集成式土体物理指标数字化监测方法和系统与流程

1.本技术涉及信号处理技术领域，特别涉及一种集成式土体物理指标数字化监测方法和系统。


背景技术：

2.随着建设体量越来越大，基建埋设越来越深，水文地质条件越来越复杂，基建、农林、建筑物、构筑物建设越来越密集的当下对地基施工和质量要求越来越高。频发的地下水压力破坏造成的地基及结构损坏，坑壁坍塌，地基施工质量低造成的质量事故、工程竣工后短时间内的各类沉降事故等，给生产生活带来了恶劣影响，致使不得不在监测监控地基质量、层面稳定性等方面持续性观测。
3.目前，对于地基施工质量的监测中，采用的是现场取样送检试验室的检测方法，试验室出具实验结果后方可进行下一层回填，致使目前的监测方法无法实时监测到施工场地内土体物理性质
，
更不能在回填过后继续监测该位置土体的物理性质。此外，现场取样时具有一定的危险性，人员不能来回重复取样，使得送检至检测实验室的材料现场取样效率过低，再加上取样人员取样水平参差不齐，致使试验室检测也无法真实反映施工场地内施工的真实土体不合格质量。
4.因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于提供一种集成式土体物理指标数字化监测方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
6.为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
7.本技术提供一种集成式土体物理指标数字化监测方法，包括：步骤s101、初步定位：基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；步骤s102、分区策划及布线：基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；步骤s103、二次定位：通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；其中，第二定位模块的定位精度高于第一定位模块的定位精度；步骤s104、反向定位：获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；步骤s105、预测土体参数变化：基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。
8.优选的，步骤s102包括：以第一定位模块的模型坐标为基点，将待引测的施工场区的三维模型按照预设要求划分为多个测区，并依据每个测区同一埋设标高待布设的监测设备集束的间距和埋设数量，将每个测区划分为多个矩形网格区域，同一埋设标高的矩形网格区域的交点坐标为同一埋设标高的监测网络中监测设备集束的埋设位置；其中，每个测
区包含多层不同埋设标高的监测网络。
9.优选的，步骤s103包括：将三维模型中监测设备集束的埋设标高和埋设位置，通过第二定位模块在施工现场进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点的土体中埋设监测设备集束，以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块。
10.优选的，所述监测设备集束包括：土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器和位移传感器中的一个或多个；其中，土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器在多层不同埋设标高的监测网络的全部定位监测点处均布设；同一埋设标高的监测网络中，多个定位监测点处的位移传感器采用梅花形布置，隔二布一且隔行布置。
11.优选的，还包括：施工现场还按照预设深度设有多个监测探孔，每个监测探孔内均埋设有含水率传感器。
12.优选的，单个测区最大不超过3500平米，且单个测区内监测设备集束的埋设位置总数不超过40处；布线时，每个测区均按照每单排进行连接，单排线为区域分线，各区域分线采用一根总线接出。
13.优选的，步骤s105中，在三维模型中，基于反向标记后的第一定位模块的模拟坐标，对监测设备集束的现场采集数据进行标定；基于给定的土体参数预测模型，根据三维模型中标定的监测设备集束的现场采集数据进行平滑加密，以预测现场的土体物理参数变化；其中，土体参数预测模型为：
[0014][0015]
式中，q表示施工场区内任意待预测点处的土体物理参数的预测值；l表示施工场区内任意待预测点到给定的场区基准点的距离；i表示施工场区内定位监测点的序号，i为正整数且i＞2；q
i-1
、qi、q
i+1
、q
i+2
分别表示施工场区内相邻的四个定位监测点处监测设备集束采集到的土体物理参数的值。
[0016]
优选的，初步定位时，施工场区的三维模型的初步定位误差不大于50毫米；二次定位时，放样定位的误差不超过15毫米。
[0017]
