CN103016063B - 一种施工安全监控系统 - Google Patents

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马仑
茹峰
蔡广逸
蒋波
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长安大学
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Abstract

本发明适用于监控技术领域,提供了一种施工安全监控系统,所述系统包括:数据采集器,用于利用雷达采集地质图像、危险断面的激光测距数据、被检测断面的有害气体浓度数据,以及现场可视监控录像多种格式的数据,并汇聚所述数据;网关节点,用于实时传输所述汇聚的数据;通信服务器,用于解析所述网关节点传输的数据,并将解析后的所述数据存入数据库;监控中心,用于分析所述数据,对发生危险的断面及原因发出警报。本发明通过传感器可以增加检测间隔,获取更多的监测数据,对于施工风险系统能够更加准确的预知,有效降低施工风险,减少检测人员的现场测量,实现自动化监测,降低监测人员的工作风险,节约了成本并提高了效率。

Description

一种施工安全监控系统
技术领域
[0001] 本发明属于监控技术领域,尤其涉及一种施工安全监控系统。
背景技术
[0002] 隧道同地下工程一样,也是一种也是的工程结构体系。从岩体力学方面,它是在与围岩相互作用的体系之中的某种结构物;从地质力学方面,它是变化万千的地质中的一种工程单元体。在这样的岩体和地质体的结构中,隧道一旦开挖,其中原先所平衡的力学体系便会被打破,并且,随着开挖断面的增大和开挖深度的增长,这种改变还将不断的延续。为了缓解这种平衡的打破,在隧道开挖后往往会铺设一些支护设施。而在支护铺设后的一段时间内,支护与围岩之间的力的作用还没有达到最终的平衡。
[0003] 由于隧道与地下工程是出于万千变化的岩体之中,其受力是不明确的,所以工程设计是建立在若干假定条件下进行的。而当隧道开挖后,打破原有的受力平衡体系,隧道结构受损,围岩内部结构是一只变化的,支护和衬砌的内力和外形都在变化之中。因此,试验性研宄,特别是隧道现场监控测量是解决隧道与地下工程力学、设计、施工的一种重要手段和主要途径。
[0004] 随着我国隧道施工技术的突飞猛进,攻克了许多隧道施工难题,隧道工程的数量也逐年增加,隧道自然也能成先现代交通系统的重要组成部分。而在隧道施工过程和运营过程中,由于所处环境随时间的变化,出现地质条件的恶化、退化和失稳等众多的影响因素,发生结构性损伤,给隧道健康带来许多安全隐患。为了保障隧道施工和运营的安全,及时掌握隧道结构状况,不仅要对隧道进行定期的维护,还要对隧道结构进行有效的监测和评估。
[0005] 由于隧道工程不同于其他地面工程,工作环境处于原本相对封闭稳定的地质构造中,随着开挖的进行,势必导致围岩结构的变化,给施工带来难以估计的影响。从上世纪80年代开始,新奥法(New Austrain Tunnel Method,NATM)施工在我国隧道工程中大力推广,极大的推进了我国隧道施工技术。它的基本观点是认为岩体是连续介质,从岩体力学理论出发,利用洞室开挖围岩应力随着时间变化重新分布从而产生松动破坏的动态特点,适时采用薄壁柔性支护,使围岩紧密贴合,共同作用,从而充分利用围岩的自身承载能力,使围岩结构趋近于稳定。新奥法是利用对围岩和支护的监测,及时获取围岩支护的力学动态变化状况,进一步指导隧道工程的设计与施工。因此,监测环节不仅仅作为隧道新奥法施工过程中非常重要的组成部分,还为完善设计方案、提高信息化施工质量、保障施工安全提供重要依据。
