CN108343472B - 一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，包括综合管理系统、Web均衡服务器和自动化监测系统，所述综合管理系统的信号端与Web均衡服务器交互连接，所述综合管理系统的控制端与自动化监测系统相连接，所述综合管理系统信号端连接有数据通讯系统和数据处理系统，所述数据通讯系统的接收端连接有数据采集系统，所述数据通讯系统的输出端连接有数据处理系统，所述数据处理系统的输出端连接有监测预警系统，整个系统以GNSSCORS技术、GIS技术、计算机网络通讯技术、移动PDA技术等为支撑，建立隧道地表移动自动化监测系统，实现监测数据的自动采集、传输、分析，掌握隧道受爆破影响的性态，实时对隧道安全性态进行预警预报。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工爆破领域，具体为一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统。
背景技术
伴随国民经济的高速发展，人类交通变得越来越便利，在河面上架设高架桥，在山体内部开设隧道工人们同行，缓解了交通不便的问题，目前针对于山体隧道开采过程中用于隧道的智能评判系统，还存在以下不足之处：
例如，申请号为201310138333.6，专利名称为一种木结构建筑居适环境的评价测试方法及装置的发明专利：
其所提供的评价测试方法建立了一套木结构建筑结构居适环境的评价和/或比较体系，为提升人类的居住环境、工作环境、生活质量，有利于深度挖掘不同种类木结构建筑的优越性。
但是，现有的隧道施工爆破环境效应智能评判系统存在以下缺陷：
(1)国内众多学者已从隧道承压架设壁面与土层相互作用、力学模型建立等方面开展了隧道爆破环境效应影响研究，但针对隧道断裂带的开展动态、长期的力学监测尚不多见，因此，重点针对隧道断裂带的安全监测预警系统开展研究，为国内开采隧道的安全保护提供一种新的技术手段；
(2)现有的隧道爆破环境效应检测过程中数据处理量加大，而且，随着监视时间的延长，需要处理的数据量增大，对海量数据进行快速处理是智能评判系统必须解决的一个问题。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，包括综合管理系统、Web均衡服务器和自动化监测系统，所述综合管理系统的信号端与Web均衡服务器交互连接，所述综合管理系统的控制端与自动化监测系统相连接，所述综合管理系统信号端连接有数据通讯系统和数据处理系统，所述数据通讯系统的接收端连接有数据采集系统，所述数据采集系统的信号端连接有基准站，所述数据通讯系统的输出端连接有数据处理系统，所述数据处理系统的输出端连接有监测预警系统；
所述自动化监测系统包括监测信息综合数据库和监测站网络通讯模块，所述监测信息综合数据库的信号端通过基准站串口通讯模块连接有基准站，所述基准站的内部设置有监测模块，所述监测信息综合数据库的交互端口通过信号线连接有监测站网络通讯模块，所述监测信息综合数据库的输出端分别连接有数据处理分析模块、移动变形分析模块、沉陷数据解算模块和损害评价分析模块；
所述Web均衡服务器的交互端口连接有Web集群，所述Web集群的交互端口连接有评判器集群，所述Web集群的内部设置有Web应用服务器，所述Web应用服务器的输出端还连接有交互式数据库，所述评判器集群的内部还设置有评判器。
进一步地，所述评判器的内部设置有评判器业务层、服务支撑层以及系统框架层，所述评判器业务层的交互端口连接有服务支撑层，所述服务支撑层的信号端连接有系统框架层，所述服务支撑层的内部设置有编译运行模块，所述编译运行模块的信号端连接有配置管理模块，所述配置管理模块的信号端交互连接有子进程模块，所述子进程模块的控制端连接有任务管理模块。
进一步地，所述系统框架层包括环境变量管理模块和插件管理模块，所述环境变量管理模块的信号端连接有日志模块，所述环境变量管理模块的输出端与插件管理模块相连接，所述插件管理模块的输出端分别连接有事件管理模块和钩子模块。
进一步地，所述监测预警系统包括监测子系统、数据采集传输子系统、数据分析存储子系统以及预警子系统，所述监测子系统的输出端与数据采集传输子系统相连接，所述数据采集传输子系统的输出端与数据分析存储子系统的信号端相连接，所述数据分析存储子系统的控制端与预警子系统相连接。
进一步地，所述监测子系统包括隧道应变检测模块和位置传感器，所述位置传感器的信号端连接有载荷数据监测模块。
进一步地，所述数据采集传输子系统接收来自隧道应变检测模块和位置传感器的信号，所述数据采集传输子系统内部设置有太阳能电池板和GPRS模块，所述GPRS模块的信号端连接有数据采集仪，所述数据采集仪的信号端通过通信机与数据分析存储子系统相连接，所述GPRS模块、数据采集仪和通信机的电源端均连接有太阳能电池板。
