CN110397080A - 一种用于综合管廊的监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于综合管廊的监测预警系统,综合管廊内设置有智能感知原件和监测设备,测预警系统包括:数据和信息模块、数值计算模块、人工智能分析模块和监测预警模块,数据和信息模块用于收集并整理智能感知原件和监测设备所采集的数据;数值计算模块用于对数据进行实时反演分析;人工智能分析模块用于对智能感知原件和监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析;监测预警模块用于对综合管廊进行安全分析,建立管廊安全评价模型,并给出安全评价和健康诊断报告。根据本发明的用于综合管廊的监测预警系统,利用人工智能分析模块进行智能分析,并结合数值计算模块对数据进行实时反演分析,实现对综合管廊健康状态的实时诊断与预警。
Description
技术领域
本发明涉及管廊监控技术领域,特别涉及一种用于综合管廊的监测预警系统。
背景技术
目前,随着现代城市文明建设的不断创新和环境优美的进步要求,城市的运行设施和管线正在趋于向地下管网或集聚化方向发展。城市地下综合管廊是指在城市地下用于集中铺设电力、通信、广播电视、给水、排水、热力、燃气等市政管线的公共隧道,其在推进统筹各类市政管线规划、建设和解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题上具有突出的效果,是建设智慧城市重要的基础设施之一,是国家重点支持的一项民生工程。2017年1月22日,住房城乡建设部印发了《城市综合管廊国家建筑标准设计体系》和《海绵城市建设国家建筑标准设计体系》;2017年5月26日,住房城乡建设部和国家能源局印发了《推进电力管线纳入城市地下综合管廊的意见》;2017年6月20日,住房城乡建设部部长在推进城市地下综合管廊建设电视电话会议上,要求以高度的历史责任感抓好地下管廊的建设;2017年8月16日,住房城乡建设部发布了《关于提高城市排水防涝能力推进城市地下综合管廊建设的通知》。这些足以说明了建设城市地下智慧综合管廊是有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、促进城市集约高效和转型发展的非常重要的一部分。
目前,综合管廊的监测预警系统的结构安全监测多是基于变形量、应力的实测值与设定预警阈值的对比实现的,不能准确反映管廊的结构安全状态;另外,监测仪器受限于其量测精度,数值波动大,对隐藏在大量监测数据背后的规律的提炼和把控不足。
发明内容
本发明提供一种用于综合管廊的监测预警系统,用以实现对综合管廊健康状态的实时诊断与预警。
本发明提供一种用于综合管廊的监测预警系统,所述综合管廊内设置有若干智能感知原件和若干监测设备,并且所述综合管廊的监测预警系统包括:数据和信息模块、数值计算模块、人工智能分析模块和监测预警模块,其中,
所述数据和信息模块用于收集并整理所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据,以用于各类动态信息的查询、统计分析和可视化展示;
所述数值计算模块用于对所述数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析;
所述人工智能分析模块用于对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据的特性和规律进行分析;
所述监测预警模块用于根据所述数据和信息模块所收集并整理的数据、所述数值计算模块进行反演分析的结果和所述人工智能分析模块的分析结果,对所述综合管廊进行安全分析,建立管廊安全评价模型,并给出安全评价和健康诊断报告。
进一步地,所述数值计算模块基于有限元力学分析对所述数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析。
进一步地,所述数值计算模块包括前处理子模块、矩阵建立子模块、矩阵求解子模块、求解结果生成子模块和后处理子模块,其中,
所述前处理子模块用于对所述数据和信息模块收集并整理的数据建立有限元模型,设置所述有限元模型的属性以及边界条件,生成有限元模型文件并发送给所述矩阵建立模块;
所述矩阵建立子模块用于对所述有限元模型文件进行运算,生成待求解矩阵集并发送给所述矩阵求解模块;
所述矩阵求解子模块用于计算所述待求解矩阵集,获得求解结果数据集,并发送给所述求解结果生成模块;
所述求解结果生成子模块用于解析所述求解结果数据集,获得求解结果文件并发送所述后处理模块;
所述后处理子模块用于读入所述求解结果文件,获得数值模拟结果,根据所述数值模拟结果对所述综合管廊的异常状态进行识别,实现对所述综合管廊的全天候实时评价与预警。
进一步地,所述人工智能分析模块通过全卷积网络对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据进行分析。
进一步地,所述全卷积网络包括空洞卷积、转置卷积、可形变卷积、多尺度卷积中的一种或者多种的组合。
