一台变焦视觉监测仪解决深基坑支护桩多测点安全风险评估与位移沉降健康监测

安锐测控 · 发表于 2024-4-23 11:23

一、基坑监测的背景

随着城市建设的发展，基坑深度和规模也在不断扩大。基坑工程易受到土体性质、邻近建筑物、地下水位、周边交通等环境，以及设计合理性和施工工序的影响；可能引发不可预测的安全事故。

然而，传统的基坑监测方法往往依赖于人工测量和定期巡查的低效手段，普通的自动化监测设备存在精度不够、施工布线成本高等问题，已经不能满足现代化高精度、实时性、高效率、低成本的监测需求；因此，变焦视觉位移监测仪应运而生。

二、优势对比分析2.1 与人工监测的对比

序号	对比项	人工监测（全站仪等）	变焦视觉位移监测仪
1	精度与误差	受限于人的视觉，且存在读数误差，精度相对较差	高精度设备和算法，机器自动读取监测数据，反应快，不存在读数误差
2	实时性	受限于人的反应速度，且需要采集、后期数据计算，通常需要定期巡查，无法做到实时监测	可随意设定监测频率，按特定的频率数据实时采集上传安锐云平台，实时反映基坑的变形情况。
3	智能化程度	通常只能提供有限的监测数据，难以进行全面的分析和评估。	智能化预警和数据分析功能，能够更全面地评估基坑的健康状况。
4	工作效率	需要投入大量的人力和时间进行巡查和测量，工作效率低下。	自动化监测和数据分析，7*24小时监测，大大提高了工作效率。

2.2 与普通自动化设备的对比

序号	对比项	普通自动化设备	变焦视觉位移监测仪
1	精度	可能受到设备的测量原理，元器件的量程，设备性能和环境温度条件的限制，监测范围和精度有限。	通过千万像素图像处理推算出结构位移，最高可达微米级测量精度，无惧温度及天气变化。
2	设备及维修成本	每个测点均需要安装传感器，整体成本较高，而且后续出现故障，需整体排查。	测点只需要安装靶标即可，多断面，多测点，平均测点成本低，后续出现故障只需要对主机进行排查即可。
3	安装布线	通常拉线缆串联所有传感器，部分高危场景安装布线较为麻烦。	非接触式测量，测点处安装靶标即可，无需排线布线供电，简化了安装的过程。

三、设计依据

Ø 《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ 311-2013

Ø 《建筑基坑支护技术规程[附条文说明》JGJ 120-2012

Ø 《建筑基坑工程监测技术标准》GB 50497-2019

Ø 《湿陷性黄土地区建筑基坑工程安全技术规程[附条文说明] 》JGJ 167-2009

Ø 《复合土钉墙基坑支护技术规范[附条文说明》GB 50739-2011

四、系统组成与工作原理

变焦视觉位移计监测系统集光学、机械、电子、边缘计算、AI识别、云平台软件等技术为一体的自动化系统。系统由编码靶标、变焦视觉位移监测仪、安锐云及多终端组成。基于变焦机器视觉原理，采用特殊波段成像识别技术和无源靶标，将监测数据实时传输至安锐测控云平台，实现非接触式大空间、多断面、多测点的高精度水平、竖向位移的自动化监测。

五、系统特点和优势

①非接触式二维位移监测：无需在每个测点上都安装仪器设备，只需安装或贴装一个靶标即可实现二维位移监测。

②多断面，多靶标自动扫描测量：基于变焦自动控制镜头，远近的靶标均可清晰成像，实现多个断面，多个靶标测点的自动化监测。

③无需额外照明补光：新一代夜视技术，采用特殊波段成像，无需外加补光灯及照明设备，简化了系统的组成。

④最高微米级高精度测量：采用高分辨率图像传感器及亚像素技术，精度最高可达微米级。

⑤无源靶标，无需供电排线：采用无源靶标，可以是定制的靶标、一块金属片、打印的纸张甚至是喷涂的靶标均可清晰成像识别，无需排线供电。

六、监测解决方案6.1 监测内容

本解决方案围绕变焦视觉位移监测仪在基坑项目的应用进行设计，主要对基坑结构的表面位移进行监测，包括水平位移监测、竖向位移监测和裂缝监测等。同时，系统还可以间接进行地下水位、降雨量、温湿度等，全面反映基坑表面的变形状态，为工程安全决策提供科学依据。

6.2 监测点位布置

测点布设需按照设计院的基坑设计文件、地质勘察文件、抗震防护等级、支护桩直径以及结构受力计算来得到结构性能指标，进而将测点布设在基坑的关键位置，同时在基坑高差较大等薄弱部位增加测点数量，以保证结构的安全。

①　监测点的布置应满足监控要求：监测点应布置在内力及变形关键特征点上，确保能够最大程度地反映该区域的实际状态及其变化趋势。

②　监测点数量与间距的确定：开挖深度不同的基坑，其监测点间距也有所不同。例如，开挖深度不超过7m的三级基坑，监测点间距不大于20m；而开挖深度超过7m的一、二级基坑，监测点间距不大于10m。此外，每一典型坡段应至少设置3个监测点。