本技术实施例还提供一种集成式土体物理指标数字化监测系统，初步定位单元，配置为基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；分区布线单元，配置为基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；二次定位单元，配置为通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；其中，第二定位模块的定位精度高于第一定位模块的定位精度；反向定位单元，配置为获取
第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；土体参数预测单元，配置为基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。
[0018]
有益效果：
[0019]
本技术实施例提供的集成式土体物理指标数字化监测方法中，首先，基于获取的控制点参数(位置、数量)，对施工场区的三维模型进行初步定位；并基于确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；然后，通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；接着，获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；最后，基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后的第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，对现场的土体物理参数变化进行预测。
[0020]
籍此，通过现场施工给定的控制点的位置和数量，在施工场区的三维模型内进行初步的粗略定位，并根据第一定位模块在三维模型中的模型坐标，将施工场区分割沿纵向划分为多个待监测的埋入层，以及沿横向的多个待监测的网格区域，以确定施工场区的监测网络(土压力传感器、温度传感器、含水率传感器等)的埋设标高、位置以及布线方式；进而，利用施工场区的三维模型的初步粗略定位，采用定位精度更高的第二定位模块将监测网络的埋设标高、位置以及布线方式在施工场区进行一一放样，并在施工现场的定位监测点处埋入监测设备集束，以及对应的第一定位模块；接着，通过获取的施工现场的埋设的第一定位模块的现场定位坐标在三维模型中对第一定位模块进行反向定位，以提高三维模型的预测精度；最后，利用反向定位后的第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，对现场的土体物理参数变化进行线性预测，以此在不增加采样点的前提且不需要进行现场重复取样，通过线性预测，更趋于真实的掌握施工场区内土体的物理性质，实现对施工现场的土体物理性质的实时监测。
附图说明
[0021]
构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。其中：
[0022]
图1为根据本技术的一些实施例提供的一种集成式土体物理指标数字化监测方法的流程示意图；
[0023]
图2为根据本技术的一些实施例提供的施工场区内基坑的三维模型示意图；
[0024]
图3为根据本技术的一些实施例提供的施工场区内多层传感网的布置示意图；
[0025]
图4为根据本技术的一些实施例提供的一种集成式土体物理指标数字化监测系统的结构示意图。
具体实施方式
[0026]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。各个示例通过本技术的解释的方式提供而非限制本技术。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，可在本技术中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特
征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本技术包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
[0027]
申请人研究发现，大量工程建筑表明在长期使用过程中会产生上部压力变化、不均匀沉降、偶然震动(如爆炸、刚性撞击、地震)、地基土冻融变化、地下水位变化等情况，此类情况在如今建筑越来越高、体量越来越大、结构越来越复杂的情况下实时监测变得尤为重要。
[0028]
目前，在施工场地内土体物理性质检测方面，由于现场取样效率过低、取样人员取样水平参差不齐，使得无法实时监测到施工场地内土体物理性质；取样送检和岩土勘测采样均为实体取样，属于一次性操作，无法持续进行观测，无法进行高密度采样，也无法对在施工程基坑侧壁进行多次采样，使得送至检测实验室的材料无法真实反应施工场地内所施工的真实土体不合格质量问题；由于试验室检测只进行土密度和含水率检测也无法对基坑侧壁土质进行检测，现有基坑侧壁观测采用基坑底面和基坑顶面埋设观测点用全站仪或水准仪观测，此方式属于对表面的一种观测，无法提前观测到土体问题的提前发育，无法对暴露在大气环境的长期基坑底部及侧壁情况下土体物理性质变化作出判断。
