CN109443431A - 一种公路边坡智能监控及维护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化监测技术领域，尤其是一种公路边坡智能监控及维护系统，包括信息传感器模块、采集及传输模块、管理平台、数据服务器模块及终端，所述传感器模块用于对公路边坡监测点的监测；所述采集及传输模块用于对所述传感器模块数据的采集，并将所述传感器模块的数据传输到所述管理平台。所述管理平台包括BIM+GIS模型模块、预警值模块及监控维护模块。所述管理平台通过三维可视化的方式对所述采集及传输模块所监测的数据进行分析评估并提供维护方案。本发明的一种公路边坡智能监控及维护系统，能够与三维模型结合实时查看任意监控点的数据信息，并且能够为隐患部位提供维护方案。

Description

一种公路边坡智能监控及维护系统

技术领域

本发明涉及自动化监测技术领域，尤其是一种公路边坡智能监控及维护系统。

背景技术

公路边坡病害的发生有着复杂的地质环境背景与力学现象，形成的规律取决于地质、气象、工程质量以及人类活动等因素的综合影响，因此，对边坡病害的预测与预报需建立在大量的实时数据的基础上。这些数据包括边坡管理信息和实时监测信息两大类，主要有：边坡地理信息、地质构造信息、工程治理资料、预埋设的各类传感器的实时测量数据、实时雨量数据等等，如公路边坡位于河流的两岸时，还需对水位等数据进行监测。

因此，边坡安全性对于高速公路长期运营的安全至关重要，运营期的公路边坡安全性监测如果采取传统的人工监测方法，则需要投入大量的人力、物力和成本，只能得到局部的监测数据，不能提供整体全面的评估信息，而且无法大规模、高效实时提供有效的数据规模来支撑决策，从而不能保证公路边坡的安全性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种公路边坡智能监控及维护系统，能够与三维模型结合实时查看任意监控点的数据信息，并且能够为隐患部位提供维护方案。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种公路边坡智能监控及维护系统，包括信息传感器模块、采集及传输模块、管理平台、数据服务器模块及终端，

所述传感器模块用于对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测；

所述采集及传输模块用于对所述传感器模块数据的采集，并将所述传感器模块的数据传输到所述管理平台

所述管理平台包括BIM+GIS模型模块、预警值模块及监控维护模块，

所述BIM+GIS模型模块用于对公路三维模型的导入，并且公路边坡监测部位在公路三维模型对应的位置设有监测点；

所述预警值模块用于所述采集及传输模块数值与预警值的比较，当所述采集及传输模块数值超出预警值时，所述预警值模块作用于所述BIM+GIS模型模块，并使所述监测点高亮显示；

所述监控维护模块用于公路边坡的监控及根据所述采集及传输模块的数值通过机器学习算法为所述终端提供维护的方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具；

所述数据服务器模块用于对所述集及传输模块及所述管理平台数据的存取。

进一步地，还包括监督模块，所述监督模块包括视频采集子模块及识别比较子模块，所述视频采集子模块用于拍摄出发前的维护人员劳保用品佩戴信息及维护工具信息；所述识别比较子模块用于提取所述视频采集子模块的特征图像，并将所述视频采集子模块的特征图像与所述监控维护模块的信息作比较，当所述识别比较子模块与所述监控维护模块配对出现差异时，所述识别比较子模块发出警报并提示差异信息。

进一步地，所述管理平台还包括图表生成模块，所述图表生成模块用于将所述采集及传输模块数据的处理分析并生成图表，所述图表生成模块能够根据监测部位涉及传感器所监测的数据进行处理分析并生成至同一图表中，并对超出预警值的数值在图表中以鲜明的颜色表示。

进一步地，所述监控维护模块包括监控子模块及维护方案生成子模块，所述监控子模块用于对公路边坡监测部位的监控，所述监控子模块能够根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位进行分析评估，并分析生成评估方案；所述维护方案生成子模块用于所述评估方案的接收及分析，所述维护方案生成子模块能够根据所述评估方案及预警值模块分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案。

