一种基于物联网隧道施工用监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工领域，具体涉及一种基于物联网隧道施工用监测装置。

背景技术：

2.隧道施工过程中常常会发生拱顶沉降、两侧收敛，这些变化对隧道施工掘进，安全指导具有非常重要的意义，如处理不当，严重甚至会造成重大安全事故。因此，隧道沉降收敛的位移量成为工程日常维护中的重点监控指标。
3.目前隧道沉降监测的测量系统有多种，其中最常见、可靠的系统主要是基于光学手段的全站仪，其精度较高，一般为毫米级，作用距离在千米级。不过，该系统的工作原理决定，该方式监测频率低、数据滞后期大；同时，由于该系统一般为人工操作，外业工作量大，所以测量效率、成本在后期都非常高。
4.隧道实时在线监测，可提高效率、提前安全预警，提高隧道智慧建设的管理水平。同时智能监测数据可结合bim模型进行一体化展示，实现数据的客观展示和有效利用，达成隧道施工实施全方位、全过程的动态管控，为优化施工决策提供可靠的数据支撑。
5.但是隧道监测一直有几个传统难点，一方面是隧道的掘进多采用爆破的方式，其威力巨大，而隧道掌子面附近的沉降是监测的重要参数之一，设备防护是其中的难点。其次是隧道内部，信号不便穿透，监测设备的供电供网也是重要难点之一。

