管道位移自动化监测方案

一、背景

管道系统在区域性地质沉降作用下易形成非均匀应力场集中现象，诱发管体屈曲变形及环焊缝界面剥离等连续损伤累积效应，进而导致管道力学性能退化与临界承载能力衰减。传统人工巡检受限于空间覆盖度不足及数据采集周期长（≥72h）等固有缺陷，难以实现管道全域力学状态演化趋势的精准捕获。建立基于多源传感物联网的管道本体变形监测，通过实时感知管道力学状态演变，可以及时预警地质灾害的发生，实现管道的安全控制，减少因地质灾害造成的管道破坏，为管道的运行维护策略提供保证。

二、监测方案概述

基于材料力学强度理论和弹塑性失效机理，地质灾害区管道的纵向应变监测是评估结构安全的核心指标。

当主应力组合或等效塑性应变达到材料屈服强度/极限应变阈值时，管道将发生强度失效或屈曲失稳。

实际监测中需将外部荷载（含内压、温差）和弹性敷设弯曲应变进行叠加计算，与管材容许应力/应变阈值对比分析。

通过将加速度转换为信号的传感器，测量空间加速度，就可以全面准确地对管道本体变形趋势进行监测，此外还可以利用位移传感器测量管道的裂缝和位移量，对管道的裂缝进行长期的相对位移变化监测。

三、 合睿达管道位移自动化监测方案介绍

（一）、监测目标

支墩稳定性：实时监测支墩位移、沉降、倾斜等形变参数。

应力应变：检测支墩结构应力变化，预防因荷载超限导致的破坏。

（二）、监测技术选型

2.1感知层（传感器）

监测参数	传感器类型	技术特点
位移/沉降监测	高精度GNSS定位	毫米级精度，适应复杂环境
倾斜角度、振动	MEMS倾角传感器	低功耗、实时响应
应力应变	振弦式应变计	长寿命、分布式监测

2.2设备参数

①GNSS监测一体机

型号	HRS-001
信号	北斗、GPS、GLONASS、Galileo
精度	平面：±（2.5+0.5×10-6×D）mm  高程：±(5+0.5×10-6×D)mm
功耗	≤2W
通讯	支持4G、5G全网通
MBT	80000小时
防护等级	IP69

②一体式智能采集仪

型号	HRSZNJC
倾角量程	±90°（三向）
倾角精度	±0.1
加速度量程	±2g
加速度精度	±1mg
定位模式	GPS+北斗
数据输出	倾角数据、加速度数据、定位坐标、信号强度
防护等级	IP67

③振弦式应变计

型号		HRS-10	HRS-15	HRS-10M	HRS-15M
尺寸参数	仪器标距	100mm	150mm	100mm	150mm
	有效直径d	20mm	20mm	23mm	23mm
	端部直径D	33mm	33mm	33mm	33mm
性能参数	测量范围	3000με（拉伸1500με；压缩1500με）
	分辨力	0.015%F.S
	拟合/端基精度	0.1%F.S/0.5%F.S
	测温范围	-40℃～+80℃
	测温灵敏度	±0.1℃
	测温精度	±0.5℃
	温度修正系数 b	13με/℃
	弹性模量 Eg	150～800MPa		800～1500MPa
	耐水压	0.5MPa、1MPa		2MPa
	绝缘电阻	50MΩ

3. 数据处理与分析

边缘计算：在网关端进行数据预处理（滤波、异常值剔除）。

云平台：各类传感器数据整合分析，并进行可视化显示。

4. 通讯、供电方案

太阳能+锂电池（适用于无电源场景）。

4.1.供电系统：

GNSS监测主机与采集仪供电采用太阳能供电。主要设备有：100W太阳能板，100AH蓄电池，太阳能控制器，监测主机。连接示意图如下：

4.2.通讯系统：

普适型监测数据传输采用4G 传输模块，应用 4G 网络传输至部署在云平台上的物联网系统，并通过物联网云平台进行网络发布转发到服务器。

服务器通过解算软件解析数据，输出原始坐标值，解算后数据传输至展示平台，平台展示累计位移量。

图4.1数据传输物联网系统

（三）、系统架构

感知层（传感器） → 传输层（网关/通信模块） → 数据处理层（边缘计算+云平台） → 应用层（可视化、预警）

3.1设备安装部署

位移监测：安装在支墩侧边表面或基础连接处。

倾角传感器：布设在支墩顶部及关键支撑点。

应变计传感器：嵌入支墩混凝土内部，监测应力集中区域。

3.2数据分析场景

实时报警：位移超限（如>5mm）、倾角突变（>0.5°）触发声光报警。

长期趋势：通过历史数据预测支墩寿命，优化检修周期。

（四）、方案优势

优势：

实时性：分钟级数据更新，快速响应突发风险。

可扩展性：支持新增传感器与算法模型迭代。

成本优化：

减少人工巡检频率，降低维护成本。

（五）、预期效果

支墩失效预警时间提前≥72小时。

维护成本降低30%-50%。

延长管道系统使用寿命15%-20%。