CN111006721A - 一种针对地铁保护区的在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针对地铁保护区的在线监测方法，在地铁保护区内的地面上布设若干个电子界桩，利用电子界桩内的加速度传感器采集连续的加速度数据；在线监测平台对连续的加速度数据进行数据分析，实时判断电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工；若判断得到当前时间段内发生施工，则在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给电子界桩内的网络传输模块；电子界桩内的语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。本发明实现了对地铁保护区进行全面、实时、自动的监测，当监测发现地铁保护区内发生施工行为时，可立即制止该施工行为，并可以按照两点一线或三点一面的方式确定施工区域。

Description

一种针对地铁保护区的在线监测方法
技术领域
本发明涉及地铁保护区的监测技术领域，尤其是一种针对地铁保护区的在线监测方法。
背景技术
轨道交通日益发展成为城市主要交通工具，地铁扮演着不可替代的角色。然而地铁保护区内的不规范施工或非法施工屡有发生，这严重威胁着地铁轨道交通的运营安全，对城市的整体安全也产生较大的威胁。目前对地铁保护区的安全监管，主要依靠人工巡检排查和相关法律法规约束。人工巡检排查主要依靠作业人员对保护区进行巡查，当发现施工时可以当场进行制止或按照相关法律法规进行处罚。
但是，人工巡检排查受作业人员视野范围的限制，且人工巡检排查周期较长，很难保证对地铁保护区进行7*24小时的全面实时监管，人工巡检排查只能做定期巡检，时效性差，往往是发现了施工地点但已经错过了最佳制止时间，且还可能存在施工反复的现象。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种针对地铁保护区的在线监测方法，实现了对地铁保护区进行全面、实时、自动的监测，当监测发现地铁保护区内发生施工行为时，可立即制止该施工行为。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种针对地铁保护区的在线监测方法，包括以下步骤：
S1，在地铁保护区内的地面上布设电子界桩，所述电子界桩内设有加速度传感器，利用所述加速度传感器采集连续的加速度数据A(t)；其中，t表示时间，A(t)表示t时刻的加速度值；
S2，所述电子界桩内设有网络传输模块，所述网络传输模块按照一定频率将所采集的连续的加速度数据A(t)发送至在线监测平台；
S3，所述在线监测平台对所接收的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，实时判断当前时间段内是否发生施工；
若判断得到当前时间段内发生施工，则所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
S4，所述电子界桩内设有语音播报模块，所述语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。
步骤S3中，所述数据分析包括以下步骤：
S31，设定一个时间窗口，对时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行标准化处理，标准化处理后，得到该时间窗口内连续的振幅数据E(t)；其中，E(t)表示t时刻的振幅值；
所述标准化处理的具体方式如下所示：
Figure BDA0002326089370000021
其中，
Figure BDA0002326089370000022
表示该时间窗口内连续的加速度数据A(t)的平均值；
S32，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行一次分段，划分后得到若干个一次片段，且每个一次片段中均包括连续且互不重复的x个振幅数据E(t)；
分别对该时间窗口内每个一次片段中的x个振幅数据E(t)进行查找，查找出该时间窗口内各个一次片段的振幅最大值即振幅峰值，该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值即构成该时间窗口内的振幅峰值数组；
按照元素值从小到大的顺序，对该时间窗口内的振幅峰值数组中的元素进行排序，即将该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值按照从小到大的顺序进行排序，在序列中选取设定百分位点上的元素值即振幅峰值作为正常波动阈值T1；
S33，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行重新分段即进行二次分段，划分后得到若干个二次片段，且每个二次片段中均包括连续且互不重复的y个振幅数据E(t)；x≥y；