进一步地，所述监控子模块所生成的评估方案能够通过在所述BIM+GIS模型模块点击对应的所述监测点查看。

进一步地，所述维护方案能够根据监测部位及传感器的类型提供维护时所需要工具的信息。

进一步地，所述预警值模块能够根据不同类型传感器位于不同监测部位设定不同的预警值范围，并且能够根据月份的变化及水位的变化自动调整所述预警值。

进一步地，所述管理平台还包括基准值调整模块，所述基准值调整模块用于非异常监测部位的异常传感器基准值的修正。

进一步地，所述传感器模块中历年的监测数据能够通过表格的形式导入到所述数据服务器模块。

进一步地，监控及维护步骤包括，

S1.将公路三维模型的导入到所述BIM+GIS模型模块中，所述BIM+GIS模型模块设立与公路边坡监测部位对应的监测点；

S2.通过所述传感器模块通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、测斜仪及雨量传感器对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测，所述传感器模块1所采集的数据通过所述采集及传输模块传输到所述BIM+GIS模型模块并与监测点相对应；

S3.在所述预警值模块中，根据不同类型传感器位于不同监测部位设定对应月份的预警值范围；所述预警值模块将所述采集及传输模块数值与该月份的预警值进行比较，当所述采集及传输模块数值超出预警值时，所述预警值模块作用于BIM+GIS模型模块，并使监测点高亮显示；

S4.所述监控子模块根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位分析及预测监测部位的形变量、受力情况及沉降情况，并分析生成评估方案；所述维护方案生成子模块根据所述评估方案及所述预警值模块分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具；

S5.所述维护方案生成子模块中的信息通过短信形式实时将消息推送至维护人员，维护人员根据要求穿戴劳保用品和所需的维护工具，并通过所述视频采集子模块拍摄，所述识别比较子模块将所述视频采集子模块的特征图像与所述监控维护模块的信息作比较，当所述识别比较子模块与所述监控维护模块配对出现差异时，所述识别比较子模块提醒施工人员劳保用品穿戴不符合要求的信息和维护工具缺少或错误的信息，并提示重新拍摄。

本发明的有益效果是，

1.采集及传输模块能够将公路边坡上典型断面布设传感器数据进行采集并传输到管理平台；公路边坡三维模型通过在BIM+GIS模型模块中建立，并且在BIM+GIS模型模块中设立监测点，通过在所述监测点能够对实时读取该监测点对应的监测部位的数据及分析结果，实现了WBS与BIM模型相互映射。当采集及传输模块数值超出预警值时，BIM+GIS模型模块对应的监测点通过高亮显示从而能够提醒工作人员关注此监测部位。本发明通过与BIM结合，可使公路边坡和数据实现三维可视化，更加形象直观。同时对有安全隐患的部位及时进行维护加固，实现了公路边坡监测维护的智能化。而且按模块对构件进行分解，每个模块都有自己的标签，方便0#台账的统计。

2.图表生成模块能够将采集及传输模块所采集的所有数据以图表的形式表示，使得工作人员便于对监测部位进行深入的研究，通过比较一个监测部位中多个传感器所监测的数据，准确判断此监测部位是否具有安全隐患。对与超出预警值的传感器数据在图表中以鲜明的颜色表示，能够便于工作人员分析其原因。

3.监控子模块能够根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位进行分析评估，并分析生成评估方案，监控子模块从数据库务器模块中获取传感器的监测数据，通过分析监测部位上传感器的历史数据过程线变化趋势，分析及预测监测部位的形变量、受力情况及沉降情况等；维护方案生成子模块通过获取监控子模块的数据，并对位于超出预警值的传感器数据进行提取分析，生成对应监测部位的维护方案。使得工作人员能够及时对预警边坡进行有效的维护加固。

4.监督模块保证了维护人员在施工过程中的安全，而且能够避免因缺少工具而导致工程的进度的拖延。视频采集子模块对维护人员的穿戴及工具准备情况进行采集，识别比较子模块采用提取特征的方法与视频采集子模块的信息进行比较，实现有效地监督维护人员施工前的准备工作。识别比较子模块将维护人员的劳保用品穿戴情况及维护工具准备情况发送至管理平台，能够进一步地对维护人员进行监督，便于管理人员了解维护人员容易出现疏忽的地方。