进一步地,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括系统管理模块,用于实现各个模块的信息集成以及各个模块间的信息交换与共享,并提供所述监测预警系统运行的管理与操作界面。
进一步地,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括监测预警客户端和监控信息终端。
进一步地,所述监测预警模块包括分级适时报警子模块,用于根据安全预警与预案判别分析结果,对可能出现的安全问题,建立相应的应急预案与措施。
进一步地,所述智能感知原件包括应力计、应变计或裂缝计。
进一步地,所述监测设备包括异物入侵检测设备、水位监测设备、内部空间环境参数监测设备、位移沉降监测设备、应力应变监测设备、管道泄漏监测设备、电路短路监测设备、管廊顶板变形监测设备和管廊火灾光感监测设备中的一种或者多种的组合。
本发明实施例提供的一种用于综合管廊的监测预警系统,具有以下有益效果:利用人工智能分析模块对智能感知原件和监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析,并结合数值计算模块对数据进行实时反演分析,实现对综合管廊健康状态的实时诊断与预警。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例中一种用于综合管廊的监测预警系统的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种用于综合管廊的监测预警系统,所述综合管廊内设置有若干智能感知原件和若干监测设备,并且如图1所示,所述综合管廊的监测预警系统包括:数据和信息模块101、数值计算模块102、人工智能分析模块103和监测预警模块104,其中,
所述数据和信息模块101用于收集并整理所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据,以用于各类动态信息的查询、统计分析和可视化展示;
所述数值计算模块102,用于对所述数据和信息模块101收集并整理的数据进行实时反演分析;
所述人工智能分析模块103,用于对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析;
所述监测预警模块104用于根据所述数据和信息模块101所收集并整理的数据、所述数值计算模块102进行反演分析的结果和所述人工智能分析模块103的分析结果,对所述综合管廊进行安全分析,建立管廊安全评价模型,并给出安全评价和健康诊断报告。
上述技术方案的工作原理为:数据和信息模块101收集并整理智能感知原件和监测设备所采集的数据;数值计算模块102对数据和信息模块101收集并整理的数据进行实时反演分析;人工智能分析模块103对智能感知原件和所述监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析;监测预警模块104根据数据和信息模块101、数值计算模块102和人工智能分析模块103对综合管廊进行安全分析,建立管廊安全评价模型,并给出安全评价和健康诊断报告。
上述技术方案的有益效果为:利用人工智能分析模块对智能感知原件和监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析,并结合数值计算模块对数据进行实时反演分析,实现对综合管廊健康状态的实时诊断与预警。
在一个实施例中,所述数值计算模块102基于有限元力学分析对所述数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析。
上述技术方案的工作原理为:有限元力学原理的基本思想是把计算域离散剖分为有限个互不重叠且相互连接的单元,在每个单元内选择基函数,用单元基函数的线性组合来逼近单元中的真解,整个计算域上总体的基函数可以看为由每个单元基函数组成的,则整个计算域内的解可以看作是由所有单元上的近似解构成。
上述技术方案的有益效果为:借助有限元力学原理对数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析,可以完整获取综合管廊内部的准确信息,实时诊断与预警。
在一个实施例中,所述数值计算模块102包括前处理子模块、矩阵建立子模块、矩阵求解子模块、求解结果生成子模块和后处理子模块,其中,
所述前处理子模块用于对所述数据和信息模块101收集并整理的数据建立有限元模型,设置所述有限元模型的属性以及边界条件,生成有限元模型文件并发送给所述矩阵建立模块;
所述矩阵建立子模块用于对所述有限元模型文件进行运算,生成待求解矩阵集并发送给所述矩阵求解模块;
所述矩阵求解子模块用于计算所述待求解矩阵集,获得求解结果数据集,并发送给所述求解结果生成模块;
所述求解结果生成子模块用于解析所述求解结果数据集,获得求解结果文件并发送所述后处理模块;
所述后处理子模块用于读入所述求解结果文件,获得数值模拟结果,根据所述数值模拟结果对所述综合管廊的异常状态进行识别,实现对所述综合管廊的全天候实时评价与预警。
