述資料匯集單元的工業(yè)級(jí)電腦在定時(shí)收集資料模式 下，可以自行判斷監(jiān)測(cè)的結(jié)構(gòu)物是否有異常信息產(chǎn)生，并主 動(dòng)通報(bào)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。
10. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征在于，所述資料匯集單元的工業(yè)級(jí)電腦可檢測(cè)偵測(cè)單元的各 感測(cè)節(jié)點(diǎn)狀況及通訊連線的情況，以便通知遠(yuǎn)程監(jiān)控中心采 取必要的維修。
11. 如權(quán)利要求4所述的土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警裝置，其特征 在于，所述資料匯集單元還包含電源管理模塊，該電源管理 模塊是采用不斷電系統(tǒng)(UPS)，以提供資料匯集單元及偵測(cè) 單元的電源，確保系統(tǒng)工作無慮。
全文摘要
一種土木結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警方法及其裝置，主要是在待監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物上布設(shè)數(shù)個(gè)傾角測(cè)量器及數(shù)個(gè)間隙測(cè)量器，以對(duì)結(jié)構(gòu)物的傾度及間隙進(jìn)行偵測(cè)，并將兩種偵測(cè)結(jié)果經(jīng)微電腦模塊轉(zhuǎn)換后，再通過有線或無線通訊接口將兩種偵測(cè)訊號(hào)同時(shí)傳送至現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)級(jí)電腦中，再通過有線或無線局域網(wǎng)(Wirless Lan)通訊模塊將監(jiān)測(cè)結(jié)果傳送至遠(yuǎn)程電腦，以得知受監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)物的傾角與間隙變化，了解判斷是否持續(xù)有異常情況發(fā)生，以提供相關(guān)數(shù)據(jù)給管理或決策單位實(shí)時(shí)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)工作。
文檔編號(hào)G01M99/00GK101192336SQ20061012395
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者張達(dá)德 申請(qǐng)人:張達(dá)德