附图说明

图1是发明一较佳实施方式的公路边坡只能监控及维护系统的结构框图。

图中，1-传感器模块，2-采集及传输模块，3-管理平台，31-BIM+GIS模型模块，32-预警值模块，33-监控维护模块，331-监控子模块，332-维护方案生成子模块，34-图表生成模块，35-基准值调整模块，4-数据服务器模块，5-终端。

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。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

一种公路边坡智能监控及维护系统，包括信息传感器模块1、采集及传输模块2、管理平台3、数据服务器模块4、终端5及监督模块6。

传感器模块1用于对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测。在本实施例中，传感器模块1包括温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、测斜仪及雨量传感器。传感器为选取在公路边坡上典型断面布设的传感器。

采集及传输模块2用于对传感器模块1数据的采集，并将传感器模块1的数据传输到管理平台3。

管理平台3包括BIM+GIS模型模块31、预警值模块32、监控维护模块33，图表生成模块34及基准值调整模块35

BIM+GIS模型模块31用于对公路三维模型的导入，并且公路边坡监测部位在公路三维模型对应的位置设有监测点。通过点击BIM+GIS模型模块31上的监测点，即可实时读取该监测点的信息，并且能够对监测点进行测量。本发明通过与BIM结合，可使监测场景和数据实现三维可视化，更加形象直观。

预警值模块32用于采集及传输模块2数值与预警值的比较，当采集及传输模块2数值超出预警值时，预警值模块32作用于BIM+GIS模型模块31，并使监测点高亮显示。

在本实施例中，预警值模块32能够根据不同类型传感器位于不同监测部位设定不同的预警值范围，并且能够根据月份的变化及水位的变化自动调整预警值。由于不同的月份具有公路边坡的温度及湿度均不同，在温度及湿度的影响下，传感器的监测数值会出现偏差，从而可能导致监测部位的监测值出现误报的情况，通过本发明的预警值模块32能够减少监测误差。在河流两岸的公路边坡所布设的传感器会受到河流水位的影响，水位的变化，公路边坡所受到不同的影响，如预警值固定不变，监测的准确性不能得到保证，因此不能保证公路边坡的安全性。

监控维护模块33用于公路边坡的监控及根据采集及传输模块2的数值通过机器学习算法为终端5提供维护的方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具；

监控维护模块33包括监控子模块331及维护方案生成子模块332，监控子模块331用于对公路边坡监测部位的监控，监控子模块331能够根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位进行分析评估，并分析生成评估方案。

在本实施例中，监控子模块331所生成的评估方案能够通过在BIM+GIS模型模块31点击对应的监测点查看。监控子模块从数据库务器模块中获取传感器的监测数据，通过分析监测部位上传感器的历史数据过程线变化趋势，分析及预测监测部位的形变量、受力情况及沉降情况等。监控维护模块33能够根据所需了解的监测部位快捷获取该监测部位的传感器数据及评估方案，提供了工作人员的工作效率。

维护方案生成子模块332用于评估方案的接收及分析，维护方案生成子模块332能够根据评估方案及预警值模块32分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案。

维护方案生成子模块332通过获取监控子模块的数据，并对位于超出预警值的传感器数据进行提取分析，生成对应监测部位的维护方案。使得工作人员能够及时对预警边坡进行有效的维护加固。在本实施例中，维护方案能够根据监测部位及传感器的类型提供维护时所需要工具的信息。维护方案生成子模块332中的信息通过短信形式实时将消息推送至维护人员。

监督模块6包括视频采集子模块61及识别比较子模块62，视频采集子模块61用于拍摄出发前的维护人员劳保用品佩戴信息及维护工具信息；识别比较子模块62用于提取视频采集子模块61的特征图像，并将视频采集子模块61的特征图像与监控维护模块33的信息作比较，当识别比较子模块62与监控维护模块33配对出现差异时，识别比较子模块62发出警报并提示差异信息。

监督模块6保证了维护人员在施工过程中的安全，而且能够避免因缺少工具而导致工程的进度的拖延。视频采集子模块61对维护人员的穿戴及工具准备情况进行采集，识别比较子模块62采用提取特征的方法与视频采集子模块61的信息进行比较，实现有效地监督维护人员施工前的准备工作。识别比较子模块62将维护人员的劳保用品穿戴情况及维护工具准备情况发送至管理平台3，能够进一步地对维护人员进行监督，便于管理人员了解维护人员容易出现疏忽的地方。

