CN107830949B - 一种城市地下工程灾变监测模拟系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种城市地下工程灾变监测模拟系统，包括沙盘和多模块数据显示装置，沙盘包括模型公路、模型隧道、模型边坡和模型轨道，模型公路、模型隧道、模型边坡和模型轨道对应设置有监测模块，各监测模块通过无线网络或数据线与多模块数据显示装置连接。本发明提供的城市地下工程灾变监测模拟系统，可以动态模拟城市地下工程的灾变监测，特别是可以动态模拟同时具备了公路、轨道交通、隧道、山体边坡等复杂情况的区域的地下工程的全方位灾变监测，并实时给出监测的数据从而可方便有效地对不同种类的城市地下工程灾变及相互影响进行更直观的动态演示。
Description
技术领域
本发明涉及市政工程技术领域，特别是涉及一种城市地下工程灾变监测模拟系统。
背景技术
沙盘是一种具有立体感强、形象直观、制作简便、经济实用等特点的模型。沙盘起源于军事，在敌我双方作战时，制作缩小版的敌我战事分布图，通过沙盘来进行战役战术的推演，从而达到作战目的。之后因其诸多优点在众多领域成为一种方便快捷有效的演示手段，尤其是在各种地质灾害、交通运输的模拟，建筑格局的直观观察等方面应用甚多。
但目前仍缺少对城市地下工程灾变监测进行模拟，特别是对城市地下工程的多种灾变进行全方位综合监测模拟的系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种城市地下工程灾变监测模拟系统，实现对城市地下工程的多种灾变进行全方位综合监测模拟。
为实现上述目，本发明一个实施方式提供了一种城市地下工程灾变监测模拟系统，包括沙盘和多模块数据显示装置，所述多模块数据显示装置包括数据接收模块、数据处理模块和数据显示模块；所述沙盘包括模型公路、模型隧道、模型边坡和模型轨道；所述模型公路包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型公路上设置有可以行驶的模型汽车，所述模型公路配置有路基状态监测模块，所述路基状态监测模块包括路基竖向位移监测子模块、路基压力监测子模块，所述路基竖向位移监测子模块监测的位移数据和所述路基压力监测子模块监测的压力数据由应力-应变数据拟合子模块进行数据拟合；所述模型隧道包括表面部分和弹簧网，表面部分包括地表部分和围岩部分，弹簧网位于地表部分的下方和围岩部分的内侧，所述模型隧道配置有隧道状态监测模块，所述隧道状态监测模块包括围岩应力-应变监测子模块和地表沉降监测子模块；所述模型边坡的前侧位于所述模型公路的一侧，后侧通过弹簧与沙盘边缘连接，所述模型边坡配置有边坡状态监测模块，所述边坡状态监测模块包括边坡动力子模块、红外测距子模块和地层水平应力-应变监测子模块，所述边坡动力子模块包括电动机，用于驱动所述模型边坡向前侧产生水平滑移；所述模型轨道包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型轨道的表面部分包括铁轨，铁轨上设置有可以行驶的模型列车，所述模拟轨道配置有轨道状态监测模块，所述轨道状态监测模块包括铁轨振动频率监测仪和轨道路基沉降监测子模块；所述各监测模块通过无线网络或者数据线与多模块数据显示装置连接。
在一个实施方式中，所述路基竖向位移监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于所述模型公路的弹簧网下方，测量弹簧网的形变。
在一个实施方式中，所述路基压力监测子模块包括半导体压电阻抗扩散压力传感器，所述压力传感器设置在所述模型公路的弹簧网下面，对弹簧网所受压力进行测量。
在一个实施方式中，所述应力-应变数据拟合子模块为包括数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块的处理器，设置在所述模型公路的下方。
在一个实施方式中，所述应力-应变数据拟合子模块为所述多模块数据显示装置中的所述数据处理模块的子模块。
在一个实施方式中，所述围岩应力-应变监测子模块包括应变传感器，所述应变传感器位于所述围岩部分的弹簧网的内侧，用于监测围岩内弹簧网的应变和应力。
在一个实施方式中，所述地表沉降监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于所述地表部分的弹簧网的下方，用于监测模型隧道处的地表沉降。
在一个实施方式中，所述红外测距子模块包括红外发射器、红外接收器以及信号处理器，正对所述模型边坡的前侧安装，监测所述模型边坡的滑移。
在一个实施方式中，所述地层水平应力-应变监测子模块包括应变传感器，用于监测所述弹簧的应变和应力。
在一个实施方式中，所述轨道路基沉降监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于模型轨道的弹簧网下方，用于监测所述模型轨道的路基沉降。