技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的设备防护问题，现在提出一种基于物联网隧道施工用监测装置。
7.为了实现上述发明目的，本技术的技术方案如下：
8.一种基于物联网隧道施工用监测装置，包括测量终端、基准终端、中继通信设备和数据处理平台；测量终端与基准终端硬件结构相同，供电组件用于对各设备供电，基准终端数量至少为三个，基准终端安装在基准面上，且基准终端均不在同一条直线上分布，测量终端固定于位移监测点；防护装置包括一个防爆钢板和五个防爆环氧树脂板，防爆钢板和防爆环氧树脂板构成一个立方体结构，所述测量终端或/和基准终端位于立方体结构内，所述测量终端与防爆钢板之间通过转动台相连，所述防爆钢板外侧连接有预埋钢筋。
9.所述防护装置还包括固定板和设备安装板，所述固定板与防爆钢板固定相连，设备安装板通过转动台与测量终端或基准终端相连。
10.转动台结构由横向方向转动副和纵向方向转动副构成，每个转动副左右方向均配有限位的插销与卡槽，两个控制不同方向的转动副组合在一起即可实现横向与纵向的转动调节。
11.进一步地，所述防护装置周围设置有防护钢板，所述防护钢板包括防护挡板和固定在防护挡板上的钢筋条，所述钢筋条焊接在隧道拱顶的工字钢上，并通过插销固定。
12.进一步地，所述测量终端与基准终端通过内置的收发天线信号相连，测量终端将
所测位移数据传至外部中继通信设备再传至数据处理平台。
13.再进一步地，所述数据处理平台包括互联网云端，位移数据传至传至互联网云端后，互联网云端将完成数据解算后的数据再传递至显示终端。
14.进一步地，中继通信设备为无线网桥，供电组件为电池，所述电池用于为无线网桥供电，所述测量终端与数据处理平台经无线网桥建立无线数据连接。
15.进一步地，所述基准终端和测量终端均包括壳体，壳体顶部设置有屏蔽板，所述屏蔽板上设置有收发天线，所述屏蔽板下方设置有主板，在主板上分别设置有超宽带模块、通讯模块和电源模块，所述电源模块与电池相连，所述主板下方设置有绝缘纸，壳体外侧还设置有外置天线、信号指示灯和充电接口。
16.本技术具有以下优点：
17.1、本技术的天线内置在盒体内部，保证测距稳定牢靠，受外界环境影响较小。整个盒体，通过提前预埋的钢筋固定在隧道拱璧，保障安装牢靠，实现了整体设备的安全防护，即使隧道内进行爆破，也能使设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。且本终端装置采用模块化设计，便于在隧道项目中进行安装和使用，可适应隧道潮湿环境。
18.2、本技术的设备功耗小，因此电池内置也可保障设备单次持续运行三十天以上，设备天线发射方向的外部防护，采用环氧树脂等高强度非金属材料防护，保障抗冲击的同时，信号不会被屏蔽吸收，适应隧道使用环境。若设备使用故障，拆卸预埋钢筋与设备整体的连接处即可实现模块替换，安装方便。
19.3、本技术保护装置能保障设备在恶劣工况或爆破环境下存活。经过多次实验验证，发现隧道掘进过程中，爆炸工法变更对防护的影响极大。因此针对掌子面附近的数据采集设计了单独的防护钢板结构，用于保护设备防护掌子面爆破后正面的碎石冲击。
20.4、本装置可实现数据实时监控，远程监控，同时本装置防爆等级高，设备安装简单，成本相对低廉，特别适用于隧道沉降和收敛的自动监测。
附图说明
21.图1为本技术整体结构示意图。
22.图2为防护装置结构示意图。
23.图3为转动台结构示意图。
24.图4为防护钢板结构示意图。
25.图5为基准终端和测量终端的结构示意图。
26.附图中：1-测量终端，2-基准终端，3-中继通信设备，4-数据处理平台，5-防护装置，6-防爆钢板，7-防爆环氧树脂板，8-转动台，9-预埋钢筋，10-固定板，11-设备安装板，12-横向方向转动副，13-纵向方向转动副，14-防护钢板，15-防护挡板，16-钢筋条，17-显示终端，18-壳体，19-屏蔽板，20-收发天线，21-主板，22-超宽带模块，23-通讯模块，24-电源模块，25-电池，26-绝缘纸，27-外置天线，28-信号指示灯，29-充电接口。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是
本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
28.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
30.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
32.实施例1
33.为了实现上述发明目的，本技术的技术方案如下：
34.一种基于物联网隧道施工用监测装置，其工作原理如图1所示，包括测量终端1、基准终端2、中继通信设备3和数据处理平台4；供电组件用于对各设备供电，测量终端1与基准终端2硬件结构相同，其结构如图5所示。隧道应用时基准终端2数量至少为三个，基准终端2安装在基准面上，且基准终端2均不在同一条直线上分布，测量终端1固定于位移监测点；防护装置5结构如图2所示，其包括一个防爆钢板6和五个防爆环氧树脂板7，防爆钢板6和防爆环氧树脂板7构成一个立方体结构，所述测量终端1或/和基准终端2位于立方体结构内，所述测量终端1与防爆钢板6之间通过转动台8相连，所述防爆钢板6外侧连接有预埋钢筋9。
35.本技术的天线内置在盒体内部，保证测距稳定牢靠，受外界环境影响较小。整个盒体，通过提前预埋的钢筋固定在隧道拱璧，保障安装牢靠，实现了整体设备的安全防护，即使隧道内进行爆破，也能使设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。且本终端装置采用模块化设计，便于在隧道项目中进行安装和使用，可适应隧道潮湿环境。
36.实施例2
37.一种基于物联网隧道施工用监测装置，其工作原理如图1所示，包括测量终端1、基准终端2、中继通信设备3和数据处理平台4；供电组件用于对各设备供电，测量终端1与基准终端2硬件结构相同，其结构如图5所示。隧道应用时基准终端2数量至少为三个，基准终端2安装在基准面上，且基准终端2均不在同一条直线上分布，测量终端1固定于位移监测点；防护装置5结构如图2所示，其包括一个防爆钢板6和五个防爆环氧树脂板7，防爆钢板6和防爆环氧树脂板7构成一个立方体结构，所述测量终端1或/和基准终端2位于立方体结构内，所
述测量终端1与防爆钢板6之间通过转动台8相连，所述防爆钢板6外侧连接有预埋钢筋9。
38.所述防护装置5还包括固定板10和设备安装板11，所述固定板10与防爆钢板6固定相连，设备安装板11通过转动台8与测量终端1或基准终端2相连。
39.转动台8结构由横向方向转动副12和纵向方向转动副13构成，每个转动副左右方向均配有限位的插销与卡槽，两个控制不同方向的转动副组合在一起即可实现横向与纵向的转动调节。转动台8结构见图3，转动台8控制设备横向与纵向转动，主要用于控制终端设备内置收发天线20的偏转方向，让天线的主瓣方向互相对准，保障终端的信号接收能力。转动副的具体结构为本领域技术人员公知内容，这里不再介绍。本结构基于隧道的应用，对结构做了轻量与小型化处理，尽量减小设备的外露高度，减少设备被施工破坏的可能性。其具体表现在终端内部结构对硬件pcb高度集成，电路模块化设计，并通过空间上下层叠，电池25放置在设备内部pcb板安装孔的之间，两者之间通过一层绝缘纸26隔热。
40.防护装置5周围设置有防护钢板14，所述防护钢板14包括防护挡板15和固定在防护挡板15上的钢筋条16，所述钢筋条16焊接在隧道拱顶的工字钢上，并通过插销固定。鉴于掌子面爆炸威力较大，两处固定的钢筋条16焊接在隧道拱顶初支的工字钢上，焊点至少两处，钢板装上后，插销卡紧，并用尖嘴钳将插销顶端折弯，避免因爆破而造成插销脱落。
41.测量终端1与基准终端2通过内置的收发天线20信号相连，位移数据通过超宽带模块22计算，测量终端1通过内部通讯设备将所测位移数据传至外部中继通信设备3再传至数据处理平台4。
42.数据处理平台4包括互联网云端，位移数据传至传至互联网云端后，互联网云端将完成数据解算后的数据再传递至显示终端17。
43.中继通信设备3为无线网桥，供电组件为电池，所述电池用于为无线网桥供电，所述测量终端1与数据处理平台4经无线网桥建立无线数据连接。
44.基准终端2和测量终端1均包括壳体18，壳体18顶部设置有屏蔽板19，所述屏蔽板19上设置有收发天线20，所述屏蔽板19下方设置有主板21，在主板21上分别设置有超宽带模块22、通讯模块23和电源模块24，所述电源模块24与电池25相连，所述主板21下方设置有绝缘纸26，壳体18外侧还设置有外置天线27、信号指示灯28和充电接口29。这里提到的超宽带模块22、通讯模块23、电源模块24等都为本领域技术人员熟知的部件，为公知常识，本领域技术人员能够通过具体需求选择现有技术中合适的部件安装在本设备中，其整体的工作原理也是本领域公知的，这里不再赘述。
45.本技术的天线内置在盒体内部，保证测距稳定牢靠，受外界环境影响较小。整个盒体，通过提前预埋的钢筋固定在隧道拱璧，保障安装牢靠，实现了整体设备的安全防护，即使隧道内进行爆破，也能使设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。且本终端装置采用模块化设计，便于在隧道项目中进行安装和使用，可适应隧道潮湿环境。本技术的设备功耗小，因此电池25内置也可保障设备单次持续运行三十天以上，设备天线发射方向的外部防护，采用环氧树脂等高强度非金属材料防护，保障抗冲击的同时，信号不会被屏蔽吸收，适应隧道使用环境。若设备使用故障，拆卸预埋钢筋9与设备整体的连接处即可实现模块替换，安装方便。本技术保护装置能保障设备在恶劣工况或爆破环境下存活。经过多次实验验证，发现隧道掘进过程中，爆炸工法变更对防护的影响极大。因此针对掌子面附近的数据采集设计了单独的防护钢板14结构，用于保护设备防护掌子面爆破后正面的碎石冲击。本装
置可实现数据实时监控，远程监控，同时本装置防爆等级高，设备安装简单，成本相对低廉，特别适用于隧道沉降和收敛的自动监测。