上述技术方案的工作原理为:数值计算模块102借助有限元力学原理对数据和信息模块101收集并整理的数据进行实时反演分析,具体地通过前处理子模块、矩阵建立子模块、矩阵求解子模块、求解结果生成子模块和后处理子模块来实现。
上述技术方案的有益效果为:通过前处理子模块、矩阵建立子模块、矩阵求解子模块、求解结果生成子模块和后处理子模块,可以实现对数据的实时反演分析。
在一个实施例中,所述人工智能分析模块103通过全卷积网络对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据进行分析。进一步地,所述全卷积网络包括空洞卷积、转置卷积、可形变卷积、多尺度卷积中的一种或者多种的组合。
上述技术方案的工作原理为:所述人工智能分析模块103通过全卷积网络对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据进行分析的具体步骤包括:
将所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据预处理后,形成算法训练用数据集,再对算法训练用数据集进行样本采集,形成若干训练用数据子集;
通过全卷积网络使用训练用数据子集进行迭代训练调整参数,构建人工智能分析模块;
通过人工智能分析模块分析所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据。
其中,通过全卷积网络使用训练用数据子集进行迭代训练调整参数,构建人工智能分析模块,包括:对所述人工智能分析模块进行参数初始化,同时将训练用数据子集中的数据输入该初始化的模型中,并对该模型进行训练以及参数调整。
进一步地,所述全卷积网络采用编码-解码结构进行数据训练。所述全卷积网络采用端到端框架进行数据训练。
上述技术方案的有益效果为:借助全卷积网络分析数据,可以揭示隐藏在大量数据背后的复杂机理,实现对未来数据的预测。
在一个实施例中,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括系统管理模块105,用于实现各个模块的信息集成以及各个模块间的信息交换与共享,并提供所述监测预警系统运行的管理与操作界面。
上述技术方案的工作原理为:所述系统管理模块105包括现场数据采集单元(MCU),其为全分布式智能节点控制开放型的全网络结构,可按设定时间自动进行巡测、选测、存储数据,并向远方的系统管理模块105报送数据。此外,所述系统管理模块105还可以通过数据库与其他模块之间实现数据信息的交互。
上述技术方案的有益效果为:可以实现各个模块的信息集成以及各个模块间的信息交换与共享。
在一个实施例中,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括监测预警客户端106和监控信息终端107。
上述技术方案的工作原理为:所述监测预警客户端106是基于监测与预警物联网云服务平台,利用Ipad、手机等移动终端为用户提供实时站点数据服务,具备图片远程采集、传输、存储功能,满足可上报和发送告警信息的客户端。采用一种更自然、更亲切、更生动的方式将信息传递给用户,让用户人机交互,达到数据、信息和人的无限沟通。
所述监控信息终端107包括手机APP、微信、网页版平台等,以手机短信、自动拨叫电话、微信信息的形式及时报告报警信息,方便管理,提供方便多元的监控信息终端和及时报警的通讯方式。
上述技术方案的有益效果为:借助监测预警客户端为用户提供实时站点数据服务,借助监控信息终端提供及时报警的通讯方式。
在一个实施例中,所述监测预警模块104包括分级适时报警子模块,用于根据安全预警与预案判别分析结果,对可能出现的安全问题,建立相应的应急预案与措施。
上述技术方案的工作原理为:分级适时报警子模块可以通过不同颜色标识来对报警状态进行分级,同时通过声光等方式报警,提示运行人员进行处理。
在分级适时报警子模块中,可以显示管廊地图,并且可以通过列表显示实时报警信息、显示报警点和报警列表。点击报警点,可查看报警信息、应急预案和联动预案。
上述技术方案的有益效果为:分级适时报警子模块可以根据安全预警与预案判别分析结果,对可能出现的安全问题,建立相应的应急预案与措施。
在一个实施例中,所述智能感知原件包括应力计、应变计或裂缝计。
上述技术方案的工作原理为:按照客户需求定制,在装配式综合管廊的构件生产中即可埋入应力计、应变计或裂缝计等智能感知原件,借助这些智能感知原件,可以获取综合管廊中单个构件的健康指标,感知原件将这些健康数据实时传输给控制终端,实现对综合管廊的单个管廊构件的健康状态信息的获取,解决了监测原件无法嵌入综合管廊的结构内部进行结构安全监测的问题。
上述技术方案的有益效果为:借助应力计、应变计或裂缝计等智能感知原件,解决了按照传统方案埋设监测原件的过程中会造成综合管廊的结构破坏,以及针对小尺寸的综合管廊,人工安置监测仪器困难等问题。
在一个实施例中,所述监测设备包括异物入侵检测设备、水位监测设备、内部空间环境参数监测设备、位移沉降监测设备、应力应变监测设备、管道泄漏监测设备、电路短路监测设备、管廊顶板变形监测设备和管廊火灾光感监测设备中的一种或者多种的组合。