进一步地，所述预警子系统的信号端交互连接有隧道本体监测模块和断裂带监测模块，所述隧道本体监测模块的信号端连接有隧道位移监测器，所述断裂带监测模块的信号端连接有隧道应力阈值模块。
进一步地，所述数据处理系统的内部设置有表现层、业务层和数据层，所述表现层的内部设置有BootStrap框架，所述表现层的交互端口与业务层相连接，所述业务层的信号端与数据层相连接，所述业务层包括数据处理器、数据输入输出模块和编辑模块，所述数据处理器的信号端连接有适配器，所述适配器的信号端连接有算法库，所述数据输入输出模块的信号端通过信号线连接有驱动模块，所述驱动模块的控制端连接有编辑模块。
进一步地，所述数据层内部设置有主控节点和活跃节点，所述主控节点的信号端分别连接有从属节点和传感器节点，所述活跃节点的信号端连接有备份节点。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的智能评判系统以GNSSCORS技术、GIS技术、计算机网络通讯技术、移动PDA技术、现代测量数据处理技术等为支撑，建立隧道地表移动自动化监测系统；研究自动化监测模式，及时监测由于施工爆破沉陷导致的地表移动变形，实现监测数据的自动采集、传输、分析，掌握隧道受爆破影响的性态；建立巨厚松散层下爆破沉陷预报模型，通过优化移动变形评价指标体系(含隧道及主要建构筑物)，研究隧道爆破沉陷预警系统，实时对隧道安全性态进行预警预报；
(2)本发明的数据处理系统主要利用MongoDB数据库存储数据，并使用HDFS分布式文件系统存储并行计算过程中的中间数据，具有矢量空间数据存储、访问、管理和并行处理等功能。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的自动化监测系统示意图；
图3为本发明的评判器示意图；
图4为本发明的监测预警系统示意图；
图5为本发明的数据处理系统示意图。
图中标号：
1-综合管理系统；2-Web均衡服务器；3-自动化监测系统；4-评判器集群；5-交互式数据库；
101-数据通讯系统；102-数据处理系统；103-监测预警系统；104-数据采集系统；105-基准站；106-监测子系统；107-隧道应变检测模块；108-位置传感器；109-载荷数据监测模块；110-数据采集传输子系统；111-太阳能电池板；112-通信机；113-GPRS模块；114-数据采集仪；115-数据分析存储子系统；116-预警子系统；117-断裂带监测模块；118-隧道应力阈值模块；119-隧道本体监测模块；120-隧道位移监测器；121-表现层；122-业务层；123-数据层；124-BootStrap框架；125-数据处理器；126-适配器；127-算法库；128-数据输入输出模块；129-编辑模块；130-驱动模块；131-主控节点；132-传感器节点；133-从属节点；134-备份节点；135-活跃节点；
301-监测信息综合数据库；302-基准站串口通讯模块；303-监测站网络通讯模块；304-数据处理分析模块；305-移动变形分析模块；306-沉陷数据解算模块；307-损害评价分析模块；308-监测模块；
401-评判器；402-Web集群；403-Web应用服务器；404-评判器业务层；405-服务支撑层；406-系统框架层；407-任务管理模块；408-子进程模块；409-编译运行模块；410-配置管理模块；411-环境变量管理模块；412-日志模块；413-插件管理模块；414-事件管理模块；415-钩子模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图5所示，本发明提供了一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，包括综合管理系统1、Web均衡服务器2和自动化监测系统3，所述综合管理系统1的信号端与Web均衡服务器2交互连接，所述综合管理系统1的控制端与自动化监测系统3相连接，所述综合管理系统1信号端连接有数据通讯系统101和数据处理系统102，所述数据通讯系统101的接收端连接有数据采集系统104，所述数据采集系统104的信号端连接有基准站105，所述数据通讯系统101的输出端连接有数据处理系统102，所述数据处理系统102的输出端连接有监测预警系统103，自动化监测系统3以及综合管理系统1采用基于网络通信技术、常规测量技术以及移动计算平台的施工爆破过程中的实时数据采集终端，以达到对隧道移动变形信息实时采集和监控的目标；