③　特殊位置的监测点布置：对于支撑内力较大或在整个支撑系统中起控制作用的杆件上，应设置监测点。同时，基坑每边中部、阳角处和地质条件复杂的区段也应布置监测点。

④　便于监测与减少干扰：监测点的位置应避开障碍物，便于监测。同时，监测点的布置应不妨碍监测对象的正常工作，并应减少对施工作业的不利影响。

⑤　考虑现场具体情况：监测点的位置，包括间距，以及距基坑边坡边缘的距离，应根据现场具体情况而定，可减少支护桩的监测距离，来获取更完整的基坑形变趋势。

综上，正常10米左右就要一个监测点，若使用静力水准仪或激光传感器，在两百米的监测距离下，单个测点就需要安装一个传感器，将近安装20多个传感器，大大增加了整套设备的成本，变焦视觉位移监测系统每增加1个靶标测点的成本并不高，在视野范围内靶标测点想装就装，无需考虑高额成本。

6.3 监测设备安装

首先需要对监测仪安装点进行科学合理的选址和布局，务必确保仪器和所有测点靶标之间能够通视，全面覆盖基坑的重要区域和关键设施。变焦视觉位移监测仪一般在基坑的四角稳固的位置（安装位置如图）各安装一台，（若无硬化的路面，需浇筑边长为600mm立方体混凝土基础，预埋钢支架，保证监测仪的墩台的稳固，因为变焦视觉为高精密仪器，墩台稍微的热胀冷缩都将会影响监测精度）。

同时需调整变焦视觉位移监测仪位置，使靶标最好在视野的正中间，但靶标不能与主机完全处于同一直线，避免视野中的靶标相互有所遮挡。

①围护结构水平位移、沉降、倾角监测

（1）根据项目特点，基坑安装好一定数量的靶标后，接上电源，无需现场进行复杂的靶标框选和调试，即可实现基坑水平位移、沉降、桩身倾斜（倾斜监测方向与监测仪法线方向垂直）的二维位移自动化监测，机器自动识别视野范围内的靶标，非接触式测量，无需拉线布线安装传感器，节省劳动力、成本，方便快捷，巡回扫描监测。通过编码靶标对围护结构变形情况的监测，可以实时了解基坑施工的整体稳定性和安全性。

（2）若基坑的边宽度较小的长条形深基坑，则只需在一侧安装一台即可实现两端围护结构水平位移、沉降、桩身倾斜的自动化监测，实测测点可达1000个，理论还可增加测点数量，且靶标大小一致，监测长度可达400米，测点只需要安装靶标即可，无需拉线布线安装传感器，方便快捷，巡回扫描监测，测点数量越多，相对的监测频率会降低。

②基坑地表沉降监测

在可能发生地表沉降的地方安装测点靶标，将监测仪安装在远离沉降区域的稳定地域，且能看见所有地表沉降区域靶标的地方，然后再插上电源，手动框选靶标或监测仪智能识别视野范围内的靶标，即可实现基坑地表沉降监测，还可实现沉降区域测点的振动频率高频采集。通过编码靶标对基坑地表沉降情况的监测，可以实时了解基坑的整体稳定性和安全性。

③基坑环境辅助监测

变焦视觉位移监测仪可间接完成其他影响基坑的稳定性因素（降雨量、温湿度、土壤含水率、土体内部测斜、土压力等），仅需在仪器接口接入环境监测传感器（或其他监测项的传感器）即可，无需外加网关采集器、重新拉线，实现环境监测和位移监测数据综合分析，以不同的角度剖析基坑稳定性，更准确地评估基坑的稳定性，从而采取有效的措施来预防地质灾害的发生。

6.4 后期维护

整体安装完成后，因为变焦视觉位移监测仪属于微米级高精度测量设备，建议在主机上安装保护罩，以保护主机不被雨水直接冲刷、强风及粉尘造成的振动及视线遮挡。同时轻微的热胀冷缩都将会影响监测精度，建议在立柱上继续浇筑300mm的混凝土加固层，以保证立柱的稳定，同时建议在墩台、立柱以及保护罩均覆盖保温棉，以减少温度引起的热胀冷缩对监测精度产生的影响。

后续需要定期的巡检和维护，包括但不限于镜头擦拭、视野阻挡、杂草遮挡靶标灰尘及雨迹擦拭等直接影响监测的问题，及时发现并处理潜在问题。

变焦视觉位移监测仪可将监测数据存储在安锐云平台或本地储存（无网络也可储存）中，方便后续查询和分析。通过基坑实时监测数据，可以实时了解基坑围护结构的安全状况，实时显示基坑位移变化情况。当位移量超过预设阈值时，系统自动触发预警机制，现场声光预警、平台弹窗以及短信预警，及时通知相关人员进行处理，为基坑的安全施工提供保障。

六、实际应用案例分析

湖北某建筑项目是市、区重点建设项目，项目建成发展高新技术、实施低碳循环经济的示范工程，带动湖北资源整合、技术研发、技术集成三个平台建设。为保证基坑开挖过程中的稳定安全、评价基坑的稳定性能并为后续工程措施提供设计依据，对基坑本体的支护结构顶部位移开展变形监测。

项目共沿基坑的两条长边布设两条地表位移监测轴线，测线上间隔10米布设一个支护结构位移测点，共设置36个靶标测点，每条监测轴线采用1台变焦视觉位移监测仪对靶标测点的沉降和水平位移进行监测，变焦视觉位移监测仪设置在开挖影响区以外的短边边缘，另在每台变焦视觉位移监测仪需要安装稳固的混凝土支墩，以保证主机的稳定性。