用于监控管土耦合作用的方法、装置及控制器与流程

1.本技术涉及埋地管道安全监测技术领域，具体地涉及一种用于监控管土耦合作用的方法、装置及控制器。


背景技术：

2.管道穿越地质灾害区的监测主要采用电阻式应变片、振弦式应变计、光纤光栅应变计来进行管体应变监测，从而判断管道的受力情况。这种方法只能获得管道的受力情况，未能获得土壤的情况。管道敷设环境土壤的情况主要通过土体位移监测来实现，通过土体的位移来计算土体对管道的推力。
3.在管道的安全性评价中目前主要采用基于应力的评价或者基于应变的评价，但是当前的评价方法只适用于管道本体受力安全性评价，没有考虑地质灾害的发生和发展趋势，不能实现管道安全发展趋势的预测。
4.现有管道安全评价没有综合管道和赋存环境(土壤)的耦合关系，不能结合周围环境信息对管道的安全状况进行预测。


技术实现要素：

5.本技术实施例的目的是提供一种用于监控管土耦合作用的方法、装置及控制器，用以解决现有技术中对埋地管道安全的监测过于片面的问题。
6.为了实现上述目的，本技术第一方面提供一种用于监控管土耦合作用的方法，应用于控制器，控制器分别与多个传感器和显示设备通信，多个传感器设置在埋地管道的周边或埋地管道上，该方法包括：
7.实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数；
8.通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数；
9.根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力；
10.根据管道参数确定埋地管道的应变变化率；
11.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。
12.在本技术实施例中，环境参数包括降雨量，土体参数包括含水量和温度，通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数包括：
13.根据降雨量确定土体的含水量的预测值；
14.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数；
15.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
16.在土体力学性能参数小于第一设定值的情况下，发送三级报警信号。
17.在本技术实施例中，多个传感器包括降雨传感器、水分传感器和温度传感器，根据降雨量确定土体的含水量的预测值包括：
18.通过降雨传感器采集埋地管道周边环境的降雨量；
19.通过水分传感器采集土体的含水量；
20.根据土体的含水量和降雨量确定土体的含水量预测值；
21.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数包括：
22.通过温度传感器采集土体的温度；
23.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数。
24.在本技术实施例中，修正后的土体参数还包括深部位移和表部位移，根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力包括：
25.根据深部位移和表部位移确定土体的体积；
26.根据土体的体积和土体力学性能参数确定土体对埋地管道的作用力；
27.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
28.在土体对埋地管道的作用力大于第二设定值的情况下，发送二级报警信号。
29.在本技术实施例中，多个传感器包括深部位移传感器和表部位移传感器，根据深部位移和表部位移确定土体的体积包括：
30.通过深部位移传感器采集深部位移；
31.通过表部位移传感器采集表部位移；
32.根据深部位移和表部位移确定土体的体积。
33.在本技术实施例中，管道参数包括管道应变，多个传感器包括应变传感器，实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数包括：
34.通过应变传感器获取埋地管道的管道应变；
35.根据管道参数确定埋地管道的应变变化率包括：
36.将管道应变进行微分，以得到埋地管道的应变变化率；
37.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
38.在埋地管道的应变变化率在第一预设范围内的情况下，发送一级报警信号；
39.在埋地管道的应变变化率在第二预设范围内的情况下，发送二级报警信号；
40.在埋地管道的应变变化率在第三预设范围内的情况下，发送三级报警信号。
41.在本技术实施例中，管道参数还包括管道位移，多个传感器还包括管体位移传感器，该方法还包括：
42.通过管体位移传感器获取埋地管道的多个点的管道位移；
43.根据多个点中的相邻两个点的管道位移的相对值确定埋地管道的宏观应变趋势；
44.根据埋地管道的目标点的管道应变的方向与宏观应变趋势确定重要截面的位置；
45.将重要截面的位置发送至显示设备。
46.在本技术实施例中，多个传感器包括布里渊光纤传感器，该方法还包括：
47.通过布里渊光纤传感器确定埋地管道的伴行光缆应变的位置；
48.在伴行光缆应变的位置的数量超过预设数量的情况下，发送二级报警信号。