图表生成模块34，图表生成模块34用于将采集及传输模块2数据的处理分析并生成图表，图表生成模块34能够根据监测部位涉及传感器所监测的数据进行处理分析并生成至同一图表中，并对超出预警值的数值在图表中以鲜明的颜色表示。图表生成模块34能够将采集及传输模块所采集的所有数据以图表的形式表示，使得工作人员便于对监测部位进行深入的研究，通过比较一个监测部位中多个传感器所监测的数据，准确判断此监测部位是否具有安全隐患。对与超出预警值的传感器数据在图表中以鲜明的颜色表示，能够便于工作人员分析其原因。

基准值调整模块34，基准值调整模块34用于非异常监测部位的异常传感器基准值的修正。由于传感器使用时间较长，其灵敏性会有所减弱，而且某些传感器埋设在地面内，无法取出进行更换，因此对于正常的监测部位，其对应的传感器也会出现超出预警值的监测数据。通过在基准值调整模块34中调整传感器基准值，从而使灵敏性下降的传感器能够继续对公路边坡进行有效的监测。

在使用本系统时，工作人员只需在BIM+GIS模型模块31点击所需观察的监测点即可获取公路边坡的监测部位的传感器监测数据及监控子模块331的评估方案，超出预警值的监测点能够通过在BIM+GIS模型模块31中，以高亮形式显示，便于工作人员深入了解分析；维护方案生成子模块332能够通过监控子模块331的评估方案及预警值模块32生成维护方案，并过短信形式实时将消息推送至维护人员。实现对公路边坡长期性能在线健康监测，避免了过度维护或维修不足。

本发明的监控及维护步骤包括，

S1.将公路三维模型的导入到BIM+GIS模型模块31中，BIM+GIS模型模块31设立与公路边坡监测部位对应的监测点。

S2.通过传感器模块1通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、测斜仪及雨量传感器对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测，传感器模块1所采集的数据通过采集及传输模块2传输到BIM+GIS模型模块31并与监测点相对应。

S3.在预警值模块32中，根据不同类型传感器位于不同监测部位设定对应月份的预警值范围；预警值模块32将采集及传输模块2数值与该月份的预警值进行比较，当采集及传输模块2数值超出预警值时，预警值模块32作用于BIM+GIS模型模块31，并使监测点高亮显示。

S4.监控子模块331根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位分析及预测监测部位的形变量、受力情况及沉降情况，并分析生成评估方案；维护方案生成子模块332根据评估方案及预警值模块32分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具。

S5.维护方案生成子模块332中的信息通过短信形式实时将消息推送至维护人员，维护人员根据要求穿戴劳保用品和所需的维护工具，并通过视频采集子模块61拍摄，识别比较子模块62将视频采集子模块61的特征图像与监控维护模块33的信息作比较，当识别比较子模块62与监控维护模块33配对出现差异时，识别比较子模块62提醒施工人员劳保用品穿戴不符合要求的信息和维护工具缺少或错误的信息，并提示重新拍摄。

Claims (10)

1.一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于，包括信息传感器模块(1)、采集及传输模块(2)、管理平台(3)、数据服务器模块(4)及终端(5)，

所述传感器模块(1)用于对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测；

所述采集及传输模块(2)用于对所述传感器模块(1)数据的采集，并将所述传感器模块(1)的数据传输到所述管理平台(3)

所述管理平台(3)包括BIM+GIS模型模块(31)、预警值模块(32)及监控维护模块(33)，

所述BIM+GIS模型模块(31)用于对公路三维模型的导入，并且公路边坡监测部位在公路三维模型对应的位置设有监测点；

所述预警值模块(32)用于所述采集及传输模块(2)数值与预警值的比较，当所述采集及传输模块(2)数值超出预警值时，所述预警值模块(32)作用于所述BIM+GIS模型模块(31)，并使所述监测点高亮显示；

所述监控维护模块(33)用于公路边坡的监控及根据所述采集及传输模块(2)的数值通过机器学习算法为所述终端(5)提供维护的方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具；