本实施例中综合管理系统1、Web均衡服务器2和自动化监测系统3以GNSSCORS技术、GIS技术、计算机网络通讯技术、移动PDA技术、现代测量数据处理技术等为支撑，建立隧道地表移动自动化监测系统；研究自动化监测模式，及时监测由于施工爆破沉陷导致的地表移动变形，实现监测数据的自动采集、传输、分析，掌握隧道受爆破影响的性态；建立巨厚松散层下爆破沉陷预报模型，通过优化移动变形评价指标体系(含隧道及主要建构筑物)，研究隧道爆破沉陷预警系统，实时对隧道安全性态进行预警预报。
所述自动化监测系统3包括监测信息综合数据库301和监测站网络通讯模块303，所述监测信息综合数据库301的信号端通过基准站串口通讯模块302连接有基准站105，所述基准站105的内部设置有监测模块308，所述监测信息综合数据库301的交互端口通过信号线连接有监测站网络通讯模块303，所述监测信息综合数据库301的输出端分别连接有数据处理分析模块304、移动变形分析模块305、沉陷数据解算模块306和损害评价分析模块307，所述监测信息综合数据库301包括以下十类：基本信息数据库、操作日志数据库、监测网基本信息数据库、外业观测数据库、监测网平差观测值数据库、监测网平差成果数据库、监测网移动变形值数据库、图形数据库、实时数据采集终端向数据处理中心发送的数据、连续运行监测站向数据处理中心发送的数据；
所述Web均衡服务器2的交互端口连接有Web集群402，所述Web集群402的交互端口连接有评判器集群4，所述Web集群402的内部设置有Web应用服务器403，所述Web应用服务器403的输出端还连接有交互式数据库5，所述评判器集群4的内部还设置有评判器401，所述Web均衡服务器2采用基于ActiveMQ消息中间件和LXC设计了安全的、可热伸缩的大规模程序评判系统，该系统使用Java语言开发实现，利用子程序管理接口调用编译器及编译生成的可执行程序，系统由Web网页前端、ActiveMQ消息中间件和评判器401三大部分组成，每个部分都能配置成集群。
所述评判器401的内部设置有评判器业务层404、服务支撑层405以及系统框架层406，所述评判器业务层404的交互端口连接有服务支撑层405，所述服务支撑层405的信号端连接有系统框架层406，所述评判器业务层404使用服务支撑层提供的服务，实现了评判器业务逻辑，如危险代码过滤、代码混合编译、评判任务选择以及评判结果整理等，所述服务支撑层405的内部设置有编译运行模块409，所述编译运行模块409的信号端连接有配置管理模块410，所述配置管理模块410的信号端交互连接有子进程模块408，所述子进程模块408的控制端连接有任务管理模块407，服务支撑层405实现了评判器核心服务，如任务获取和结果投递、编译器调度以及配置管理等，所述系统框架层406包括环境变量管理模块411和插件管理模块413，所述环境变量管理模块411的信号端连接有日志模块412，所述环境变量管理模块411的输出端与插件管理模块413相连接，所述插件管理模块413的输出端分别连接有事件管理模块414和钩子模块415，所述系统框架层406作为系统基础设施，为各个系统功能提供调度和管理。
所述事件管理模块414负责产生系统关键节点的事件通知，如接受任务、开始编译和编译结束等，事件管理模块414是钩子模块415和插件管理模块413的基础模块，该模块维护全局消息队列，以独立线程的方式依次调用所有监听指定消息的监听器，事件管理模块与评判器主线程是异步的，不会阻塞评判器的执行。
所述钩子模块415结合AOP机制及事件管理模块，为上层应用提供方法调用拦截和修改机制，通过钩子模块415，系统中注册的拦截器可对指定的方法调用进行修改或审计，使用钩子模块415实现了评判工作目录的准备和清理钩子，该钩子在不破坏评判器逻辑层次的前提下，为评判业务提供跨越不同层的服务，使用钩子系统实现那些无法严格归为某一层的模块或服务。
所述插件管理模块413为系统的扩展提供了便捷的途径，利用插件管理模块413，可实现诸如记费管理、性能统计和远程管理等非核心功能，生产环境中亦可使用插件模块为评判器提供更多编程语言的支持。
本实施例中设计的模块层次遵循上层调用下层的单向服务调用思想，为解决特定场景需要跨层通讯的要求，设计了贯穿业务层、服务支撑层和系统框架层的系统上下文模块，各层之间通过系统上下文模块共享全局数据。
所述监测预警系统103包括监测子系统106、数据采集传输子系统110、数据分析存储子系统115以及预警子系统116，所述监测预警系统103用于监测隧道爆破数据源，是隧道风险评价的基础信息保障，因此监测的内容应包含隧道应变、隧道位移、断层位移和振动参数等，所述监测子系统106的输出端与数据采集传输子系统110相连接，所述数据采集传输子系统110的输出端与数据分析存储子系统115的信号端相连接，所述数据分析存储子系统115的控制端与预警子系统116相连接，所述监测子系统106包括隧道应变检测模块107和位置传感器108，所述位置传感器108的信号端连接有载荷数据监测模块109。