[0029]
基于此，申请人提出了一种综合性的现场土体监测方法——集成式土体物理指标数字化监测方法，通过现场施工给定的控制点的位置和数量，在施工场区的三维模型内进行初步的粗略定位，并根据第一定位模块在三维模型中的模型坐标，将施工场区分割沿纵向划分为多个待监测的埋入层，以及沿横向的多个待监测的网格区域，以确定施工场区的监测网络(土压力传感器、温度传感器、含水率传感器等)的埋设标高、位置以及布线方式；进而，利用施工场区的三维模型的初步粗略定位，采用定位精度更高的第二定位模块将监测网络的埋设标高、位置以及布线方式在施工场区进行一一放样，并在施工现场的定位监测点处埋入监测设备集束，以及对应的第一定位模块；接着，通过获取的施工现场的埋设的第一定位模块的现场定位坐标在三维模型中对第一定位模块进行反向定位，以提高三维模型的预测精度；最后，利用反向定位后的第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，对现场的土体物理参数变化进行线性预测，以此在不增加采样点的前提且不需要进行现场重复取样，通过线性预测，更趋于真实的掌握施工场区内土体的物理性质，实现对施工现场的土体物理性质的实时监测。
[0030]
如图1至图3所示，该集成式土体物理指标数字化监测方法包括：
[0031]
步骤s101、初步定位：基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位。
[0032]
本技术中，将施工场区红外线范围内所开挖成型的基坑底面，利用机载激光雷达无人机进行扫描，获取施工场区的三维信息，并通过施工场区勘测的三维信息建立施工场区的三维模型。其中，以给定的施工场区在世界坐标系内的场区基准点为基点，将施工场区勘测的三维信息转换到世界坐标系下，建立世界坐标系下的三维模型，实现施工场区的三维模型的相对坐标和绝对坐标的统一。并通过施工场区勘测的地质薄弱点、楼宇建筑点等控制点的数量、位置(坐标)在在三维模型中进行对应标定，以实现施工场区监测网络在在模型内的初步粗略定位。其中，施工场区的三维模型的初步定位误差不大于50毫米。
[0033]
步骤s102、分区策划及布线：基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数。
[0034]
本技术中，第一定位模块采用gps定位仪，通过第一定位模块对施工场区内的地质薄弱点、楼宇建筑点等位置的位移、沉降等进行监测，第一定位模块的模型坐标为三维模型中对应的控制点的坐标，第一定位模块的数量不小于控制点的数量。
[0035]
本技术中，对施工场区采用多层传感网络进行监测，用以对不同深度处土体的物理参数进行采集，实现施工场区内土体沿纵向、横向的变化监测。在三维模型中划分网格区域时，以控制点(第一定位模块的模型坐标)为基准，按照施工场区内的工程密度(比如，10米*10米大小)进行区域划分，即以第一定位模块的模型坐标为基点，将待引测的施工场区的三维模型按照预设要求划分为多个测区，在每个测区内分别沿纵向、横向划分为多个矩形网格区域埋设监测设备，也就是说，每个测区包含有多层不同埋设标高的监测网络，同一标高的监测网络内具有多个监测设备集束，施工场区内，纵向、横向的建设设备集束形成树状神经式矩形布网(埋设方式)，实现对施工场区的立体化监测。
[0036]
在一具体的例子中，单个测区最大不超过3500平米，且单个测区内监测设备集束的埋设位置总数不超过40处；布线时，每个测区均按照单排进行连接，单排线为区域分线，各区域采用一根总线接出，籍此，以有效减少区域线路布置长度带来的埋入后造成的线路损坏。具体的，采用套软管灌砂法将监测设备集束的引线引至目标标高面，使监测设备集束的信号线路布网形成树状神经式矩形布网，籍以，大幅减少布网密集度、减少线路总长度，降低布网难度和综合故障率。
[0037]
在每个测区内，监测设备埋设越多，所获取的监测信息网越精准，在此，每个测区内，根据同一埋设标高待布设的监测设备集束的间距和埋设数量，将每个测区划分为多个矩形网格区域，提取同一埋设标高的矩形网格区域的交点坐标作为施工场区的采样点，以埋设监测设备集束；即同一埋设标高的矩形网格区域的交点坐标为同一埋设标高的监测网络中监测设备集束的埋设位置。
[0038]
步骤s103、二次定位：通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块。
[0039]
具体的，将施工场区的三维模型中监测设备集束的埋设标高和埋设位置，通过第二定位模块在施工现场进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点的土体中埋设监测设备集束，以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块。
