一种无源无线型锚索预应力监测系统及其边坡监测方法

1.一种无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，包括：锚索预应力传感器，安装在所述锚索上，测量锚索初始预应力和锚索内力增量；采集装置，连接所述锚索预应力传感器，收集所述锚索预应力传感器测量的所述锚索初始预应力和所述锚索内力增量；无线传输装置，将所述预应力数据和所述锚索内增量数据远程传输至上位机进行监测和分析；预警装置，实时监测所述预应力数据和所述锚索内增量数据，若所述预应力数据和/或所述锚索内增量数据安全阈值，则发出警报；管理装置，接收所述预应力数据和所述内力增量数据，并进行存储、处理和分析；供电装置，为所述锚索预应力传感器、所述采集装置、所述无线传输装置、所述预警装置和所述管理装置供电。 2.根据权利要求1所述的无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，所述预警装置包括数据接收模块、数据处理模块、报警触发模块和报警输出模块；所述数据接收模块接收所述预应力数据和所述内力增量数据；所述数据处理模块对接收到的数据进行分析、处理，并与预设的安全阈值进行比较；所述报警触发模块根据数据处理结果判断是否需要触发报警，若数据超出预设阈值，则发出报警信号；所述报警输出模块将所述报警信号输出至相应的警报设备。 3.根据权利要求2所述的无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，所述管理装置包括数据存储模块、控制模块和维护日志模块和数据备份模块；所述数据存储模块存储所述预应力数据和所述内力增量数据和报警记录；所述控制模块管理和控制整个监测系统的运行，包括调整采集频率和传输参数；所述维护日志模块记录系统运行状态和维护历史；所述数据备份模块提供数据备份和恢复功能。 4.根据权利要求1所述的无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，所述锚索预应力传感器采用应变式传感器；所述应变式传感器包括应变片、应变支撑基座和应变连接电缆；所述应变片和所述应变连接电缆安装在所述应变支撑基座上；所述应变支撑基座安装在所述锚索上；所述应变连接电缆连接所述采集装置。 5.根据权利要求1所述的无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，所述锚索预应力传感器采用振弦式传感器；所述振弦式传感器包括测量弦、振弦支撑基座、放大电路和连接电缆；所述测量弦的两端固定在所述振弦支撑基座上，保持张紧；所述放大电路和所述连接电缆安装在所述振弦支撑基座上；所述振弦支撑基座安装在所述锚索上；所述连接电缆连接所述采集装置。 6.根据权利要求1所述的无源无线型锚索预应力监测系统，其特征在于，所述无线传输装置包括LoRaWAN模块、5G模块和切换模块；所述切换模块以固定周期检测当前通讯模块的信号强度，若当前通讯模块强度低于预设，则切换另一模块进行通讯；所述LoRaWAN模块包括LoRa调制解调器、LoRa处理器、LoRa射频前端、LoRa天线和LoRa外部接口；所述5G模块包括5G调制解调器、基带处理器、5G射频前端、5G天线和5G外部接口。 7.一种应用无源无线型锚索预应力监测系统的无源无线型锚索预应力边坡监测方法，其特征在于，包括：获得锚索初始预应力F和锚索内力增量ΔF；计算锚索内力增量比k＝ΔF/F；建立边坡的锚索预应力x与锚索内力增量比k的计算模型K(x)＝Ae Bx ，其中，x为锚索预应力的值，A、B为常数；设置边坡稳定性阈值k 1 和k 2 ，其中，k 1 为第一级预警点，当0＜k＜k 1 时，边坡开始进入不稳定状态，k 2 为第二级预警点，当k 1 ＜k＜k 2 时，边坡开始由不稳定状态进入危险状态；所述无源无线型锚索预应力监测系统采用如权利要求6所述的无源无线型锚索预应力监测系统。 8.根据权利要求7所述的无源无线型锚索预应力边坡监测方法，其特征在于，不同的所述锚索初始预应力F下，所述第一级预警点k 1 和所述第二级预警点k 2 的取值不同；所述锚索初始预应力F增加，所述第一级预警点k 1 的取值减小，k 1 ＝0.2154e -0.003F ；所述锚索初始预应力F增加，所述第二级预警点k 2 的取值减小，k 2 ＝0.8626e -0.003F 。 9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求7至8中任一项所述的无源无线型锚索预应力边坡监测方法。 10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求7至8中任一项所述的无源无线型锚索预应力边坡监测方法。