一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置制造方法
【專利摘要】一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，包括信息采集層、信息傳輸層和安全監(jiān)控中心；信息采集層包含一定數(shù)量的信息采集節(jié)點(diǎn)，信息采集層使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自組網(wǎng)特性構(gòu)建覆蓋整個(gè)施工工地深基坑的物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元具體包括沉降信號采集、位移信號采集、應(yīng)變信號采集和傾角信號采集等；信息傳輸層為無線Zigbee模塊和4G模塊組成的裝置，安全監(jiān)控中心對采集的深基坑數(shù)據(jù)信息分析處理，以便發(fā)現(xiàn)安全隱患。本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)施工工地深基坑監(jiān)測的智能化，避免了傳統(tǒng)有線設(shè)備監(jiān)測的布線工作，系統(tǒng)具有成本低、功耗低、模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性強(qiáng)、無線網(wǎng)絡(luò)健壯等特點(diǎn)。
【專利說明】一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于建筑工程安全監(jiān)測領(lǐng)域，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，高層和大型建筑物越來越多，建筑物基坑開挖的深度和規(guī)模也越來越大，基坑向著大深度、大面積方向發(fā)展，周邊環(huán)境也更加復(fù)雜，深基坑開發(fā)和支護(hù)的難度愈來愈大。為了保證深基坑開挖的安全，以及為基坑支護(hù)方案的選取提供基礎(chǔ)資料，必須對基坑進(jìn)行監(jiān)測。新聞上常常能夠看到城市中因深基坑作業(yè)造成道路坍塌、附近建筑受損、甚至附近建筑倒塌的報(bào)道，其實(shí)都是深基坑施工設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測不到位造成的。由于勘察力度不夠，設(shè)計(jì)施工費(fèi)用壓縮，往往對周邊建筑造成比較大影響，這時(shí)候就需要通過實(shí)時(shí)監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)更全面的觀測，從而及時(shí)采取措施，防止造成重大的事故。傳統(tǒng)對于基坑的監(jiān)測，除了人工通過全站儀觀察外，通過測斜儀每天讀數(shù)來監(jiān)測基坑支護(hù)的變化及穩(wěn)定性，采集設(shè)備不聯(lián)網(wǎng)或使用有線聯(lián)網(wǎng)，而現(xiàn)在基坑越來越深，危險(xiǎn)系數(shù)加大，國家對于施工單位的安全要求也越來越高，深基坑監(jiān)測向自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化方向發(fā)展是其未來發(fā)展的必然趨勢。近年來隨著傳感器技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)從信息數(shù)據(jù)采集、信息傳輸和接收以及信息分析和處理全程實(shí)現(xiàn)無線化、智能化、數(shù)字化。特別適合用于施工工程所關(guān)心的物理變量連續(xù)實(shí)時(shí)監(jiān)測，能夠根據(jù)及時(shí)捕捉變量變化并快速做出安全預(yù)警。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有建筑工地深基坑安全監(jiān)測的不足，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，克服現(xiàn)有人工監(jiān)測和有線設(shè)備監(jiān)測勞動(dòng)強(qiáng)度大、布線困難、成本高、監(jiān)測范圍不能夠靈活擴(kuò)展、監(jiān)測時(shí)效性差等弊端。
[0004]本實(shí)用新型為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，其特點(diǎn)是:包括信息采集層、對采集的深基坑數(shù)據(jù)信息進(jìn)行隱患分析處理的安全監(jiān)控中心、用于接收信息采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)桨踩O(jiān)控中心的信息傳輸層；所述信息采集層包含一定數(shù)量的信息采集節(jié)點(diǎn)，每個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)由無線Zigbee模塊和傳感器單元組成，信息采集層使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自組網(wǎng)特性構(gòu)建覆蓋整個(gè)施工工地深基坑的物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元具體包括沉降信號采集、位移信號采集、應(yīng)變信號采集和傾角信號采集；所述信息傳輸層為無線Zigbee模塊和4G模塊組成的裝置。