本发明提供的城市地下工程灾变监测模拟系统，可以动态模拟城市地下工程的灾变监测，特别是可以动态模拟同时具备了公路、轨道交通、隧道、山体边坡等复杂情况的区域的地下工程的全方位灾变监测，并实时给出监测的数据从而可方便有效地对不同种类的城市地下工程灾变及相互影响进行更直观的动态演示。
附图说明
图1为本发明实施例提供的城市地下工程灾变监测模拟系统的结构关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图，以具体实施例为例，详细说明本发明的实施方式。
本发明实施例提供了一种模拟城市地下工程灾变监测的系统，如图1所示，包括多模块数据显示装置1和沙盘2。多模块数据显示装置1可以采用笔记本电脑、手机、pad等终端，其包括数据接收模块、数据处理模块和数据显示模块。
沙盘2包括模型公路21、模型隧道22、模型边坡23和模型轨道24，对城市地表进行模拟，并通过弹簧网(未示出)的变形模拟公路路基变形、隧道地表和轨道路基沉降、隧道围岩的内力变化和围岩位移等，以及通过弹簧(未示出)的变形模拟边坡的变形。
模型公路21包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型公路21上设置有可以行驶的模型汽车211。所述模型公路21配置有路基状态监测模块，所述路基状态监测模块包括路基竖向位移监测子模块2121、路基压力监测子模块2122。所述路基竖向位移监测子模块2121监测的位移数据和所述路基压力监测子模块2122监测的压力数据由应力-应变数据拟合子模块(未示出)进行数据拟合。
路基竖向位移监测子模块2121具体可以包括位移传感器，位于模型公路2的弹簧网下方，测量弹簧网的形变。路基压力监测子模块2122具体可以包括半导体压电阻抗扩散压力传感器，设置在模型公路2的弹簧网下面，对弹簧网所承受的压力进行测量。所述应力-应变数据拟合子模块具体可以为路基状态监测模块的子模块，可以设置在模型公路21的下方；也可以为多模块数据显示装置1中的所述数据处理模块的子模块。当所述应力-应变数据拟合子模块为路基状态监测模块的子模块时，所述应力-应变数据拟合子模块可以为一个小型的处理器，包括数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块，例如单片机。当所述应力-应变数据拟合子模块为多模块数据显示装置1中的所述数据处理模块的子模块时，所述应力-应变数据拟合子模块的功能具体由所述多模块数据显示装置1的处理器来实现。
所述路基竖向位移监测子模块2121和所述路基压力监测子模块2122可以通过无线网络或者数据线与所述应力-应变数据拟合子模块连通，以分别将监测到的位移数据和压力数据实时发送给所述应力-应变数据拟合子模块。所述应力-应变数据拟合子模块接收到位移数据和压力数据后，可以y轴为应力值(压力数据在此作为应力值)，以x轴为应变值(位移数据在此作为应变值)，通过对每一组的x、y值进行散点描绘，去除噪点，进而进行线性拟合。
模型隧道22包括表面部分和弹簧网。表面部分包括地表部分和围岩部分，弹簧网位于地表部分的下方和围岩部分的内侧。模型隧道22内和模型隧道22的地表部分上均可形成有模型公路，即模型公路21有一段从模型隧道22内穿过，另有一段从模型隧道22上方经过。所述模型隧道22配置有隧道状态监测模块，所述隧道状态监测模块包括围岩应力-应变监测子模块2211和地表沉降监测子模块2212。围岩应力-应变监测子模块2211包括应变传感器，位于围岩部分的弹簧网的内侧，可以实时监测围岩内弹簧网的应变和应力。地表沉降监测子模块2212包括位移传感器，位于地表部分的弹簧网的下方，可以实时监测模型隧道22处的地表沉降。
模型边坡23的前侧位于所述模型公路21的一侧，后侧通过弹簧与沙盘边缘连接。模型边坡23配置有边坡状态监测模块。边坡状态监测模块包括边坡动力子模块2311、红外测距子模块2312和地层水平应力-应变监测子模块2313。边坡动力子模块2311包括电动机，优选微型电动马达，用于驱动模型边坡23向其前侧产生水平滑移。所述红外测距子模块2312包括红外发射器(未示出)、红外接收器(未示出)以及信号处理器(未示出)，正对所述模型边坡23的前侧安装，监测模型边坡23的滑移。地层水平应力-应变监测子模块2313包括应变传感器，用于实时监测弹簧的应变和应力。
模型轨道24与所述模型公路21平行或者交叉，包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型轨道24的表面部分包括铁轨，铁轨上设置有模型列车241。所述模拟轨道24配置有轨道状态监测模块。轨道状态监测模块包括振动频率监测仪2421和轨道路基沉降监测子模块2422。振动频率监测仪2421用于监测铁轨的振动频率，轨道路基沉降监测子模块2422包括位移传感器，位于弹簧网的下方，可以实时监测模型轨道24的路基沉降。
沙盘2上的各监测模块可以通过无线网络或者数据线与多模块数据显示装置1连接。多模块数据整合显示装置1中的数据接收模块通过无线网络或数据线接收各监测模块发送的数据，然后交由数据处理模块进行整合、处理，进而交由数据显示模块进行分模块显示或综合显示。