49.在本技术实施例中，环境参数还包括次声波信号和震动信号，多个传感器包括次声波传感器和地震传感器，该方法还包括：
50.通过次声波传感器检测次声波信号；
51.通过地震传感器检测震动信号；
52.在检测到次声波信号和震动信号的情况下，发送三级报警信号。
53.本技术第二方面提供一种控制器，包括：
54.存储器，被配置成存储指令；以及
55.处理器，被配置成从存储器调用指令以及在执行指令时能够实现根据上述的用于监控管土耦合作用的方法。
56.本技术第三方面提供一种用于监控管土耦合作用的装置，包括：
57.多个传感器，设置在埋地管道的周边或埋地管道上，被配置成采集埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数；
58.上述的控制器，与多个传感器通信；
59.显示设备，与控制器通信，被配置成接收控制器发送的报警信号。
60.在本技术实施例中，多个传感器包括：
61.降雨传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的降雨量；
62.水分传感器，被配置成监测土体的含水量；
63.温度传感器，被配置成监测土体的温度；
64.表部位移传感器，被配置成获取土体的表部位移；
65.深部位移传感器，被配置成获取土体的深部位移；
66.应变传感器，被配置成监测埋地管道的管道应变；
67.管体位移传感器，被配置成监测埋地管道的管道位移；
68.布里渊光纤传感器，被配置成监测埋地管道的伴行光缆的应变；
69.次声波传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的次声波信号；
70.地震传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的震动信号。
71.通过上述技术方案，实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数，并通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数。从而能够根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力，根据管道参数确定埋地管道的应变变化率。并进一步结合修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。本技术基于埋地管道的环境数据、土体数据和管道数据，能够确定土体对埋地管道的作用力及土体与埋地管道在相互作用下的演变规律，实现对埋地管道安全进行监控的目的，并提高预警预报的可靠性与准确性。
72.本技术实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
73.附图是用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本技术实施例，但并不构成对本技术实施例的限制。在附图中：
74.图1示意性示出了根据本技术实施例的一种用于监控管土耦合作用的装置的结构图；
75.图2示意性示出了根据本技术实施例的一种部分传感器的安装位置图；
76.图3示意性示出了根据本技术实施例的一种用于监控管土耦合作用的方法的流程图；
77.图4示意性示出了根据本技术一具体实施例的一种用于监控管土耦合作用的方法的流程图；
78.图5示意性示出了根据本技术实施例的一种控制器的结构框图。
79.附图标记说明
80.201
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应变传感器
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202
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管体位移传感器
81.203
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水分传感器
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204
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温度传感器
82.205
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深部位移传感器
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206
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伴行光缆
具体实施方式
83.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本技术实施例，并不用于限制本技术实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
84.需要说明，若本技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
85.另外，若本技术实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