[0006] 传统的隧道监测系统中,隧道现场监控必测项目包括洞内外观察、周边位移、洞顶下沉和地表沉降等四项。对于现场的观察和数据的测量都是靠人工量测和纸质记录,特别对于那些不稳定的围岩段落,需要大量人员在施工期和运营期进行实时量测,费时费力,还有安全隐患。为更好的节约成本,确保施工安全,全面实现自动化监控,对隧道中特殊点位结构监测是必要的。另外,隧道在运营过程中,由于隧道地质结构变化难以作出长期的准确预测,仍会出现众多安全威胁。隧道的围岩变化、结构的疲劳损伤、外界环境等众多因素都会对隧道健康产生负面影响。
发明内容
[0007] 本发明实施例提供一种施工安全监控系统,旨在解决现有技术中量测时需大量人员在施工现场进行,费时费力且具有安全隐患的问题。
[0008] 本发明实施例是这样实现的,一种施工安全监控系统,所述系统包括:
[0009] 数据采集器,用于利用雷达采集地质图像、危险断面的激光测距数据、被检测断面的有害气体浓度数据,以及现场可视监控录像多种格式的数据,并汇聚所述数据;
[0010] 网关节点,用于实时传输所述汇聚的数据;
[0011] 通信服务器,用于解析所述网关节点传输的数据,并将解析后的所述数据存入数据库;
[0012] 监控中心,用于分析所述数据,对发生危险的断面及原因发出警报。
[0013] 本发明实施例提供了一种施工安全监控系统,通过传感器可以增加检测间隔,获取更多的监测数据,对于施工风险系统能够更加准确的预知,有效降低施工风险,减少检测人员的现场测量,实现自动化监测,降低监测人员的工作风险,节约了成本并提高了效率。
附图说明
[0014]图1是本发明第一实施例提供的施工安全监控系统的结构图;
[0015]图2是本发明第二实施例提供的施工安全监控系统的结构图;
[0016] 图3是本发明第三实施例提供的激光测距传感器布置示意图;
[0017]图4是本发明第四实施例提供的施工安全监控系统的结构图。
具体实施方式
[0018] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
[0019]图1示出了本发明第一实施例提供的施工安全监控系统的结构,为了便于说明,仅不出了与本发明实施例相关的部分。
[0020] 在本发明实施例中,数据采集器11根据隧道施工过程中的安全需要,对隧道掌子面使用雷达采集的地质图像、危险断面的激光测距数据、被检测断面的有害气体浓度数据、现场可视监控录像等多种格式的数据,并将数据汇聚到网关节点12,进而由网关节点12将数据实时传输到远端通信服务器13,通信服务器13对数据进行解析,并存入数据库,监控中心14从数据库中读取数据,对数据进行分析,将可能发生危险的断面及原因进行警报,方便管理者及时做好准备。
[0021] 本发明实施例中,系统每隔设定阈值的隧道断面,安装一套激光测距装置,在隧道设置的通风口安装鼓风袋和摄像头,在开挖时有害气体浓度高断面安装气体浓度监测装置,在各施工掌子面安装雷达超前预报装置,在施工员安全帽中安装身份识别和定位芯片,在隧道内部每隔预设值安装移动基站。
[0022] 图2示出了本发明第二实施例提供的施工安全监控系统的结构,详述如下:
[0023] 本发明实施例中,监控中心14包括地质超前预报单元21、有害气体监测单元22、特殊点位结构监测单元23、施工质量控制单元24、动态视频监测单元25、现场可视监控单元26、人员设备定位单元27,形象进度单元28。其中:
[0024] 地质超前预报单元21对接收到的信号进行高分辨率成像处理,进而分析、解释隧道掌子面前方的地质情况。
[0025] 在本发明实施例中,探测雷达通过一个天线发射高频电磁波,另一个天线接收介质发射的电磁波,然后利用先进的信号处理方法对接收到的信号进行高分辨率成像处理,进而分析、解释隧道掌子面前方的地质情况。
[0026] 有害气体监测单元22当有害气体超出正常标准时,发出警报。