技术特征：

1.一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：包括测量终端（1）、基准终端（2）、中继通信设备（3）和数据处理平台（4）；供电组件用于对各设备供电，测量终端（1）与基准终端（2）硬件结构相同，基准终端（2）数量至少为三个，基准终端（2）安装在基准面上，且基准终端（2）均不在同一条直线上分布，测量终端（1）固定于位移监测点；防护装置（5）包括一个防爆钢板（6）和五个防爆环氧树脂板（7），防爆钢板（6）和防爆环氧树脂板（7）构成一个立方体结构，所述测量终端（1）或/和基准终端（2）位于立方体结构内，所述测量终端（1）与防爆钢板（6）之间通过转动台（8）相连，所述防爆钢板（6）外侧连接有预埋钢筋（9）。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：所述防护装置（5）还包括固定板（10）和设备安装板（11），所述固定板（10）与防爆钢板（6）固定相连，设备安装板（11）通过转动台（8）与测量终端（1）或基准终端（2）相连。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：转动台（8）结构包括横向方向转动副（12）和纵向方向转动副（13），每个转动副左右方向均配有限位的插销与卡槽。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：所述防护装置（5）周围设置有防护钢板（14），所述防护钢板（14）包括防护挡板（15）和固定在防护挡板（15）上的钢筋条（16），所述钢筋条（16）焊接在隧道拱顶的工字钢上，并通过插销固定。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：所述测量终端（1）与基准终端（2）通过内置的收发天线（20）信号相连，测量终端（1）将所测位移数据传至外部中继通信设备（3）再传至数据处理平台（4）。6.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：所述数据处理平台（4）包括互联网云端，位移数据传至传至互联网云端后，互联网云端将完成数据解算后的数据再传递至显示终端（17）。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：中继通信设备（3）为无线网桥，供电组件为电池，所述电池用于为无线网桥供电，所述测量终端（1）与数据处理平台（4）经无线网桥建立无线数据连接。8.根据权利要求1所述的一种基于物联网隧道施工用监测装置，其特征在于：所述基准终端（2）和测量终端（1）均包括壳体（18），壳体（18）顶部设置有屏蔽板（19），所述屏蔽板（19）上设置有收发天线（20），所述屏蔽板（19）下方设置有主板（21），在主板（21）上分别设置有超宽带模块（22）、通讯模块（23）和电源模块（24），所述电源模块（24）与电池（25）相连，所述主板（21）下方设置有绝缘纸（26），壳体（18）外侧还设置有外置天线（27）、信号指示灯（28）和充电接口（29）。

技术总结

本实用新型涉及隧道施工领域，具体涉及一种基于物联网隧道施工用监测装置，其包括测量终端、基准终端、中继通信设备和数据处理平台；供电组件用于对各设备供电，基准终端安装在基准面上，且基准终端均不在同一条直线上分布，测量终端固定于位移监测点；防护装置包括一个防爆钢板和五个防爆环氧树脂板，防爆钢板和防爆环氧树脂板构成一个立方体结构，所述测量终端或/和基准终端位于立方体结构内。本申请的天线内置在盒体内部，保证测距稳定牢靠，受外界环境影响较小。整个盒体，通过提前预埋的钢筋固定在隧道拱璧，保障安装牢靠，实现了整体设备的安全防护，即使隧道内进行爆破，也能使设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。设备整体不会受到太大的破坏和功能影响。