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，進而誘發周邊生態系統的漸進式結構損傷，嚴重情況下可能引發管道完整性管理失效風險。傳統人工巡檢模式存在監測盲區大、響應滯后等缺陷，難以滿足現代管道全生命周期管理的需求。建立基于多源傳感物聯網的管道本體變形監測，通過實時感知管道力學狀態演變，可以及時預警地質災害的發生，實現管道的安全控制，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、監測方案概述

管道通過地質災害區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。

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，即發生強度失效或屈曲失穩。因此管道設計時根據管材和管道的幾何尺寸規定了管道的容許應力或容許應變。

通過監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測。

三、 合睿達管道位移自動化監測方案介紹

（一）、監測目標

支墩穩定性：實時監測支墩位移、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）、監測技術選型

2.1感知層（傳感器）

2.2設備參數

①GNSS監測一體機

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：

GNSS監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，監測主機。連接示意圖如下：

4.2.通訊系統：

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

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數據傳輸物聯網系統

（三）、系統架構

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，監測應力集中區域。

3.2數據分析場景

實時報警：位移超限（如>5mm）、傾角突變（>0.5°）觸發聲光報警。

長期趨勢：通過歷史數據預測支墩壽命，優化檢修周期。

（四）、方案優勢

優勢：

實時性：分鐘級數據更新，快速響應突發風險。

可擴展性：支持新增傳感器與算法模型迭代。

成本優化：

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%。

延長管道系統使用壽命15%-20%。