[0027] 在本发明实施例中,对经常需要瓦斯监测、安装有固定瓦检仪的地方,例如掌子面、竖井、斜井等地,将气体浓度数据汇聚到网关节点,进而由网关节点将数据实时传输到远端通信服务器,通信服务器对数据进行解析,并存入数据库。利用VC++做一个剖面图,对每一个安装有瓦检仪的位置,放置一个按钮控件,同时需要做一个显示某段时间内瓦斯浓度的对话框,把按钮控件做成读取对应位置数据信息的确定按钮,然后连接对话框,实现数据库中该点信息在对话框中的图形上显示出来,达到直观展示的效果。监控中心从数据库中读取数据,对数据进行分析,如果某一有害气体超出正常标准,监控中心将发出警告标不O
[0028] 特殊点位结构监测单元23根据开挖方法,激光测量特殊位点结构。
[0029] 在本发明实施例中,由于开挖方法不同,则检测方法不同的原则,设计两种激光测量方案:1.根据台阶法的开挖方式,设计在同一监测面上,由顶点测沉降,边侧测收敛的方案,即分别在上导和下导来检测收敛情况,在拱顶检测收敛情况;2.测量计划方式为同一截面多点测量,即采用在左边、顶端安装测距传感器,分别检测顶端到右侧面和到垂直地面的距离,左侧面到顶端和右侧面的距离测量来判断是否发生沉降或者变形,如图3所示。
[0030]由于在监测系统是在二衬结束后,故依据原结构变化数据,将围岩较差段落作为监测段落。在每个需要监测段落里,每50米做一个监测断面,监测断面位置选取段落中结构数据变化最大的那个原沉降和收敛的测点位置或者附近。
[0031] 由于激光测距传感器有RS485接口,故选用具有RS485接口的远程数据处理单元,采集同一监测断面检测数据,并将采集到的数据通过GSM/GPRS通信模块发送至远程管理系统。当型变量超过设定值时也可向远程服务器和工程师发出短信警报。
[0032] 施工质量控制单元24检测所有隧道工序质量。
[0033] 在本发明实施例中,隧道施工安全监控中心将传感器采集到的数据通过GSM/GPRS通信模块发送的数据接收并处理,同时管理各个监测断面的数据传输,以及每个传感器数据的采集。还可根据数据,绘制时间一一位移曲线,能够更直观的显示隧道结构变化情况。
[0034] 本发明实施例将所有的隧道工序质量检测分为38小项。归类之后分为9项,其中包括:支护、洞门洞口施工、衬砌、安全监测、防排水施工、明洞施工、超欠挖、检查井、隧道总体。归类后的9项中,各项又包含几个不同的监测内容。又将材料按照隧道位置、起点粧号、终点粧号、检测内容,质量,数据来源、档案编号、施工单位、监理单位、检测日期、规范要求进行记录。
[0035] 动态视频监测单元25分析存储的视频数据,实现软件功能。
[0036] 现场可监视单元26利用图像处理技术,实时检测施工现场。
[0037] 人员设备定位单元27在每个施工员的安全头盔中植入芯片。
[0038] 形象进度单元28实时统计并展示工程进度,以二维和三维模型形式进行进度集成动态管理。
[0039] 图4示出了本发明第三实施例提供的施工安全监控系统的结构,详述如下:
[0040] 本发明实施例中,动态视频监测单元25包括视频管理模块41、参数设置模块42、视频采集模块43、视频控制模块44、视频处理模块45,以及信息查询模块46。其中:
[0041] 视频管理模块41保证软件的安全性,防止非法用户使用系统。
[0042] 在本发明实施例中,视频管理模块41主要是在用户登录该软件时调用,该模块中设置了操作权限。设该模块可在一定程度上保证软件的安全性,防止非法用户使用系统。
[0043] 参数设置模块42设置初始参数。
[0044] 在本发明实施例中,参数设置模块42是在系统初始化时调用,该模块中设置了许多初始参数,主要用在后续的视频处理程序中。用户登录后,系统会初始化相应参数,同时为视频控制、视频处理等模块功能实现做好数据准备。