所述隧道应变检测模块107选取爆破断裂带内管段和断裂带两盘部分管段进行隧道应变监测，以反映隧道监测截面上的应变状态，特别是隧道轴向应变的变化，通过监测可准确掌握管道在断裂带活动后的真实应变水平。
本实施例中，位置传感器108及数据线均做了有效防护，特别对地下传感器使用了多重防护手段，最大限度地防止监测设备在振动发生时发生损毁，保证监测设备的可靠性、有效性。
所述数据采集传输子系统110接收来自隧道应变检测模块107和位置传感器108的信号，所述数据采集传输子系统110内部设置有太阳能电池板111和GPRS模块113，所述GPRS模块113的信号端连接有数据采集仪114，所述数据采集仪114的信号端通过通信机112与数据分析存储子系统115相连接，所述GPRS模块113、数据采集仪114和通信机112的电源端均连接有太阳能电池板111，所述预警子系统116的信号端交互连接有隧道本体监测模块119和断裂带监测模块117，所述隧道本体监测模块119的信号端连接有隧道位移监测器120，所述断裂带监测模块117的信号端连接有隧道应力阈值模块118。
所述数据处理系统102的内部设置有表现层121、业务层122和数据层123，所述表现层121的内部设置有BootStrap框架124，所述表现层121的交互端口与业务层122相连接，所述业务层122的信号端与数据层123相连接，所述业务层122包括数据处理器125、数据输入输出模块128和编辑模块129，所述数据处理器125的信号端连接有适配器126，所述适配器126的信号端连接有算法库127，所述数据输入输出模块128的信号端通过信号线连接有驱动模块130，所述驱动模块130的控制端连接有编辑模块129，所述数据层123内部设置有主控节点131和活跃节点125，所述主控节点131的信号端分别连接有从属节点133和传感器节点132，所述活跃节点125的信号端连接有备份节点134，所述数据层123用于存储多用户上传的矢量空间数据，系统主要利用MongoDB数据库存储数据，并使用HDFS分布式文件系统存储并行计算过程中的中间数据，所述数据处理系统102具有矢量空间数据存储、访问、管理和并行处理等功能。
本实施例中业务层122构建在表现层121之上，用于对数据库进行访问，业务层122将MongoDB和OGR库相关的API进行封装，为用户提供常用的应用功能，隐藏了数据存储层内部的复杂处理逻辑，简化了用户对数据的读写和管理流程；业务层122主要包括包括数据处理器125、数据输入输出模块128和编辑模块129，所述数据输入输出模块128和编辑模块129借助OGR库和MongoDB的Java驱动程序与MongoDB数据库进行交互；数据处理器125将hadoop-mongo适配器126作为Hadoop与MongoDB之间的数据操作中间件，并结合自有算法库和第三方算法库Mahout2种方式支持海量空间数据分析与挖掘。
本实施例中表现层121是整个存储系统的功能体现，存储系统整体采用B/S架构，使用浏览器作为上传、下载、检索、更新、删除和数据处理等功能的客户端，表现层采用HTML5、CSS3、AJAX、BootStrap等技术构建，实现了用户页面与后台之间的交互。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，包括综合管理系统(1)、Web均衡服务器(2)和自动化监测系统(3)，其特征在于：所述综合管理系统(1)的信号端与Web均衡服务器(2)交互连接，所述综合管理系统(1)的控制端与自动化监测系统(3)相连接，所述综合管理系统(1)信号端连接有数据通讯系统(101)和数据处理系统(102)，所述数据处理系统(102) 使用具有矢量空间数据存储、访问、管理和并行处理的HDFS分布式文件系统存储并行计算过程中的中间数据，所述数据通讯系统(101)的接收端连接有数据采集系统(104)，所述数据采集系统(104)的信号端连接有基准站(105)，所述数据通讯系统(101)的输出端连接有数据处理系统(102)，所述数据处理系统(102)的输出端连接有监测预警系统(103)；
所述自动化监测系统(3)包括监测信息综合数据库(301)和监测站网络通讯模块(303)，监测信息综合数据库(301)采用MongoDB数据库存储数据，所述监测信息综合数据库(301)的信号端通过基准站串口通讯模块(302)连接有基准站(105)，所述基准站(105)的内部设置有监测模块(308)，所述监测信息综合数据库(301)的交互端口通过信号线连接有监测站网络通讯模块(303)，所述监测信息综合数据库(301)的输出端分别连接有数据处理分析模块(304)、移动变形分析模块(305)、沉陷数据解算模块(306)和损害评价分析模块(307)；
