一、背景

管道会因地质沉降产生非均匀应力集中效应导致形变，进而诱发周边生态系统的渐进式结构损伤，严重情况下可能引发管道完整性管理失效风险。传统人工巡检模式存在监测盲区大、响应滞后等缺陷，难以满足现代管道全生命周期管理的需求。建立基于多源传感物联网的管道本体变形监测，通过实时感知管道力学状态演变，可以及时预警地质灾害的发生，实现管道的安全控制，减少因地质灾害造成的管道破坏，为管道的运行维护策略提供保证。

二、监测方案概述

管道通过地质灾害区域的部分管线通常要承受增长的纵向应变，因此获取管道纵向应变的变化是管道力学监控的主要内容。取得了管道的应变变化数据，就可以利用材料的应力应变关系判别管道的力学状态。

依据材料力学强度理论及弹塑性失效机理，管道结构在外部载荷作用下，当主应力组合或等效塑性应变达到材料屈服强度或极限应变阈值时，即发生强度失效或屈曲失稳。因此管道设计时根据管材和管道的几何尺寸规定了管道的容许应力或容许应变。

通过监测数据能够掌握管道在外力作用下的力学行为和变形趋势，因此与操作条件下荷载（内压、温差）引起的应力或应变和管道弹性敷设产生的弯曲应力或应变进行组合，与容许应力或容许应变进行比较，就可以对管道的力学状态进行评价，通过将加速度转换为信号的传感器，测量空间加速度，就可以全面准确地对管道本体变形趋势进行监测，此外还可以利用位移传感器测量管道的裂缝和位移量，对管道的裂缝进行长期的相对位移变化监测。

三、 合睿达管道位移自动化监测方案介绍

（一）、监测目标

支墩稳定性：实时监测支墩位移、沉降、倾斜等形变参数。

应力应变：检测支墩结构应力变化，预防因荷载超限导致的破坏。

（二）、监测技术选型

2.1感知层（传感器）

2.2设备参数

①GNSS监测一体机

②一体式智能采集仪

③振弦式应变计

3. 数据处理与分析

边缘计算：在网关端进行数据预处理（滤波、异常值剔除）。

云平台：各类传感器数据整合分析，并进行可视化显示。

4. 通讯、供电方案

太阳能+锂电池（适用于无电源场景）。

4.1.供电系统：

GNSS监测主机与采集仪供电采用太阳能供电。主要设备有：100W太阳能板，100AH蓄电池，太阳能控制器，监测主机。连接示意图如下：

4.2.通讯系统：

普适型监测数据传输采用4G 传输模块，应用 4G 网络传输至部署在云平台上的物联网系统，并通过物联网云平台进行网络发布转发到服务器。

服务器通过解算软件解析数据，输出原始坐标值，解算后数据传输至展示平台，平台展示累计位移量。

图4.1数据传输物联网系统

（三）、系统架构

感知层（传感器） → 传输层（网关/通信模块） → 数据处理层（边缘计算+云平台） → 应用层（可视化、预警）

3.1设备安装部署

位移监测：安装在支墩侧边表面或基础连接处。

倾角传感器：布设在支墩顶部及关键支撑点。

应变计传感器：嵌入支墩混凝土内部，监测应力集中区域。

3.2数据分析场景

实时报警：位移超限（如>5mm）、倾角突变（>0.5°）触发声光报警。

长期趋势：通过历史数据预测支墩寿命，优化检修周期。

（四）、方案优势

优势：

实时性：分钟级数据更新，快速响应突发风险。

可扩展性：支持新增传感器与算法模型迭代。

成本优化：

减少人工巡检频率，降低维护成本。

（五）、预期效果

支墩失效预警时间提前≥72小时。

维护成本降低30%-50%。

延长管道系统使用寿命15%-20%。