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