所述数据服务器模块(4)用于对所述集及传输模块(2)及所述管理平台(3)数据的存取。

2.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：还包括监督模块(6)，所述监督模块(6)包括视频采集子模块(61)及识别比较子模块(62)，所述视频采集子模块(61)用于拍摄出发前的维护人员劳保用品佩戴信息及维护工具信息；所述识别比较子模块(62)用于提取所述视频采集子模块(61)的特征图像，并将所述视频采集子模块(61)的特征图像与所述监控维护模块(33)的信息作比较，当所述识别比较子模块(62)与所述监控维护模块(33)配对出现差异时，所述识别比较子模块(62)发出警报并提示差异信息。

3.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述管理平台(3)还包括图表生成模块(34)，所述图表生成模块(34)用于将所述采集及传输模块(2)数据的处理分析并生成图表，所述图表生成模块(34)能够根据监测部位涉及传感器所监测的数据进行处理分析并生成至同一图表中，并对超出预警值的数值在图表中以鲜明的颜色表示。

4.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述监控维护模块(33)包括监控子模块(331)及维护方案生成子模块(332)，所述监控子模块(331)用于对公路边坡监测部位的监控，所述监控子模块(331)能够根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位进行分析评估，并分析生成评估方案；所述维护方案生成子模块(332)用于所述评估方案的接收及分析，所述维护方案生成子模块(332)能够根据所述评估方案及预警值模块(32)分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案。

5.根据权利要3所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述监控子模块(331)所生成的评估方案能够通过在所述BIM+GIS模型模块(31)点击对应的所述监测点查看。

6.根据权利要3所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述维护方案能够根据监测部位及传感器的类型提供维护时所需要工具的信息。

7.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述预警值模块(32)能够根据不同类型传感器位于不同监测部位设定不同的预警值范围，并且能够根据月份的变化及水位的变化自动调整所述预警值。

8.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述管理平台(3)还包括基准值调整模块(35)，所述基准值调整模块(35)用于非异常监测部位的异常传感器基准值的修正。

9.根据权利要1所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：所述传感器模块(1)中历年的监测数据能够通过表格的形式导入到所述数据服务器模块(4)。

10.根据权利要1-9所述的一种公路边坡智能监控及维护系统，其特征在于：监控及维护步骤包括，

S1.将公路三维模型的导入到所述BIM+GIS模型模块(31)中，所述BIM+GIS模型模块(31)设立与公路边坡监测部位对应的监测点；

S2.通过所述传感器模块(1)通过温度传感器、湿度传感器、压力传感器、加速度传感器、陀螺仪传感器、地磁传感器、测斜仪及雨量传感器对公路边坡环境量、边坡变形、挡土墙受力、挡土墙变形、挡土墙土压力和孔隙水压力及水位的监测，所述传感器模块1所采集的数据通过所述采集及传输模块(2)传输到所述BIM+GIS模型模块(31)并与监测点相对应；

S3.在所述预警值模块(32)中，根据不同类型传感器位于不同监测部位设定对应月份的预警值范围；所述预警值模块(32)将所述采集及传输模块(2)数值与该月份的预警值进行比较，当所述采集及传输模块(2)数值超出预警值时，所述预警值模块(32)作用于BIM+GIS模型模块(31)，并使监测点高亮显示；

S4.所述监控子模块(331)根据监测部位所对应传感器的历史数据过程线变化趋势及当前测值数据对监测部位分析及预测监测部位的形变量、受力情况及沉降情况，并分析生成评估方案；所述维护方案生成子模块(332)根据所述评估方案及所述预警值模块(32)分析判断监测部位是否需要维护，并对需要维护的监测部位生成维护方案、维护过程的注意事项及维护所需的劳保用品及工具；

S5.所述维护方案生成子模块(332)中的信息通过短信形式实时将消息推送至维护人员，维护人员根据要求穿戴劳保用品和所需的维护工具，并通过所述视频采集子模块(61)拍摄，所述识别比较子模块(62)将所述视频采集子模块(61)的特征图像与所述监控维护模块(33)的信息作比较，当所述识别比较子模块(62)与所述监控维护模块(33)配对出现差异时，所述识别比较子模块(62)提醒施工人员劳保用品穿戴不符合要求的信息和维护工具缺少或错误的信息，并提示重新拍摄。