一、背景

管道會因地質(zhì)沉降產(chǎn)生非均勻應(yīng)力集中效應(yīng)導(dǎo)致形變，進而誘發(fā)周邊生態(tài)系統(tǒng)的漸進式結(jié)構(gòu)損傷，嚴重情況下可能引發(fā)管道完整性管理失效風(fēng)險。傳統(tǒng)人工巡檢模式存在監(jiān)測盲區(qū)大、響應(yīng)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(wǎng)的管道本體變形監(jiān)測，通過實時感知管道力學(xué)狀態(tài)演變，可以及時預(yù)警地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，實現(xiàn)管道的安全控制，減少因地質(zhì)災(zāi)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(zhì)災(zāi)害區(qū)域的部分管線通常要承受增長的縱向應(yīng)變，因此獲取管道縱向應(yīng)變的變化是管道力學(xué)監(jiān)控的主要內(nèi)容。取得了管道的應(yīng)變變化數(shù)據(jù)，就可以利用材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系判別管道的力學(xué)狀態(tài)。

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

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠掌握管道在外力作用下的力學(xué)行為和變形趨勢，因此與操作條件下荷載（內(nèi)壓、溫差）引起的應(yīng)力或應(yīng)變和管道彈性敷設(shè)產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力或應(yīng)變進行組合，與容許應(yīng)力或容許應(yīng)變進行比較，就可以對管道的力學(xué)狀態(tài)進行評價，通過將加速度轉(zhuǎn)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(shù)。

應(yīng)力應(yīng)變：檢測支墩結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，預(yù)防因荷載超限導(dǎo)致的破壞。

（二）、監(jiān)測技術(shù)選型

2.1感知層（傳感器）

2.2設(shè)備參數(shù)

①GNSS監(jiān)測一體機

②一體式智能采集儀

③振弦式應(yīng)變計

3. 數(shù)據(jù)處理與分析

邊緣計算：在網(wǎng)關(guān)端進行數(shù)據(jù)預(yù)處理（濾波、異常值剔除）。

云平臺：各類傳感器數(shù)據(jù)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(shè)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(shù)據(jù)傳輸采用4G 傳輸模塊，應(yīng)用 4G 網(wǎng)絡(luò)傳輸至部署在云平臺上的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，并通過物聯(lián)網(wǎng)云平臺進行網(wǎng)絡(luò)發(fā)布轉(zhuǎn)發(fā)到服務(wù)器。

服務(wù)器通過解算軟件解析數(shù)據(jù)，輸出原始坐標值，解算后數(shù)據(jù)傳輸至展示平臺，平臺展示累計位移量。

圖4.1數(shù)據(jù)傳輸物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

（三）、系統(tǒng)架構(gòu)

感知層（傳感器） → 傳輸層（網(wǎng)關(guān)/通信模塊） → 數(shù)據(jù)處理層（邊緣計算+云平臺） → 應(yīng)用層（可視化、預(yù)警）

3.1設(shè)備安裝部署

位移監(jiān)測：安裝在支墩側(cè)邊表面或基礎(chǔ)連接處。

傾角傳感器：布設(shè)在支墩頂部及關(guān)鍵支撐點。

應(yīng)變計傳感器：嵌入支墩混凝土內(nèi)部，監(jiān)測應(yīng)力集中區(qū)域。

3.2數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)預(yù)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(shù)據(jù)更新，快速響應(yīng)突發(fā)風(fēng)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(yù)期效果

支墩失效預(yù)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%。