分别判断二次片段的y个振幅数据E(t)是否大于正常波动阈值T1，若振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1，则该振幅数据E(t)即为异常数据；统计出该二次片段中的振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1的个数，即统计出该二次片段中的异常数据的个数；若该二次片段中的异常数据的个数大于y/b，则判定该二次片段为可疑片段；b为设定的比例系数；
或者，对二次片段中的y个振幅数据E(t)进行查找，查找出该二次片段的振幅最大值，若该二次片段的振幅最大值大于a·T1，则判定该二次片段也为可疑片段；a为设定的倍数；
依次类推，分别对该时间窗口内的各个二次片段中的y个振幅数据E(t)进行判断，并分别判定该时间窗口内的各个二次片段是否为可疑片段；
S34，在该时间窗口内，若干个连续的二次片段均被判断为可疑片段，且此若干个连续的二次片段的总时长超过设定时长，则认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而判定该时间窗口内发生施工；
或者，在该时间窗口内，若可疑片段所占的时间总长度超过c·Δt，则也认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而也判定该时间窗口内发生施工；c为设定的比值，Δt为该时间窗口的时间长度；
按照步骤S31～步骤S34的方式，依次对当前时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，从而实时判断当前时间段内是否发生施工。
步骤S1中，所述电子界桩内设有倾斜传感器、GPS定位模块，利用所述倾斜传感器采集倾斜数据，利用所述GPS定位模块采集电子界桩的位置；
步骤S2中，所述网络传输模块将所采集的倾斜数据、电子界桩的位置发送至在线监测平台；
步骤S3中，所述在线监测平台根据所接收的电子界桩的倾斜数据进行计算，计算得到电子界桩的倾斜角度数；
若电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数，且所述在线监测平台根据所接收的连续的加速度数据A(t)判断得到当前时间段内发生施工，且电子界桩的位置没有发生变化，则进一步确定当前时间段内发生施工，所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
若电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数，且电子界桩的位置没有发生变化，且所述在线监测平台根据所接收的连续的加速度数据A(t)判断得到当前时间段内没有发生施工，则表示电子界桩为自然倾斜，自然倾斜的原因包括地表沉降、电子界桩周围填埋土体流失、电子界桩被撞，所述在线监测平台产生倾斜报警信息；
若电子界桩的位置发生变化，则表示电子界桩可能被偷盗，所述在线监测平台产生偷盗报警信息，并将偷盗报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
步骤S4中，所述电子界桩内设有语音播报模块，所述语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。
地铁保护区为距离隧道左右边线50米以内的范围，呈带状；步骤S1中，在地铁保护区内的地面上布设有若干个电子界桩，此若干个电子界桩均匀布设在隧道的左右两边，且此若干个电子界桩内的传感器测量范围能够对地铁保护区进行全覆盖。
步骤S1中，所述电子界桩内设有GPS定位模块，利用所述GPS定位模块采集电子界桩的位置；步骤S2中，所述网络传输模块将所采集的电子界桩的位置发送至在线监测平台；
步骤S3中，在线监测平台分别对此若干个电子界桩的加速度数据进行数据分析，分别判断此若干个电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工；
若在线监测平台判断得到互相邻近的两个或三个电子界桩的位置处在当前时间段内均发生施工，则在线监测平台可按照两点一线或三点一面的方式确定施工区域。
本发明的优点在于：
(1)本发明实现了对地铁保护区进行全面、实时、自动的监测，当监测发现地铁保护区内发生施工行为时，可立即制止该施工行为。
(2)由于电子界桩内的加速度传感器存在误差，加速度数据随着时间的推移会产生漂移的情况，从测试数据来看，加速度的均值与0存在较大偏差，因此，本发明对加速度数据进行标准化处理，有效的排除了误差对计算结果造成的影响。
(3)本发明还利用电子界桩内的倾斜传感器、GPS定位模块，并结合电子界桩的加速度数据，进一步确定电子界桩所在位置是否发生施工；其次，利用电子界桩内的倾斜传感器、GPS定位模块，还可对电子界桩进行更加全面的监测，监测电子界桩是否发生倾斜或被偷盗。
(4)本发明通过对地铁保护区内的地面上合理布设电子界桩，在当前时间段内均发生施工时，可按照两点一线或三点一面的方式确定施工区域。
附图说明
图1为本发明的一种针对地铁保护区的在线监测方法的流程图。
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。
电子界桩是埋设在土壤里面，下部用混凝土夯实。
电子界桩内设有：网络传输模块、供电模块、振动检测模块、倾斜检测模块、GPS定位模块、语音报警模块。其中，
振动检测模块包括加速度传感器，通过加速度传感器采集连续的加速度数据A(t)；
倾斜检测模块包括倾斜传感器，通过倾斜传感器采集倾斜数据；