[0045] 视频采集模块43实时采集现场视频数据。
[0046] 在本发明实施例中,通过该模块,系统可以得到现场的实时视频,为后面的相关视频处理提供保证。目前该系统中使用的视频是隧道现场可视监控系统中存放好的视频,两系统共享视频来源。
[0047] 视频控制模块44处理软件工作状态。
[0048] 在本发明实施例中,视频控制模块44主要是用来处理软件工作状态,即是否开始进行监控或停止监控。当用户选择开始监控时,控制模块被调用,同时软件开始进入监控状态。当用户选择停止监控时,通过控制模块,软件停止相应监控功能。若用户选择退出系统,控制模块调用相关程序,系统安全退出。
[0049] 视频处理模块45依据视频图像处理的相关技术,实现软件功能。
[0050] 在本发明实施例中,视频处理模块45是整个系统的核心,它是该系统中算法的集中体现,系统中的许多功能,如进出车辆计数、高空物体坠落报警、风机运转状态、鼓风袋鼓胀程度等程序处理都在此实现。该模块依据视频图像处理的相关技术,采用目前比较先进的算法,对软件中许多重要功能进行了很好的实现,满足了实际需求与应用。
[0051] 信息查询模块46存储数据,并提供数据查询。
[0052] 在本发明实施例中,信息查询模块46是本系统数据库的实现,该调用模块主要用来对相关数据信息进行查询,如某天某洞口进出车辆数目和时间,风机停转区域及时间,高空物体坠落时间及发生区域等。该模块中存放了大量的数据,同时实时存入相关数据,供后续人员查用。
[0053] 本发明实施例提供了一种施工安全监控系统,通过传感器可以增加检测间隔,获取更多的监测数据,对于施工风险系统能够更加准确的预知,有效降低施工风险,减少检测人员的现场测量,实现自动化监测,降低监测人员的工作风险,节约了成本并提高了效率。
[0054] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种施工安全监控系统,其特征在于,所述系统包括: 数据采集器,用于利用雷达采集地质图像、危险断面的激光测距数据、被检测断面的有害气体浓度数据,以及现场可视监控录像多种格式的数据,并汇聚所述数据; 网关节点,用于实时传输所述汇聚的数据; 通信服务器,用于解析所述网关节点传输的数据,并将解析后的所述数据存入数据库; 监控中心,用于分析所述数据,对发生危险的断面及原因发出警报, 所述系统每隔设定阈值的隧道断面,安装一套激光测距装置,在隧道设置的通风口安装鼓风袋和摄像头,在开挖时有害气体浓度高断面安装气体浓度监测装置,在各施工掌子面安装雷达超前预报装置,在施工员安全帽中安装身份识别和定位芯片,在隧道内部每隔预设值安装移动基站; 所述监控中心包括: 地质超前预报单元,用于对接收到的信号进行高分辨率成像处理,进而分析、解释隧道掌子面前方的地质情况; 有害气体监测单元,用于当有害气体超出正常标准时,发出警报; 特殊点位结构监测单元,用于根据开挖方法,激光测量特殊位点结构; 施工质量控制单元,用于检测所有隧道工序质量; 动态视频监测单元,用于分析存储的视频数据,实现软件功能; 现场可监视单元,用于利用图像处理技术,实时检测施工现场; 人员设备定位单元,用于在每个施工员的安全头盔中植入芯片; 形象进度单元,用于实时统计并展示工程进度,以二维和三维模型形式进行进度集成动态管理; 所述动态视频监测单元包括: 视频管理模块,用于保证软件的安全性,防止非法用户使用系统; 参数设置模块,用于设置初始参数; 视频采集模块,用于实时采集现场视频数据; 视频控制模块,用于处理软件工作状态; 视频处理模块,用于依据视频图像处理的相关技术,实现软件功能; 信息查询模块,用于存储数据,并提供数据查询。
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