在本发明实施例中，模型汽车211、模型列车241以及边坡动力子模块231可以同时启动，以全方位模拟城市运行状况，通过模型汽车211、模型列车241和边坡动力子模块231产生载荷，通过各监测模块模拟城市地下工程灾变监测，并可进一步根据监测数据对灾变状态进行模拟分析评价。例如，当模型公路下的弹簧网的形变量超过预定数值时，则判断模型公路发生了破坏；通过弹簧网所受压力和形变的变化幅度间接评价围岩质量的好坏；地表沉降监测子模块监测的沉降数据结合形变数据、压力数据对隧道注浆质量进行模拟评价；通过振动频率监测仪的监测数据以及轨道路基沉降监测子模块的数据对轨道病害进行评估；等等。
通过本发明提供的城市地下工程灾变监测模拟系统，可以动态模拟城市地下工程灾变监测，特别是可以动态模拟同时具备了公路、轨道交通、隧道、山体边坡等复杂情况的地段或区域的地下工程灾变的监测，从而可方便有效地对不同种类的城市地下工程灾变及相互影响进行更直观的动态演示。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
包括沙盘和多模块数据显示装置，所述多模块数据显示装置包括数据接收模块、数据处理模块和数据显示模块；
所述沙盘包括模型公路、模型隧道、模型边坡和模型轨道；
所述模型公路包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型公路上设置有可以行驶的模型汽车，所述模型公路配置有路基状态监测模块，所述路基状态监测模块包括路基竖向位移监测子模块、路基压力监测子模块，所述路基竖向位移监测子模块监测的位移数据和所述路基压力监测子模块监测的压力数据由应力-应变数据拟合子模块进行数据拟合；
所述模型隧道包括表面部分和弹簧网，表面部分包括地表部分和围岩部分，弹簧网位于地表部分的下方和围岩部分的内侧，所述模型隧道配置有隧道状态监测模块，所述隧道状态监测模块包括围岩应力-应变监测子模块和地表沉降监测子模块；
所述模型边坡的前侧位于所述模型公路的一侧，后侧通过弹簧与沙盘边缘连接，所述模型边坡配置有边坡状态监测模块，所述边坡状态监测模块包括边坡动力子模块、红外测距子模块和地层水平应力-应变监测子模块，所述边坡动力子模块包括电动机，用于驱动所述模型边坡向前侧产生水平滑移；
所述模型轨道包括表面部分和位于表面部分下方的弹簧网，所述模型轨道的表面部分包括铁轨，铁轨上设置有可以行驶的模型列车，所述模拟轨道配置有轨道状态监测模块，所述轨道状态监测模块包括铁轨振动频率监测仪和轨道路基沉降监测子模块；
所述各监测模块通过无线网络或者数据线与多模块数据显示装置连接。
2.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述路基竖向位移监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于所述模型公路的弹簧网下方，测量弹簧网的形变。
3.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述路基压力监测子模块包括半导体压电阻抗扩散压力传感器，所述压力传感器设置在所述模型公路的弹簧网下面，对弹簧网所受压力进行测量。
4.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述应力-应变数据拟合子模块为包括数据接收模块、数据处理模块和数据传输模块的处理器，设置在所述模型公路的下方。
5.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述应力-应变数据拟合子模块为所述多模块数据显示装置中的所述数据处理模块的子模块。
6.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述围岩应力-应变监测子模块包括应变传感器，所述应变传感器位于所述围岩部分的弹簧网的内侧，用于监测围岩内弹簧网的应变和应力。
7.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述地表沉降监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于所述地表部分的弹簧网的下方，用于监测模型隧道处的地表沉降。
8.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述红外测距子模块包括红外发射器、红外接收器以及信号处理器，正对所述模型边坡的前侧安装，监测所述模型边坡的滑移。
9.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述地层水平应力-应变监测子模块包括应变传感器，用于监测所述弹簧的应变和应力。
10.根据权利要求1所述的城市地下工程灾变监测模拟系统，其特征在于：
所述轨道路基沉降监测子模块包括位移传感器，所述位移传感器位于模型轨道的弹簧网下方，用于监测所述模型轨道的路基沉降。
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