86.图1示意性示出了根据本技术实施例的一种用于监控管土耦合作用的装置的结构图。如图1所示，本技术实施例提供多个传感器110、控制器120、显示设备130。多个传感器110可以包括降雨传感器、水分传感器、温度传感器、表部位移传感器、深部位移传感器、应变传感器、布里渊光纤传感器、次声波传感器和地震传感器，用于监测环境参数、土体参数和管道参数。多个传感器110设置在埋地管道的周边或埋地管道上。控制器120可以接收多个传感器110采集的环境参数、土体参数和管道参数，从而判断埋地管道的受力状况，并进行趋势预警。显示设备130与控制器通信，可以用于接收控制器120发送的环境参数、修正后的土体参数、管道参数、土体对埋地管道的作用力、土体对埋地管道作用的范围、埋地管道的应变变化率和报警信号，其中，土体对埋地管道作用的范围根据修正后的土体参数中的深部位移和表部位移确定。通过多个传感器110、控制器120和显示设备130可以实现对埋地管道的全方位监测，并满足对埋地管道的安全进行趋势预警的需要，提高监测埋地管道安全过程中的准确性。
87.图2示意性示出了根据本技术实施例的一种部分传感器的安装位置图。如图2所示，本技术实施例沿埋地管道设置多个传感器。在一个示例中，埋地管道的伴行光缆206与
埋地管道在沿一线路铺设。埋地管道的部分管道受滑坡体影响。滑坡体是指从斜坡上向下滑动的部分土体或岩体。滑动面是滑坡体移动时与不动体之间形成的一个沿其下滑的界面。处理器可以获取滑动面内管体两侧的水分传感器203和温度传感器204采集的土体的含水量和温度，以及滑动面外两侧的水分传感器203和温度传感器204采集的土体的含水量和温度。通过获取不同位置的土体的含水量和温度，可以提高在修正土体参数这一过程中的准确性。
88.沿埋地管道方向上至少设置两个深部位移传感器205，从而实现对滑动面范围的估算。应变传感器201设置在埋地管道上，埋地管道的一截面至少安装三个应变传感器201，以监测埋地管道在不同方向上的应变。此外，埋地管道上设置有管体位移传感器202，以监测埋地管道的位移。管体位移传感器202包括但不限于基于微机电系统的加速度传感器、普通振动类加速度传感器、普通振动类速度传感器和位移传感器。通过在埋地管道的周边或者埋地管道上设置多个传感器，可以获取埋地管道周边的环境参数、土体参数以及埋地管道的管道参数，从而实现对埋地管道全方面的监测。
89.图3示意性示出了根据本技术实施例的一种用于监控管土耦合作用的方法的流程图。如图1所示，本技术实施例提供一种用于监控管土耦合作用的方法，该方法可以包括下列步骤。
90.步骤301、实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数；
91.步骤302、通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数；
92.步骤303、根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力；
93.步骤304、根据管道参数确定埋地管道的应变变化率；
94.步骤305、根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。
95.在本技术实施例中，处理器可以根据通过多个传感器获取的环境参数、土体参数和管道参数确定在埋地管道和土体相互作用下的埋地管道安全。处理器可以获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数。进一步地，处理器可以通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数。其中，环境参数包括降雨量、次声波信号和震动信号，修正后的土体参数包括土体的含水量、温度、深部位移和表部位移。深部位移是指土体的深部裂缝或滑带等的点与点之间的绝对位移量和相对位移量。表部位移是指地表测点随时间而发生水平位移的位移量。此外，土体参数还包括土体力学性能参数。土体力学性能参数是指衡量土体的松密和软硬的指标参数。通过监测降雨量，处理器可以确定土体含水量的变化趋势，从而可以确定土体力学性能参数的变化趋势。根据土体力学性能参数的变化趋势，处理器可以提前发送报警信号，以达到预警的目的。
96.处理器可以根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力。根据修正后的土体参数中的深部位移和表部位移，处理器可以确定作用在埋地管道上的土体的体积。结合土体的体积和土体力学性能参数，处理器可以确定土体对埋地管道的作用力。进一步地，通过多个传感器测量单位采样时间内土体的深部位移和表部位移，处理器可以确定不同位置的土体位移速度。根据不同位置的土体位移速度的差异，可以确定土体差异性变形位置和埋地管道受剪切的截面，从而得到土体对埋地管道作用的范围。
97.土体参数包括温度。管道参数包括管道应变。管道应变是指埋地管道在外力作用下的局部的相对变形的程度。埋地管道在温度影响下会产生应变。温度不同，埋地管道因温度产生的应变也不同。在本技术实施例中仅考虑长期因素对埋地管道的影响，不考虑短期因素对埋地管道的影响，即不考虑因温度而产生的管道应变，因此需要根据温度修正通过应变传感器采集的管道应变。处理器通过对管道应变进行微分可以确定埋地管道的应变变化率。
98.处理器根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。报警信号分为一级报警信号、二级报警信号和三级报警信号。这样，可以满足对埋地管道在不同阶段的安全进行监测的需求，提高预警的准确度。