[0040]
在此，将三维模型中监测设备集束的埋设标高和埋设位置的数据导入定位精度高于gps定位仪的第二定位模块，采用第二定位模块将导入的坐标点在施工场区内均匀放样，在每个放样定位点处采用埋入式测量法，即在每个放样定位点处开设20厘米宽、深度不超过30厘米的埋设槽来埋设监测设备集束，且放样定位误差不超过15毫米，以有效减小监测设备集束埋设时埋设位置相对于上部结构(基础、地梁、承台等)的偏移。
[0041]
其中，监测设备集束包括：土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器、位移传感器中的一种或多种，根据不同采样点处的采集参数的不同，监测设备集束中包含的监测设备类型不同。在此，土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器在多层不同埋设标高的监测网络的全部定位监测点处均布设，也就是说，在施工场区的多层传感网络中，全部的定位监测点处埋设的监测设备集束中均包含土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器，实现
对施工场区沿纵向、横向的土体压力变化、温度变化、含水率变化的实时立体监测。
[0042]
位移传感器在施工场区的多层传感网络中布设时，同一埋设标高的监测网络中，多个定位监测点处的位移传感器采用梅花形布置，隔二布一且隔行布置。也就是说，在同一埋设标高的监测网络中，以控制点对应的定位监测点为基准的位移传感器，采用梅花形布置(控制点对应的定位监测点位于梅花形布置的多个位移传感器的中心)，一个梅花形布置的多个位移传感器组成一个位移传感器组；同一行上相邻的两个梅花形布置的位移传感器组之间间隔两个定位监测点，不同行之间的位移传感器组之间间隔一行定位监测点。
[0043]
籍此，在一个位移传感器组内，通过位移传感器的梅花形布置，将该区域分割成若干小正三角形，对于相邻位置的位移传感器的距离全部统一固定一致，距离参数保持不变，通过位移传感器组的规则布置，既保证施工场区的位移变化监测精度，又减少了位移传感器组的相对数量，有效降低了施工成本。
[0044]
在一具体的例子中，监测设备集束根据放样的定位监测点埋入土体内，在埋入前做封装、校准处理，埋入时在四周埋入5厘米至8厘米厚的细沙层，以防止上层土将传感器损坏，传感器与信号线接口处采用热缩管封闭牢固，防止受潮进水；土体压力传感器的外壳喷涂防腐防锈漆，以及喷涂静电疏水膜。
[0045]
监测设备集束中，土体压力传感器采用水平放置埋砂法填实，上部覆土，其余传感器将钢针水平插入埋设槽内填埋压实，确保钢针与土壤紧密接触；位移传感器在室外回填过程中楼体四周基础柱面上固定总数为6个至20个，用以采集楼体震动、倾斜、沉降、移动等建筑物发生的各类与环境成相对移动的信息。
[0046]
在含水率传感器的布置过程中，除了在多层传感网的每个定位监测点处布置外，还在施工现场按照预设深度设置多个监测探孔，每个监测探孔内均埋设含水率传感器，以监测地下水位的变化。具体的，根据地质勘测数据在基坑内采用钻芯方式，在施工场区内均布4-10个4米至12米深的监测探孔。在此，如果地下水位较高，则监测探孔深度可以浅一些，如果地下水位较低，则监测探孔深度要深一些；相对高度较低的一个含水率传感器数值变化趋势越大，相对位置较高的含水率传感器数值变化越小，则说明地下水位回升，反之说明地下水位下降，以此，根据含水率传感器之间的间距和含水率变化情况即可预测地下水位的变化，根据地下水位变化采集到的含水率数值即可计算出基础体(建筑基础)所受到的浮力的变化。
[0047]
步骤s104、反向定位：获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位。
[0048]
第一定位模块埋设后，通过第一定位模块发射的位置信号确定其现场实际位置坐标(现场定位坐标)，将所获得的现场定位坐标依次录入施工场区的三维模型，通过第一定位模块在施工场区内的位置(现场定位坐标)在三维模型中对第一定位模块进行反向标定，籍以，通过施工场区现场实际测得的位置(现场定位坐标)按照上述依次录入的第一定位模块位置坐标数据(现场定位坐标)在三维模型中进行标记，此时三维模型上的原各个位置点和录入的各个第一定位模块点相对位置即显示在同一个模型中。以三维模型内第一定位模块对应的现场定位坐标为最终位置点，对模型坐标按照各自最相近的第一定位模块位置点进行坐标数据调整修正，保证各自现场定位坐标均与各自模型坐标一致，此时完成了模型内坐标向实际埋入的第一定位模块发射信号获得的真实坐标的合理矫正，有效提高模型和
感应器模块(监测设备集束)位置精度，利用相互位置关系实现持续进行精度高于3毫米的位置监测。
[0049]
步骤s105、预测土体参数变化：基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。