所述Web均衡服务器(2)的交互端口连接有Web集群(402)，所述Web集群(402)的交互端口连接有评判器集群(4)，所述Web集群(402)的内部设置有Web应用服务器(403)，所述Web应用服务器(403)的输出端还连接有交互式数据库(5)，所述评判器集群(4)的内部还设置有评判器(401)。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述评判器(401)的内部设置有评判器业务层(404)、服务支撑层(405)以及系统框架层(406)，所述评判器业务层(404)的交互端口连接有服务支撑层(405)，所述服务支撑层(405)的信号端连接有系统框架层(406)，所述服务支撑层(405)的内部设置有编译运行模块(409)，所述编译运行模块(409)的信号端连接有配置管理模块(410)，所述配置管理模块(410)的信号端交互连接有子进程模块(408)，所述子进程模块(408)的控制端连接有任务管理模块(407)。
3.根据权利要求2所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述系统框架层(406)包括环境变量管理模块(411)和插件管理模块(413)，所述环境变量管理模块(411)的信号端连接有日志模块(412)，所述环境变量管理模块(411)的输出端与插件管理模块(413)相连接，所述插件管理模块(413)的输出端分别连接有事件管理模块(414)和钩子模块(415)。
4.根据权利要求1所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述监测预警系统(103)包括监测子系统(106)、数据采集传输子系统(110)、数据分析存储子系统(115)以及预警子系统(116)，所述监测子系统(106)的输出端与数据采集传输子系统(110)相连接，所述数据采集传输子系统(110)的输出端与数据分析存储子系统(115)的信号端相连接，所述数据分析存储子系统(115)的控制端与预警子系统(116)相连接。
5.根据权利要求4所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述监测子系统(106)包括隧道应变检测模块(107)和位置传感器(108)，所述位置传感器(108)的信号端连接有载荷数据监测模块(109)。
6.根据权利要求4所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述数据采集传输子系统(110)接收来自隧道应变检测模块(107)和位置传感器(108)的信号，所述数据采集传输子系统(110)内部设置有太阳能电池板(111)和GPRS模块(113)，所述GPRS模块(113)的信号端连接有数据采集仪(114)，所述数据采集仪(114)的信号端通过通信机(112)与数据分析存储子系统(115)相连接，所述GPRS模块(113)、数据采集仪(114)和通信机(112)的电源端均连接有太阳能电池板(111)。
7.根据权利要求4所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述预警子系统(116)的信号端交互连接有隧道本体监测模块(119)和断裂带监测模块(117)，所述隧道本体监测模块(119)的信号端连接有隧道位移监测器(120)，所述断裂带监测模块(117)的信号端连接有隧道应力阈值模块(118)。
8.根据权利要求1所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述数据处理系统(102)的内部设置有表现层(121)、业务层(122)和数据层(123)，所述表现层(121)的内部设置有BootStrap框架(124)，所述表现层(121)的交互端口与业务层(122)相连接，所述业务层(122)的信号端与数据层(123)相连接，所述业务层(122)包括数据处理器(125)、数据输入输出模块(128)和编辑模块(129)，所述数据处理器(125)的信号端连接有适配器(126)，所述适配器(126)的信号端连接有算法库(127)，所述数据输入输出模块(128)的信号端通过信号线连接有驱动模块(130)，所述驱动模块(130)的控制端连接有编辑模块(129)。
9.根据权利要求8所述的一种隧道施工爆破环境效应智能评判系统，其特征在于：所述数据层(123)内部设置有主控节点(131)和活跃节点(135 )，所述主控节点(131)的信号端分别连接有从属节点(133)和传感器节点(132)，所述活跃节点(135 )的信号端连接有备份节点(134)。
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