99.通过上述技术方案，实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数，并通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数。从而能够根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力，根据管道参数确定埋地管道的应变变化率。并进一步结合修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。本技术基于埋地管道的环境数据、土体数据和管道数据，能够确定土体对埋地管道的作用力及土体与埋地管道在相互作用下的演变规律，实现对埋地管道安全进行监控的目的，并提高预警预报的可靠性与准确性。
100.在本技术实施例中，环境参数可以包括降雨量，土体参数可以包括含水量和温度，步骤302、通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数可以包括：
101.根据降雨量确定土体的含水量的预测值；
102.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数；
103.步骤305、根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备可以包括：
104.在土体力学性能参数小于第一设定值的情况下，发送三级报警信号。
105.具体地，报警信号分为一级报警信号、二级报警信号和三级报警信号。一级报警信号是在埋地管道临灾时发送的临灾报警信号。二级报警信号是在土体发生移动时发送的致灾报警信号。三级报警信号是进行长周期趋势预警时发送的趋势报警信号。处理器可以根据修正后的土体参数确定是否发送三级报警信号。通过降雨传感器，处理器可以获取埋地管道周边的降雨量，并建立降雨量和时间的关系，从而预测土体的含水量在一定时间内的变化趋势。并且，处理器可以预先测定土体在不同的含水量和温度下的土体力学性能参数。这样，在监控管土耦合作用的过程中，根据土体的含水量的预测值及土体的温度可以确定土体力学性能参数。进一步地，根据实际情况可以预先设定第一设定值。第一设定值是用于判断土体是否失稳的临界值。在大于或等于第一设定值的情况下，土体稳定，发生地质灾害的可能性较低，因此不需要发送报警信号。在小于第一设定值的情况下，土体发生滑动的可能性较高，需要发送三级报警信号以进行预警。通过实时监测降雨量，并实时分析降雨强度、降雨时间和降雨量，预测土壤性质可能发生的变化，从而能够对地质灾害进行提前预警。
106.在本技术实施例中，多个传感器可以包括降雨传感器、水分传感器和温度传感器，根据降雨量确定土体的含水量的预测值可以包括：
107.通过降雨传感器采集埋地管道周边环境的降雨量；
108.通过水分传感器采集土体的含水量；
109.根据土体的含水量和降雨量确定土体的含水量预测值；
110.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数包括：
111.通过温度传感器采集土体的温度；
112.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数。
113.具体地，处理器可以获取多个传感器采集的数据，从而确定土体力学性能参数。在本技术实施例中，多个传感器包括降雨传感器、水分传感器和温度传感器。降雨传感器用于采集埋地管道周边环境的降雨量。水分传感器用于采集埋地管道周边土体的含水量。温度传感器用于采集埋地管道周边土体的温度。处理器可以获取埋地管道周边环境的降雨量，并建立降雨量和时间的关系，从而预测土体的含水量在一定时间内的变化趋势。并且，处理器可以预先测定土体在不同的含水量和温度下的土体力学性能参数。这样，在监控管土耦合作用的过程中，根据土体的含水量的预测值及土体的温度可以确定土体力学性能参数。
114.在本技术实施例中，修正后的土体参数还可以包括深部位移和表部位移，步骤303、根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力可以包括：
115.根据深部位移和表部位移确定土体的体积；
116.根据土体的体积和土体力学性能参数确定土体对埋地管道的作用力；
117.步骤305、根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备可以包括：
118.在土体对埋地管道的作用力大于第二设定值的情况下，发送二级报警信号。
119.具体地，处理器可以根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力。修正后的土体参数还包括深部位移和表部位移。通过深部位移传感器可以获取土体的深部位移。通过表部位移传感器可以获取土体的表部位移。此外，根据土体的深部位移可以得到对埋地管道施加作用力的土体的厚度。
120.由于表部位移传感器采集的数据存在误差，因此需要对表部位移传感器采集的数据进行修正。在埋地管道周边的土体上可以设置图像采集设备。通过图像采集设备实时采集土体的图像数据，通过与前期采集的基准图像进行比对，以监测土体的表部位移。根据通过图像采集设备获取的土体的图像数据，处理器可以修正表部位移。由此，处理器可以根据深部位移和表部位移确定对埋地管道施加作用力的土体的体积。结合土体的体积和土体力学性能参数，处理器可以确定土体对埋地管道的作用力。