[0050]
通过呈树状神经式矩形布网的监测设备集束，获取施工场区内沿横向、纵向的各采样点的数据采集，得到对应位置的位置信息、土压力、湿度、含水率等，并通过不同时间点的数据变化，对土体物理性质进行立体预测。具体的，在三维模型中，基于反向标记后的第一定位模块的模拟坐标，对监测设备集束的现场采集数据进行标定，也就是说，在三维模型中，对第一定位模块的模拟坐标进行反向标定后，将监测设备集束的现场采集数据在三维模型中，与施工场区内埋设监测设备集束的定位监测点对应的坐标处进行标定。
[0051]
然后，基于土体参数预测模型，根据三维模型中标定的监测设备集束的现场采集数据进行平滑加密，以预测现场的土体物理参数变化。也就是说，由于施工场区内物理参数的变化是连续不间断的，因而，根据施工场区内定位监测点处监测设备集束的现场采集数据，在三维模型中对第一定位模块的模型坐标进行反向定位后，应用土体参数预测模型，对监测设备集束的现场采集数据进行平滑拟合，即可得到三维模型中对应的土体物理参数的拟合图形，以反映施工场区内土体的物理变化，籍以，在不增加施工场区内监测点的前提下，即可实现对施工场区内任意点处的土体物理参数的预测，对实施人工预判和施工组织提供可靠的实时信息。
[0052]
本技术中，土体参数预测模型为：
[0053][0054]
其中，q表示施工场区内任意待预测点处的土体物理参数的预测值；l表示施工场区内任意待预测点到场区基准点的距离；i表示施工场区内定位监测点的序号，i为正整数；q
i-1
、qi、q
i+1
、q
i+2
分别表示施工场区内相邻的四个定位监测点处监测设备集束采集到的土体物理参数的值。籍此，通过土体参数预测模型即可确定施工场区内任意相邻的四个定位监测点所构成的土体物理参数的连续变化，进而根据该连续变化区间内的待预测点到场区基准点的距离，实现对待预测点的土体物理参数进行预测。
[0055]
该方法可应用于普通建筑的基坑工程监测、基坑支护监测、地基沉降监测、交付后的使用沉降监测、位移监测、倾斜监测、外力震动监测，地震受力数据采集；应用于山体土石方综合治理，如滑坡监测、土壤植被含水率检测、山体各项安全性指标分析及评估；应用于重要基础设施工程(市政、桥梁、铁路等)基础稳定性监测。
[0056]
通过该方法能够随时采集并记录当前的土体含水率、土压力、温度，进而得到对应部位的土体湿密度、干密度、含水率、压实度、饱和度等信息数据，以监测并预测土体及地
基、坑壁的受力变化、沉降、位移、水文情况等；能够给施工提供最佳的土体温度数据，用以决策避免冻土情况下施工带来的困难，能够通过场地内均布的监测点了解施工土基的不均匀性并随时排除，能够使动土施工及作业形成数字化，整个施工过程及使用过程全部可预知，方便运维处理，使土体施工质量做到实时把控。
[0057]
如图4所示，本技术实施例还提供一种集成式土体物理指标数字化监测系统，包括：初步定位单元401，配置为基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；分区布线单元402，配置为基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；二次定位单元403，配置为通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；其中，第二定位模块的定位精度高于第一定位模块的定位精度；反向定位单元404，配置为获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；土体参数预测单元405，配置为基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。
[0058]
本技术实施例提供的集成式土体物理指标数字化监测系统能够实现上述任意集成式土体物理指标数字化监测方法的步骤、流程，并达到相同的技术效果，在此不再一一赘述。
[0059]
以上所述仅为本技术的优选实施例，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，包括：步骤s101、初步定位：基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；步骤s102、分区策划及布线：基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；步骤s103、二次定位：通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；其中，第二定位模块的定位精度高于第一定位模块的定位精度；步骤s104、反向定位：获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；步骤s105、预测土体参数变化：基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。2.