[发明专利]分布式超声波地下空间结构形变监测系统及区域定位方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种结构形变监测定位技术，尤其涉及一种分布式超声波地下空间结构形变监测系统及区域定位方法。 

背景技术

随着人类社会可开发土地资源的日益稀缺，以及近年来全球范围极端气候的频繁出现，潜力巨大的城市地下空间开发凸显出前所未有的必要性和紧迫性。由于地下工程身处复杂的岩土介质全方位包围中，而形变是结构对复杂内外受力环境的外观反应，因此对结构形变进行在线监测可以直观地反映结构安全状态。但地下空间在复杂环境下的围压态引出监测区域覆盖性难题，对目前的结构形变监测技术提出严峻挑战，国内外相关的理论及技术异常匮乏。探索以地下工程为代表的围压空间覆盖性形变监测技术因而具有重要的科学意义和迫切的现实需求。 

目前用于地下空间结构形变监测的摄像、激光、光纤等技术手段均基于点状测量原理，点与点之间构成监测盲区，如果结构形变发生在盲区，只有当其扩展波及到确定测量点时，测量系统才会有反应，在以低成本代价满足高覆盖性形变测量需求方面还缺乏有效的技术手段。最新的技术是利用超声波的波束角具有一定发散性效应，实现对波束角监测区范围内的结构表面上的所有点的覆盖性监测(如201110147270.1号中国专利申请提出的“基于超声波的围压空间形变覆盖性监测方法”)。但如果基于超声波手段发现了结构形变，如何进一步确定形变发生位置在超声波束角监测区范围何处，这是目前仍未解决的一大难题。一种思路是利用单超声波束经过连续监测积累的历史数据，再结合土木结构的受力特性非量化地分析形变位置是靠近超声波束监测区域中心还是边缘，但该方案需要了解结构信息和数据累积，通用性和实时性较差。同时，单超声波束具有较大的形变敏感死区，需要有效的技术手段加以减小。 

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种分布式超声波地下空间结构形变监测系统，包括多个超声波传感器和一台上位机；所述超声波传感器均为收发一体式超声波传感器；各个超声波传感器均与上位机通信连接；多个超声波传感器均与被测结构表面等间距设置，且多个超声波传感器呈单列设置；超声波传感器的探测区为一圆锥体所围区域；超声波传感器的探测区的中心轴与被测结构表面垂直；相邻两个超声波传感器的位置满足：其中一个超声波传感器的探测区在被测结构表面上投影出的圆形区域的边沿，与另一个超声波传感器的探测区的中心轴相交。 

基于前述的系统，本发明还提出了一种分布式超声波地下空间结构形变区域定位方法，该方法包括： 

设布设的超声波传感器数量为n，每个超声波传感器即为一个传感节点，多个传感节点按排列次序顺次记为A0、A1......An；上位机和传感节点按如下步骤运行： 

1)第一次运行时，上位机为每个传感节点分配相同的工作时长，并按时序控制多个传感节点按A0、A1......An的顺序依次工作，获取各个传感节点的初始测量数据；上位机获取到n个传感节点测得的初始测量数据后，即完成了第一个周期的工作； 

2)第二次运行时，上位机为每个传感节点分配相同的工作时长，并按时序控制多个传感节点按A0、A1......An的顺序依次工作，重新获取各个传感节点的当前测量值； 

3)根据每个传感节点的当前测量值与初始测量数据的差值，计算得到当前周期内每个传感节点对应位置处的形变量；记录形变量最大值对应的传感节点序号； 

4)根据每个传感节点对应的形变量，按下式计算各个传感节点的优先级P_i： 

Pi=aiλiΣi=0naiλi]]>