121.在监测过程中，深部位移传感器和表部位移传感器采集的数据存在偏差，导致处理器确定的土体对埋地管道的作用力存在误差，因此，可以通过土压力传感器获取土体对埋地管道的压力，以对根据土体力学性能参数、深部位移和表部位移确定的土体对埋地管道的压力进行修正。在一个示例中，在埋地管道同一截面上等间隔地安装四个土压力传感器，以监测埋地管道多个方向的土体压力。通过土压力传感器采集土体对埋地管道的作用力，可以修正根据土体力学性能参数、深部位移和表部位移确定的土体对埋地管道的压力。
122.处理器可以预设第二设定值，第二设定值需要根据实际情况设定。第二设定值是指土体对埋地管道的压力足以使埋地管道发生位移的临界值。在土体对埋地管道的作用力大于第二设定值的情况下，埋地管道发生位移，处理器需要发送二级报警信号。
123.进一步地，处理器通过单位采样时间内深部位移和表部位移可以确定不同位置的土体位移速度。深部测斜管是一种用于监测土体内部水平位移的测量管。由于不同深度的土体位移速度存在偏差，可以在埋地管道上设置深部测斜管，以监测土体的形变，并确定发生位移的土体的位置。根据土体位移速度和通过深部测斜管确定的土体不均匀形变的位置，可以确定埋地管道受剪切的截面。通过确定埋地管道受剪切的截面，处理器可以确定土体对埋地管道作用的范围。
124.通过深部位移和表部位移确定土体对埋地管道的作用力、作用范围，并通过土压力传感器采集的土体压力数据修正通过深部位移和表部位移确定土体对埋地管道的作用力，可以实时监测埋地管道的受力状况。
125.在本技术实施例中，多个传感器可以包括深部位移传感器和表部位移传感器，根据深部位移和表部位移确定土体的体积可以包括：
126.通过深部位移传感器采集深部位移；
127.通过表部位移传感器采集表部位移；
128.根据深部位移和表部位移确定土体的体积。
129.具体地，处理器可以获取多个传感器采集的数据，进而确定对埋地管道施加作用力的土体的体积。多个传感器包括深部位移传感器和表部位移传感器。通过深部位移传感器可以获取埋地管道周边土体的深部位移。通过表部位移传感器可以获取埋地管道周边土体的表部位移。此外，根据土体的深部位移可以得到对埋地管道施加作用力的土体的厚度。由此，处理器可以确定对埋地管道施加作用力的土体的体积。通过深部位移传感器和表部位移传感器采集的深部位移和表部位移确定对埋地管道施加作用力的土体的体积，以便处理器确定土体对埋地管道施加的作用力。
130.在本技术实施例中，管道参数可以包括管道应变，多个传感器可以包括应变传感器，步骤301、实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数可以包括：
131.通过应变传感器获取埋地管道的管道应变；
132.步骤304、根据管道参数确定埋地管道的应变变化率可以包括：
133.将管道应变进行微分，以得到埋地管道的应变变化率；
134.步骤305、根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备可以包括：
135.在埋地管道的应变变化率在第一预设范围内的情况下，发送一级报警信号；
136.在埋地管道的应变变化率在第二预设范围内的情况下，发送二级报警信号；
137.在埋地管道的应变变化率在第三预设范围内的情况下，发送三级报警信号。
138.具体地，管道参数包括管道应变。处理器可以通过应变传感器获取埋地管道的管道应变。埋地管道在温度影响下会产生应变。温度不同，埋地管道因温度产生的应变也不同。在本技术实施例中仅考虑长期因素对埋地管道的影响，不考虑短期因素对埋地管道的影响，即因温度而产生的管道应变，因此需要根据温度修正通过应变传感器采集的管道应变。在一个示例中，埋地管道在温度变化的情况下，埋地管道的两点之间按照管道的膨胀系数发生变形。处理器可以同时监测埋地管道上多个截面的温度、应变和位移，通过确定实际位移与理论位移的差值消除因温度影响而产生的埋地管道的管道应变。
139.第一预设范围是埋地管道断裂的可能性较高的应变变化率的范围。第二预设范围是埋地管道受土体施加的作用力影响、发生严重变形的应变变化率的范围。第三预设范围是指管道发生明显变形的应变变化率的范围。在根据温度修正通过应变传感器采集的管道应变的情况下，处理器可以根据埋地管道的应变变化率发送报警信号。多个传感器包括应变传感器。通过应变传感器可以采集埋地管道的管道应变。管道应变是指埋地管道在外力作用下的局部的相对变形的程度。处理器需要根据温度修正管道应变。处理器对管道应变进行微分，可以得到埋地管道的应变速率。对应变速率进行微分，可以确定埋地管道的应变变化率。处理器根据埋地管道的应变变化率可以发送不同级别的报警信号。在一个示例中，假设第一预设范围为大于或等于0.8，第二预设范围为大于或等于0.5且小于0.8，第三预设范围为大于或等于0.2且小于0.5。在埋地管道的应变变化率大于或等于0.8的情况下，处理器发送一级报警信号。在埋地管道的应变变化率大于或等于0.5且小于0.8的情况下，处理器发送二级报警信号。在埋地管道的应变变化率大于或等于0.2且小于0.5的情况下，处理器发送三级报警信号。根据埋地管道的应变变化率发送报警信号，可以实现通过监测埋地管道本身的状态以确定不同的报警信号的目的。
140.在本技术实施例中，管道参数还可以包括管道位移，多个传感器还可以包括管体位移传感器，该方法还可以包括：