[0005]所述信息采集節(jié)點(diǎn)的無線Zigbee模塊采用符合Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的CC2530芯片，無線Zigbee模塊工作在無線路由器模式；所述信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元包括沉降信號采集單元、位移信號采集單元、應(yīng)變信號采集單元和傾角信號采集單元，具體采用壓力傳感器、位移傳感器、埋入式應(yīng)變傳感器和加速度傳感器。
[0006]所述信息傳輸層的無線Zigbee模塊采用符合Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的CC2530芯片，無線Zigbee模塊工作在無線協(xié)調(diào)器模式；信息傳輸層的4G模塊由MCU微控制器和4G制式(TD -Lte/FDD -Lte)的USB無線上網(wǎng)卡組成，MCU微控制器通過串口與無線Zigbee模塊連接，M⑶微控制器通過USB接口與4G無線上網(wǎng)卡連接。
[0007]所述安全監(jiān)控中心通過分析處理信息傳輸層傳送的深基坑信息采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過一系列統(tǒng)計(jì)學(xué)和物理學(xué)公式計(jì)算，判斷出具有安全隱患的深基坑具體位置，并及時(shí)給出預(yù)警，以避免安全生產(chǎn)事故。
[0008]本實(shí)用新型1、融合了傳感器技術(shù)和通訊技術(shù)，系統(tǒng)集合Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和4G通訊技術(shù)，組建具有智能組網(wǎng)和無線信息采集、傳輸?shù)纳罨颖O(jiān)測系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了深基坑安全監(jiān)測的信息化和實(shí)時(shí)性。2、信息采集節(jié)點(diǎn)基于Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議組網(wǎng)，因此網(wǎng)絡(luò)具有自組織、自維護(hù)特性，可靈活的增減信息采集節(jié)點(diǎn)改變深基坑監(jiān)測范圍，此外在網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)個(gè)別節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后，其它節(jié)點(diǎn)工作不受影響，原先通過故障節(jié)點(diǎn)作為路由傳輸?shù)墓?jié)點(diǎn)會(huì)和其它正常節(jié)點(diǎn)重新智能組網(wǎng)，更新數(shù)據(jù)傳輸?shù)穆酚?，保證了網(wǎng)絡(luò)的靈活性和健壯性。
3、信息采集節(jié)點(diǎn)采用CC2530芯片，具有工作功耗低、價(jià)格低廉、支持多種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、?jié)點(diǎn)定位等特點(diǎn)，以及其安全、可靠、擴(kuò)展靈活、維護(hù)周期長的特性，特別適合用于組建深基坑這種建筑工地惡劣環(huán)境下的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本實(shí)用新型的信息采集節(jié)點(diǎn)組成原理圖。
[0010]圖2為本實(shí)用新型的信息傳輸裝置組成原理圖。
[0011]圖3、圖4、圖5、圖6為本實(shí)用新型的深基坑監(jiān)測原理圖。
[0012]圖7為本實(shí)用新型的安全監(jiān)控中心系統(tǒng)界面。

【具體實(shí)施方式】
[0013]本實(shí)用新型基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖，系統(tǒng)分為信息采集層、信息傳輸層和安全監(jiān)控中心三個(gè)部分。所述信息采集層包含一定數(shù)量的信息采集節(jié)點(diǎn)，每個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)由無線Zigbee模塊和傳感器單元組成,信息采集層使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自組網(wǎng)特性構(gòu)建覆蓋整個(gè)施工工地深基坑的物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元具體包括沉降信號采集、位移信號采集、應(yīng)變信號采集和傾角信號采集等；所述信息傳輸層為Zigbee模塊和4G模塊組成的裝置，用于接收信息采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)桨踩O(jiān)控中心。所述安全監(jiān)控中心對采集的深基坑數(shù)據(jù)信息分析處理，以便發(fā)現(xiàn)安全隱患。布放在建筑工地深基坑上的信息采集節(jié)點(diǎn)周期的讀取壓力傳感器、位移傳感器、埋入式應(yīng)變傳感器和加速度傳感器采集的模擬量，利用CC2530芯片自帶的ADC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)為數(shù)值信息，將數(shù)值信息發(fā)送給信息傳輸裝置，信息傳輸裝置將多個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的采集信息打包壓縮后通過4G高速無線網(wǎng)絡(luò)上傳安全監(jiān)控中心，安全監(jiān)控中心對上傳的采集基礎(chǔ)信息結(jié)合歷史采集信息通過統(tǒng)計(jì)和物理運(yùn)算判斷出深基坑是否存在沉降、位移、應(yīng)力變化和傾斜情況，對于發(fā)現(xiàn)的存在坍塌隱患的深基坑位置將及時(shí)通過預(yù)警系統(tǒng)告知監(jiān)管、施工、監(jiān)理等單位。