根据权利要求1所述的集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，步骤s102包括：以第一定位模块的模型坐标为基点，将待引测的施工场区的三维模型按照预设要求划分为多个测区，并依据每个测区同一埋设标高待布设的监测设备集束的间距和埋设数量，将每个测区划分为多个矩形网格区域，同一埋设标高的矩形网格区域的交点坐标为同一埋设标高的监测网络中监测设备集束的埋设位置；其中，每个测区包含多层不同埋设标高的监测网络。3.根据权利要求2所述的集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，步骤s103包括：将三维模型中监测设备集束的埋设标高和埋设位置，通过第二定位模块在施工现场进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点的土体中埋设监测设备集束，以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块。4.根据权利要求2所述的集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，所述监测设备集束包括：土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器和位移传感器中的一个或多个；其中，土体压力传感器、温度传感器、含水率传感器在多层不同埋设标高的监测网络的全部定位监测点处均布设；同一埋设标高的监测网络中，多个定位监测点处的位移传感器采用梅花形布置，隔二布一且隔行布置。5.根据权利要求4所述的集成式土体物理指标数字变化监测方法，其特征在于，还包括：施工现场还按照预设深度设有多个监测探孔，每个监测探孔内均埋设有含水率传感器。6.根据权利要求2所述的集成式土体物理指标数字变化监测方法，其特征在于，单个测区最大不超过3500平米，且单个测区内监测设备集束的埋设位置总数不超过40处；
布线时，每个测区均按照每单排进行连接，单排线为区域分线，各区域分线采用一根总线接出。7.根据权利要求1所述的集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，步骤s105中，在三维模型中，基于反向标记后的第一定位模块的模拟坐标，对监测设备集束的现场采集数据进行标定；基于给定的土体参数预测模型，根据三维模型中标定的监测设备集束的现场采集数据进行平滑加密，以预测现场的土体物理参数变化；其中，土体参数预测模型为：式中，q表示施工场区内任意待预测点处的土体物理参数的预测值；l表示施工场区内任意待预测点到给定的场区基准点的距离；i表示施工场区内定位监测点的序号，i为正整数且i>2；q
i-1
、q
i
、q
i+1
、q
i+2
分别表示施工场区内相邻的四个定位监测点处监测设备集束采集到的土体物理参数的值。8.根据权利要求1所述的集成式土体物理指标数字化监测方法，其特征在于，初步定位时，施工场区的三维模型的初步定位误差不大于50毫米；二次定位时，放样定位的误差不超过15毫米。9.一种集成式土体物理指标数字化监测系统，其特征在于，包括：初步定位单元，配置为基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；分区布线单元，配置为基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；二次定位单元，配置为通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；其中，第二定位模块的定位精度高于第一定位模块的定位精度；反向定位单元，配置为获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；土体参数预测单元，配置为基于给定的土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。

技术总结
本申请提供一种集成式土体物理指标数字化监测方法和系统。该方法包括，基于获取的控制点参数，对建立的施工场区的三维模型进行初步定位；基于预先确定的第一定位模块的模型坐标，在三维模型中划分网格区域及埋入层，确定监测网络的埋设参数；通过第二定位模块在施工现场对监测网络的埋设参数进行放样定位，确定施工现场的定位监测点，并在全部定位监测点处埋入监测设备集束；以及，在第一定位模块的模型坐标对应的定位监测点处埋设第一定位模块；获取第一定位模块的现场坐标，对第一定位模块的模型坐标进行反向定位；基于土体参数预测模型，根据反向定位后第一定位模块的模型坐标和监测设备集束的现场采集数据，预测现场的土体物理参数变化。物理参数变化。物理参数变化。


技术研发人员：高振华 郭翔 杨春 薛佳旺 谢鹏鹏 王霞 任志青 刘杰 卢鹏宇
受保护的技术使用者：山西建筑工程集团有限公司
技术研发日：2023.04.12
技术公布日：2023/7/25