141.通过管体位移传感器获取埋地管道的多个点的管道位移；
142.根据多个点中的相邻两个点的管道位移的相对值确定埋地管道的宏观应变趋势；
143.根据埋地管道的目标点的管道应变的方向与宏观应变趋势确定重要截面的位置；
144.将重要截面的位置发送至显示设备。
145.具体地，处理器可以根据埋地管道的管道位移确定埋地管道的宏观应变。管道参数还包括管道位移。管道位移是埋地管道在外界因素作用下发生的位移。通过在埋地管道上设置多个管体位移传感器，处理器可以确定埋地管道上多个点的位移值。管体位移传感器包括但不限于基于微机电系统的加速度传感器、普通振动类加速度传感器、普通振动类速度传感器和位移传感器。在一个示例中，通过三轴加速度传感器监测埋地管道的管道位移。根据相邻两点之间埋地管道位移的相对值，处理器可以进一步判断埋地管道的宏观应变。在埋地管道上目标点的应变方向与宏观应变趋势一致的情况下，判断埋地管道形变均匀。目标点是指埋地管道上发生管道应变的点。在埋地管道上目标点的应变方向与宏观应变不一致，即宏观应变拉伸、局部应变压缩，或者宏观应变压缩、局部应变拉伸，则将目标点所在的截面定义为重要截面，且处理器可以确定该重要截面断裂的可能性较高，由此处理器在发送报警信号时可以将该重要截面的位置发送至显示设备。同时，在埋地管道发生侧向位移的情况下，处理器可以通过管体位移传感器确定埋地管道的形变，辅助埋地管道的管道应变监测结果判断管道的安全状况，以提高监测埋地管道安全的准确性。
146.在本技术实施例中，多个传感器可以包括布里渊光纤传感器，该方法还可以包括：
147.通过布里渊光纤传感器确定埋地管道的伴行光缆应变的位置；
148.在伴行光缆应变的位置的数量超过预设数量的情况下，发送二级报警信号。
149.具体地，处理器可以通过布里渊光纤传感器监测埋地管道的伴行光缆应变，以确定埋地管道的伴行光缆应变的位置。布里渊光纤传感器是基于光纤中的布里渊散射对应变的敏感性而进行长距离的光纤应变监测的传感器。通过布里渊光纤传感器可以确定埋地管
道的伴行光缆应变的位置，从而确定土体的形变位置。由于埋地管道自身的材质，使得通过管道应变确定土体的形变位置这一过程存在误差。因此，通过布里渊光纤传感器监测伴行光缆的应变，可以提高确定土体形变位置的准确性。在一个示例中，在伴行光缆发生微应变的位置的数量超过50个的情况下，处理器可以发送二级报警信号。其中，微应变的范围需要根据实际情况确定。
150.此外，由于深部位移传感器和表部位移传感器的数量有限，在监测土体对埋地管道的作用范围的过程中具有局限性，因此，处理器可以通过布里渊光纤传感器确定埋地管道的伴行光缆的应变的位置，并根据伴行光缆的应变的位置确定土体的形变位置，进而确定土体对埋地管道的作用范围。通过监测埋地管道的伴行光缆应变的位置，并基于伴行光缆应变的位置的数量确定报警信号，能够提高对埋地管道监测的全面性和准确性。
151.在本技术实施例中，环境参数还可以包括次声波信号和震动信号，多个传感器可以包括次声波传感器和地震传感器，该方法还可以包括：
152.通过次声波传感器检测次声波信号；
153.通过地震传感器检测震动信号；
154.在检测到次声波信号和震动信号的情况下，发送三级报警信号。
155.具体地，处理器可以通过次声波传感器和地震传感器监测次声波信号和震动信号，并根据次声波信号和震动信号确定报警信号。在次声波传感器监测到次声波信号且地震传感器监测到震动信号的情况下，存在发生地质灾害的危险，因此需要发送三级报警信号，以进行预警。通过监测埋地管道周边的次声波信号和震动信号，可以降低埋地管道因地质灾害受损的概率。
156.图4示意性示出了根据本技术一具体实施例的一种用于监控管土耦合作用的方法的流程图。如图4所示，在一个具体实施例中，长周期诱发因素监测预测是指根据埋地管道周边环境的环境参数预测埋地管道安全的监测方式。短周期致灾因素土体参数监测预报是指根据埋地管道周边土体的土体参数预测埋地管道安全的监测方式。临灾管体监测预警是指根据埋地管道本身的状态预测埋地管道安全的监测方式。本技术实施例可以在土体上设置一个雨量测站及降雨传感器，以进行降雨量监测。雨量测站能对单位时间降雨量、降雨总量进行实时监测，并将监测数据传输至处理器。降雨量每超过10毫米，雨量测站可以自动发送一次数据。并且，还可以在土体上同时设置次声波传感器和地震传感器，以监测土体移动的信号。
157.本技术实施例采用三级报警信号，三级报警信号包括一级报警信号、二级报警信号和三级报警信号。通过降雨传感器和水分传感器，可以实时修正土体力学性能参数。根据降雨量可以确定土体含水量和土体力学性能参数的预测量。在预测一小时后土壤含水率将达到饱和且在现有的坡度条件可能发生到坡体失稳条件的情况下，处理器发送三级报警信号。此外，在次声传感器和地震传感器同时监测到次声波信号和震动信号的情况下，处理器通过三级报警信号提醒关注。对于通过传感器获取的土体的深部位移和表部位移，在土体上可以设置图像采集设备，实时采集土体的视频图像，并与前期采集的基准图像进行比对，以修正土体的表部位移。结合深部位移、表部位移和实时计算的土体力学性能参数，以确定土体的面积和深度。处理器根据土体的体积与土体力学性能参数可以得到土体的质量参数和力学参数，并进一步建立土体与埋地管道的力学模型，在土体移动随时间变化曲线的的
斜率发生显著变化或者土体对埋地管道的作用力能够造成埋地管道移动的情况下通过二级报警信号提醒进行警戒。
