[发明专利]基于OFDR光纤传感的路面塌陷预警监测系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于OFDR光纤传感的路面塌陷预警监测系统及监测方法，该系统包括分布式光纤传感器、温度补偿光纤、光纤数据采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统、监测结果显示系统与预警系统；通过在路面下的面层、路基、土基内布设土工格栅，在土工格栅上布设光纤，并使用基于OFDR光纤传感技术的光纤数据采集与传输系统进行光纤数据的实时采集与传输，再通过光纤数据处理系统获得路基的沉降差等信息，以图表等形式显示在监测结果显示系统中，并在预警系统中与预警值对比实现预警效果。与现有技术相比，本发明具有存活率高、采集数据全面、人为误差小等优点，实现了远程监测与提前预警。

技术领域

本发明涉及路面塌陷预警监测系统，尤其涉及基于OFDR光纤传感的路面塌陷预警监测系统及监测方法。

背景技术

随着社会经济建设发展速度的不断加快，社会对交通基础设施建设也提出了很多新的要求，致使越来越多的公路工程项目投入建设。但是，由于施工质量、地质活动等问题的存在，很多公路的工程路面都出现了严重的塌陷情况，对过往车辆安全运行造成了严重的威胁。路面塌陷预警监测能够及时预警路面塌陷问题的产生，对于路面塌陷的及时维护有着重要的作用，能够有效的保障过往车辆的安全行驶。

路面塌陷预警监测的主要依据是路基的沉降，传统的沉降监测系统多采用埋设沉降标志的方式进行，存在工作量大、需要人员配合、易受天气因素影响、监测精度低等缺点，不能全面获取路基沉降的变形特征，更无法对路面塌陷进行预警。

OFDR光纤传感技术作为一种新兴技术，具有高精度、抗干扰等特点，现已广泛应用于土木工程、水利交通、地质工程、航天等各个工程领域；然而OFDR技术比较适合小应变的位移监测，而路基沉降是大变形，并且光纤传感器在路基填筑期容易受到施工机具的破坏，因此如何将OFDR技术合理的应用到路基沉降监测中，使其能够与路基一起协同变形并且精确监测位移变化成为一个亟需解决的技术难题。同时，为达到预警的目的，就要求该系统能够做到定时的自动化采集、处理数据并与预警值进行对比，这同样也是一个技术难题。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种基于OFDR光纤传感的路面塌陷预警监测系统，使OFDR技术与路基一起协同变形并且精确监测位移变化，同时能够定时的自动化采集处理数据并与预警值对比，达到预警的效果。

技术方案：本发明的监测系统，包括布置在土工格栅上的分布式光纤传感器和温度补偿光纤；以及光纤数据自动采集与传输系统、光纤数据处理与分析系统、小波处理和降噪系统、监测结果显示系统和预警系统；光纤数据自动采集与传输系统内置数据自动采集功能和无线传输功能，通过跳线与分布式光纤传感器相连接，对原始数据进行采集后无线传输至光纤数据处理与分析系统；光纤数据处理与分析系统接收光纤数据自动采集与传输系统发送的数据，对土工格栅的变形、下沉引起土工格栅上布设的分布式光纤波长的变形进行分析后，将波长信号传输给监测结果显示系统；监测结果显示系统通过处理获得路基的沉降差等信息，以图表等形式显示，并在预警系统中与预警值对比实现预警效果，以预警路面塌陷问题的发生。

土工格栅采取刚性较小的材料，如碳纤维土工格栅等。预先将分布式光纤传感器和温度补偿光纤布设在土工格栅网格线上，从而使分布式光纤传感器能够与土工格栅协调变形；将布设有分布式光纤传感器的土工格栅铺设于面层、基层和地基土层当中，土工格栅即可与路基土体协调变形，从而达到分布式光纤传感器与土体协调变形的效果。

本发明基于OFDR光纤传感技术的路面塌陷预警监测系统的测试方法，包括以下步骤：

(1)将分布式光纤传感器和温度补偿光纤布设在土工格栅上，并预留足够的长度，同时将分布式光纤传感器1a绷直；

(2)对地基土层的检测面进行整平，将布设有分布式光纤传感器和温度补偿光纤的土工格栅铺设在整平后的地基土层中，回填土方，整平碾压；

(3)将预留长度的光纤与跳线熔接，连接至光纤数据自动采集与传输系统；