上述技术方案的工作原理为:各个所述监测设备内置先进的混合式智能测量模块,可内置振弦式、差阻式、标准信号、电位计、电阻应变片等几乎所有主流类型的传感器,借助对应的传感器实现对异物入侵、水位、内部空间环境参数等的监测。并且每个所述监测设备均内置有后备电源(UPS),在外部电源停电时,监测设备可持续工作。
所述内部空间环境参数监测设备可以对综合管廊内部的温度、湿度、气体浓度等进行监测。
上述技术方案的技术效果为:全面监测管廊相关数据,便于全面掌握综合管廊的动态,实现对整个综合管廊的实时多维度安全监测及预警,排查预报安全隐患,以便应急响应,并对综合管廊的结构进行加固和完善。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述综合管廊内设置有若干智能感知原件和若干监测设备,并且所述综合管廊的监测预警系统包括:数据和信息模块、数值计算模块、人工智能分析模块和监测预警模块,其中,
所述数据和信息模块用于收集并整理所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据,以用于各类动态信息的查询、统计分析和可视化展示;
所述数值计算模块用于对所述数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析;
所述人工智能分析模块用于对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据的特性和规律进行智能分析;
所述监测预警模块用于根据所述数据和信息模块所收集并整理的数据、所述数值计算模块进行反演分析的结果和所述人工智能分析模块的分析结果,对所述综合管廊进行安全分析,建立管廊安全评价模型,并给出安全评价和健康诊断报告。
2.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述数值计算模块基于有限元力学分析对所述数据和信息模块收集并整理的数据进行实时反演分析。
3.如权利要求2所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述数值计算模块包括前处理子模块、矩阵建立子模块、矩阵求解子模块、求解结果生成子模块和后处理子模块,其中,
所述前处理子模块用于对所述数据和信息模块收集并整理的数据建立有限元模型,设置所述有限元模型的属性以及边界条件,生成有限元模型文件并发送给所述矩阵建立模块;
所述矩阵建立子模块用于对所述有限元模型文件进行运算,生成待求解矩阵集并发送给所述矩阵求解模块;
所述矩阵求解子模块用于计算所述待求解矩阵集,获得求解结果数据集,并发送给所述求解结果生成模块;
所述求解结果生成子模块用于解析所述求解结果数据集,获得求解结果文件并发送所述后处理模块;
所述后处理子模块用于读入所述求解结果文件,获得数值模拟结果,根据所述数值模拟结果对所述综合管廊的异常状态进行识别,实现对所述综合管廊的全天候实时评价与预警。
4.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述人工智能分析模块通过全卷积网络对所述智能感知原件和所述监测设备所采集的数据进行分析。
5.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述全卷积网络包括空洞卷积、转置卷积、可形变卷积、多尺度卷积中的一种或者多种的组合。
6.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括系统管理模块,用于实现各个模块的信息集成以及各个模块间的信息交换与共享,并提供所述监测预警系统运行的管理与操作界面。
7.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述用于综合管廊的监测预警系统进一步包括监测预警客户端和监控信息终端。
8.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述监测预警模块包括分级适时报警子模块,用于根据安全预警与预案判别分析结果,对可能出现的安全问题,建立相应的应急预案与措施。
9.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述智能感知原件包括应力计、应变计或裂缝计。
10.如权利要求1所述的用于综合管廊的监测预警系统,其特征在于,所述监测设备包括异物入侵检测设备、水位监测设备、内部空间环境参数监测设备、位移沉降监测设备、应力应变监测设备、管道泄漏监测设备、电路短路监测设备、管廊顶板变形监测设备和管廊火灾光感监测设备中的一种或者多种的组合。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191101 |
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