158.进一步地，通过在埋地管道上设置多个管体位移传感器，处理器可以确定埋地管道上多个点的位移值。根据相邻两点之间埋地管道位移的相对值，处理器可以进一步判断埋地管道的宏观应变。在埋地管道上目标点的应变方向与宏观应变趋势一致的情况下，判断埋地管道形变均匀。在埋地管道上目标点的应变方向与宏观应变不一致，即宏观应变拉伸、局部应变压缩，或者宏观应变压缩、局部应变拉伸，则将目标点所在的截面定义为重要截面，且处理器可以确定该重要截面断裂的可能性较高，由此处理器在发送报警信号时可以将该重要截面的位置发送至显示设备。
159.此外，处理器可以根据埋地管道的应变变化率进行预警。处理器可以根据温度修正埋地管道的管道参数，管道参数包括管道应变。也就是说，温度应变消除是指处理器可以通过土体的温度来修正埋地管道的管道应变。在消除因温度产生的管道应变之后，处理器可以对埋地管道的管道应变进行微分，以得到应变速率，并对应变速率再进行微分，从而得到应变变化率。当应变变化率变化超过0.2则发送三级报警信号，提醒进行地灾治理；应变变化率超过0.5则发送二级报警信号，进行紧急处置；超过0.8则判断管体发生位移，应力出现集中，处理器通过发送一级报警信号给出临灾预警。
160.图5示意性示出了根据本技术实施例的一种控制器的结构框图。如图5所示，本技术实施例提供一种控制器，可以包括：
161.存储器510，被配置成存储指令；以及
162.处理器520，被配置成从存储器510调用指令以及在执行指令时能够实现上述的用于监控管土耦合作用的方法。
163.具体地，在本技术实施例中，处理器520可以被配置成：
164.实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数；
165.通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数；
166.根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力；
167.根据管道参数确定埋地管道的应变变化率；
168.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。
169.进一步地，处理器520还可以被配置成：
170.根据降雨量确定土体的含水量的预测值；
171.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数；
172.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
173.在土体力学性能参数小于第一设定值的情况下，发送三级报警信号。
174.进一步地，处理器520还可以被配置成：
175.通过降雨传感器采集埋地管道周边环境的降雨量；
176.通过水分传感器采集土体的含水量；
177.根据土体的含水量和降雨量确定土体的含水量预测值；
178.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数包括：
179.通过温度传感器采集土体的温度；
180.根据含水量的预测值和温度确定土体力学性能参数。
181.进一步地，处理器520还可以被配置成：
182.根据深部位移和表部位移确定土体的体积；
183.根据土体的体积和土体力学性能参数确定土体对埋地管道的作用力；
184.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
185.在土体对埋地管道的作用力大于第二设定值的情况下，发送二级报警信号。
186.进一步地，处理器520还可以被配置成：
187.通过深部位移传感器采集深部位移；
188.通过表部位移传感器采集表部位移；
189.根据深部位移和表部位移确定土体的体积。
190.进一步地，处理器520还可以被配置成：
191.通过应变传感器获取埋地管道的管道应变；
192.根据管道参数确定埋地管道的应变变化率包括：
193.将管道应变进行微分，以得到埋地管道的应变变化率；
194.根据修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备包括：
195.在埋地管道的应变变化率在第一预设范围内的情况下，发送一级报警信号；
196.在埋地管道的应变变化率在第二预设范围内的情况下，发送二级报警信号；
197.在埋地管道的应变变化率在第三预设范围内的情况下，发送三级报警信号。
198.进一步地，处理器520还可以被配置成：
199.通过管体位移传感器获取埋地管道的多个点的管道位移；
200.根据多个点中的相邻两个点的管道位移的相对值确定埋地管道的宏观应变趋势；
201.根据埋地管道的目标点的管道应变的方向与宏观应变趋势确定重要截面的位置；
202.将重要截面的位置发送至显示设备。
203.进一步地，处理器520还可以被配置成：
204.通过布里渊光纤传感器确定埋地管道的伴行光缆应变的位置；
205.在伴行光缆应变的位置的数量超过预设数量的情况下，发送二级报警信号。
206.进一步地，处理器520还可以被配置成：
207.通过次声波传感器检测次声波信号；
208.通过地震传感器检测震动信号；
209.在检测到次声波信号和震动信号的情况下，发送三级报警信号。
