一、背景

管道會因地質沉降產生非均勻應力集中效應導致形變，進而誘發(fā)周邊生態(tài)系統(tǒng)的漸進式結構損傷，嚴重情況下可能引發(fā)管道完整性管理失效風險。傳統(tǒng)人工巡檢模式存在監(jiān)測盲區(qū)大、響應滯后等缺陷，難以滿足現(xiàn)代管道全生命周期管理的需求。建立基于多源傳感物聯(lián)網的管道本體變形監(jiān)測，通過實時感知管道力學狀態(tài)演變，可以及時預警地質災害的發(fā)生，實現(xiàn)管道的安全控制，減少因地質災害造成的管道破壞，為管道的運行維護策略提供保證。

二、監(jiān)測方案概述

管道通過地質災害區(qū)域的部分管線通常要承受增長的縱向應變，因此獲取管道縱向應變的變化是管道力學監(jiān)控的主要內容。取得了管道的應變變化數據，就可以利用材料的應力應變關系判別管道的力學狀態(tài)。

依據材料力學強度理論及彈塑性失效機理，管道結構在外部載荷作用下，當主應力組合或等效塑性應變達到材料屈服強度或極限應變閾值時，即發(fā)生強度失效或屈曲失穩(wěn)。因此管道設計時根據管材和管道的幾何尺寸規(guī)定了管道的容許應力或容許應變。

通過監(jiān)測數據能夠掌握管道在外力作用下的力學行為和變形趨勢，因此與操作條件下荷載（內壓、溫差）引起的應力或應變和管道彈性敷設產生的彎曲應力或應變進行組合，與容許應力或容許應變進行比較，就可以對管道的力學狀態(tài)進行評價，通過將加速度轉換為信號的傳感器，測量空間加速度，就可以全面準確地對管道本體變形趨勢進行監(jiān)測，此外還可以利用位移傳感器測量管道的裂縫和位移量，對管道的裂縫進行長期的相對位移變化監(jiān)測。

三、 合睿達管道位移自動化監(jiān)測方案介紹

（一）、監(jiān)測目標

支墩穩(wěn)定性：實時監(jiān)測支墩位移、沉降、傾斜等形變參數。

應力應變：檢測支墩結構應力變化，預防因荷載超限導致的破壞。

（二）、監(jiān)測技術選型

2.1感知層（傳感器）

2.2設備參數

①GNSS監(jiān)測一體機

②一體式智能采集儀

③振弦式應變計

3. 數據處理與分析

邊緣計算：在網關端進行數據預處理（濾波、異常值剔除）。

云平臺：各類傳感器數據整合分析，并進行可視化顯示。

4. 通訊、供電方案

太陽能+鋰電池（適用于無電源場景）。

4.1.供電系統(tǒng)：

GNSS監(jiān)測主機與采集儀供電采用太陽能供電。主要設備有：100W太陽能板，100AH蓄電池，太陽能控制器，監(jiān)測主機。連接示意圖如下：

4.2.通訊系統(tǒng)：

普適型監(jiān)測數據傳輸采用4G 傳輸模塊，應用 4G 網絡傳輸至部署在云平臺上的物聯(lián)網系統(tǒng)，并通過物聯(lián)網云平臺進行網絡發(fā)布轉發(fā)到服務器。

服務器通過解算軟件解析數據，輸出原始坐標值，解算后數據傳輸至展示平臺，平臺展示累計位移量。

圖4.1數據傳輸物聯(lián)網系統(tǒng)

（三）、系統(tǒng)架構

感知層（傳感器） → 傳輸層（網關/通信模塊） → 數據處理層（邊緣計算+云平臺） → 應用層（可視化、預警）

3.1設備安裝部署

位移監(jiān)測：安裝在支墩側邊表面或基礎連接處。

傾角傳感器：布設在支墩頂部及關鍵支撐點。

應變計傳感器：嵌入支墩混凝土內部，監(jiān)測應力集中區(qū)域。

3.2數據分析場景

實時報警：位移超限（如>5mm）、傾角突變（>0.5°）觸發(fā)聲光報警。

長期趨勢：通過歷史數據預測支墩壽命，優(yōu)化檢修周期。

（四）、方案優(yōu)勢

優(yōu)勢：

實時性：分鐘級數據更新，快速響應突發(fā)風險。

可擴展性：支持新增傳感器與算法模型迭代。

成本優(yōu)化：

減少人工巡檢頻率，降低維護成本。

（五）、預期效果

支墩失效預警時間提前≥72小時。

維護成本降低30%-50%。

延長管道系統(tǒng)使用壽命15%-20%。