[0014]圖1是信息采集節(jié)點(diǎn)的組成原理圖。它是以CC2530芯片為主器件的硬件模塊，包括CC2530無線射頻芯片、壓力傳感器、位移傳感器、埋入式應(yīng)變傳感器、加速度傳感器、復(fù)位電路、晶振電路、天線和電源|吳塊等。
[0015]圖2是信息傳輸裝置的組成原理圖。它是以MCU微控制器為核心的硬件模塊，包括MCU微控制器、CC2530芯片、4G模塊、天線和電源模塊，其中MCU微控制器和CC2530芯片通過串口通信，MCU微控制器和4G模塊通過USB接口連接，通過USB仿真串口實(shí)現(xiàn)控制4G模塊的PPPoE撥號，從而完成網(wǎng)絡(luò)連接。
[0016]圖3、圖4、圖5、圖6是深基坑監(jiān)測原理圖?；颖O(jiān)測主要考慮基坑墻體的穩(wěn)定性，通過觀察其水平位移、內(nèi)部壓力和傾斜情況評估其安全性。此外,對特殊場合,如地體施工中澆筑的一些梁柱支撐結(jié)構(gòu)，還要監(jiān)測其應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)。深基坑墻體各部分水平位移，位移太大就可能塌陷，對于作業(yè)人員、設(shè)備以及周圍的建筑、設(shè)備會(huì)造成毀滅性的災(zāi)害。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測采集相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，進(jìn)過分析處理可以存在隱患的深基坑位置提前給出預(yù)警，避免事故發(fā)生。
[0017]圖7是安全監(jiān)控中心系統(tǒng)界面截圖。從截圖可見各種監(jiān)測信息被直觀的展現(xiàn)出來。
[0018]終上所述，基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測系統(tǒng)是通過高精度傳感器測量深基坑的沉降、位移、應(yīng)變和傾角信息來實(shí)時(shí)監(jiān)測深基坑是否存在安全隱患，從而避免安全生產(chǎn)事故發(fā)生，同時(shí)也為進(jìn)行深基坑選擇支護(hù)方案和實(shí)施支護(hù)工作提供重要的數(shù)據(jù)支持。本系統(tǒng)選用的無線Zigbee模塊采用IEEE 802.15.4協(xié)議，它是一種短距離、低功耗的無線通訊模塊，其特點(diǎn)是近距離、自組織、低功耗、低復(fù)雜度、低成本，非常適合建筑工地整個(gè)深基坑的多點(diǎn)監(jiān)控，其網(wǎng)絡(luò)健壯、擴(kuò)展靈活、維護(hù)周期長等特點(diǎn)，也使其能夠用于建筑工地惡劣的環(huán)境中。
【權(quán)利要求】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，其特征在于:包括信息采集層、對采集的深基坑數(shù)據(jù)信息進(jìn)行隱患分析處理的安全監(jiān)控中心、用于接收信息采集節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)并傳輸?shù)桨踩O(jiān)控中心的信息傳輸層；所述信息采集層包含一定數(shù)量的信息采集節(jié)點(diǎn)，每個(gè)信息采集節(jié)點(diǎn)由無線Zigbee模塊和傳感器單元組成,信息采集層使用Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議自組網(wǎng)特性構(gòu)建覆蓋整個(gè)施工工地深基坑的物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元具體包括沉降信號采集、位移信號采集、應(yīng)變信號采集和傾角信號采集；所述信息傳輸層為無線Zigbee模塊和4G模塊組成的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，其特征在于:所述信息采集節(jié)點(diǎn)的無線Zigbee模塊采用符合Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的CC2530芯片，無線Zigbee模塊工作在無線路由器模式；所述信息采集節(jié)點(diǎn)的傳感器單元包括沉降信號采集單元、位移信號采集單元、應(yīng)變信號采集單元和傾角信號采集單元，具體采用壓力傳感器、位移傳感器、埋入式應(yīng)變傳感器和加速度傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于物聯(lián)網(wǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的深基坑監(jiān)測裝置，其特征在于:所述信息傳輸層的無線Zigbee模塊采用符合Zigbee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的CC2530芯片,無線Zigbee模塊工作在無線協(xié)調(diào)器模式；信息傳輸層的4G模塊由MCU微控制器和4G制式TD - Lte/FDD - Lte的USB無線上網(wǎng)卡組成，MCU微控制器通過串口與無線Zigbee模塊連接，MCU微控制器通過USB接口與4G無線上網(wǎng)卡連接。
【文檔編號】H04L29/08GK204119273SQ201420466518
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月19日
【發(fā)明者】王江濤 申請人:中國十七冶集團(tuán)有限公司