210.通过上述技术方案，实时获取多个传感器发送的埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数，并通过环境参数修正土体参数，以得到修正后的土体参数。从而能够根据修正后的土体参数确定土体对埋地管道的作用力，根据管道参数确定埋地管道的应变变化率。并进一步结合修正后的土体参数、土体对埋地管道的作用力或埋地管道的应变变化率发送对应的报警信号至显示设备。本技术基于埋地管道的环境数据、土体数据和管道数据，能够确定土体对埋地管道的作用力及土体与埋地管道在相互作用下的演变规律，实现对埋地管
道安全进行监控的目的，并提高预警预报的可靠性与准确性。
211.本技术实施例还提供一种用于监控管土耦合作用的装置，可以包括：
212.多个传感器，设置在埋地管道的周边或埋地管道上，被配置成采集埋地管道的环境参数、土体参数和管道参数；
213.上述的控制器，与多个传感器通信；
214.显示设备，与控制器通信，被配置成接收控制器发送的报警信号。
215.如图1所示，本技术实施例提供多个传感器110、控制器120、显示设备130。多个传感器110可以包括降雨传感器、水分传感器、温度传感器、表部位移传感器、深部位移传感器、应变传感器、布里渊光纤传感器、次声波传感器和地震传感器，用于监测环境参数、土体参数和管道参数。多个传感器110设置在埋地管道的周边或埋地管道上。控制器120可以接收多个传感器110采集的环境参数、土体参数和管道参数，从而判断埋地管道的受力状况，并进行趋势预警。显示设备130与控制器通信，可以用于接收控制器120发送的环境参数、修正后的土体参数、管道参数、土体对埋地管道的作用力、土体对埋地管道作用的范围、埋地管道的应变变化率和报警信号，其中，土体对埋地管道作用的范围根据修正后的土体参数中的深部位移和表部位移确定。通过多个传感器110、控制器120和显示设备130可以实现对埋地管道的全方位监测，并满足对埋地管道的安全进行趋势预警的需要，提高监测埋地管道安全过程中的准确性。
216.在本技术实施例中，多个传感器可以包括：
217.降雨传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的降雨量；
218.水分传感器，被配置成监测土体的含水量；
219.温度传感器，被配置成监测土体的温度；
220.表部位移传感器，被配置成获取土体的表部位移；
221.深部位移传感器，被配置成获取土体的深部位移；
222.应变传感器，被配置成监测埋地管道的管道应变；
223.管体位移传感器，被配置成监测埋地管道的管道位移；
224.布里渊光纤传感器，被配置成监测埋地管道的伴行光缆的应变；
225.次声波传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的次声波信号；
226.地震传感器，被配置成监测埋地管道周边环境的震动信号。
227.具体地，降雨传感器设置在埋地管道周边的土体上，用于监测埋地管道周边环境的降雨量。水分传感器设置在埋地管道周边，用于监测土体的含水量。温度传感器设置在埋地管道周边，用于监测土体的温度。表部位移传感器连接埋地管道，用于获取土体的表部位移。深部位移传感器设置在埋地管道周边的土体深部，用于获取土体的深部位移。应变传感器设置在埋地管道上，被配置成监测管道应变。管体位移传感器设置于埋地管道上，用于监测埋地管道的管道位移。管体位移传感器包括但不限于基于微机电系统的加速度传感器、普通振动类加速度传感器、普通振动类速度传感器和位移传感器。在一个示例中，通过三轴加速度传感器监测埋地管道的管道位移。布里渊光纤传感器是基于光纤中的布里渊散射对应变的敏感性监测伴行光缆应变的传感器，可以监测埋地管道的伴行光缆的应变。次声波传感器和震动传感器设置在埋地管道周边的土体上，以监测埋地管道周边的次声波信号和震动信号。通过多个传感器，处理器可以获取环境参数、土体参数和管道参数，从而全面监
测埋地管道的安全。
228.本技术实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述的用于监控管土耦合作用的方法。
229.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
230.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
231.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
232.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
233.在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。
234.存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flash ram)。存储器是计算机可读介质的示例。
235.计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
236.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的
过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
237.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理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权利要求范围之内。