GPS定位模块采集电子界桩的位置；
网络传输模块按照一定频率将所采集的连续的加速度数据A(t)、倾斜数据、电子界桩的位置发送至在线监测平台；网络传输模组还从在线监测平台接收报警信息；
语音报警模组对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。
由图1所示，一种针对地铁保护区的在线监测方法，包括以下步骤：
S1，地铁保护区为距离隧道左右边线50米以内的范围，呈带状。在地铁保护区内的地面上布设若干个电子界桩，此若干个电子界桩均匀布设在隧道的左右两边，同一边上相邻的电子界桩之间的安装间隔受到电子界桩内部传感器测量精度的限制，本实施例中，电子界桩内部所采用的传感器测量精度达到100米，使得单个电子界桩内部传感器测量范围是以该电子界桩为圆心向外扩展的半径为100米的圆形区域，将同一边上相邻的电子界桩之间的安装间隔设置为100米，即可保证此若干个电子界桩内的传感器测量范围能够对地铁保护区进行全覆盖。
各个电子界桩内的加速度传感器采集连续的加速度数据A(t)；其中，t表示时间，A(t)表示t时刻的加速度值；各个电子界桩内的倾斜传感器采集倾斜数据，各个电子界桩内的GPS定位模块采集该电子界桩的位置。
S2，各个电子界桩内的网络传输模块按照一定频率将所采集的连续的加速度数据A(t)、倾斜数据、该电子界桩的位置均发送至在线监测平台。
S3，所述在线监测平台对各个电子界桩所发送的连续的加速度数据A(t)分别进行数据分析，实时判断各个电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工。所述在线监测平台对各个电子界桩所发送的倾斜数据进行计算，计算得到各个电子界桩的倾斜角度数。所述在线监测平台对各个电子界桩所发送的该电子界桩的位置进行判断，实时判断各个电子界桩的位置是否发生变化。
若判断得到某电子界桩的位置处在当前时间段内发生施工，则所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给该电子界桩内的网络传输模块。
若某电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数，本实施例中，设定的角度数为15°，且所述在线监测平台根据该电子界桩所发送的连续的加速度数据A(t)判断得到该电子界桩的位置处在当前时间段内发生施工，且该电子界桩的位置没有发生变化，则进一步确定该电子界桩的位置处在当前时间段内发生施工，所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给该电子界桩内的网络传输模块。
若某电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数15°，且该电子界桩的位置没有发生变化，且所述在线监测平台根据该电子界桩所发送的连续的加速度数据A(t)判断得到该电子界桩的位置处在当前时间段内没有发生施工，则表示该电子界桩为自然倾斜，自然倾斜的原因包括地表沉降、电子界桩周围填埋土体流失、电子界桩被撞，所述在线监测平台产生倾斜报警信息。
若某电子界桩的位置发生变化，则表示该电子界桩可能被偷盗，所述在线监测平台产生偷盗报警信息，并将偷盗报警信息发送给该电子界桩内的网络传输模块。
S4，电子界桩内的语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行语音播报。
步骤S3中，所述在线监测平台对某电子界桩所发送的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，具体包括以下步骤：
S31，设定一个时间窗口，对时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行标准化处理，标准化处理后，得到该时间窗口内连续的振幅数据E(t)；其中，E(t)表示t时刻的振幅值。
所述标准化处理的具体方式如下所示：
Figure BDA0002326089370000071
其中，
Figure BDA0002326089370000072
表示该时间窗口内连续的加速度数据A(t)的平均值；本实施例中，该时间窗口的时间长度Δt取值为30秒。
S32，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行一次分段，划分后得到若干个一次片段，且每个一次片段中均包括连续且互不重复的x个振幅数据E(t)；本实施例中，x取值为50。
分别对该时间窗口内每个一次片段中的x个振幅数据E(t)进行查找，查找出该时间窗口内各个一次片段的振幅最大值即振幅峰值，该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值即构成该时间窗口内的振幅峰值数组。
按照元素值从小到大的顺序，对该时间窗口内的振幅峰值数组中的元素进行排序，即将该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值按照从小到大的顺序进行排序，在序列中选取设定百分位点上的元素值即振幅峰值作为正常波动阈值T1；本实施例中，设定百分位点为35％，即选取序列中在35％的百分位点上的元素值即振幅峰值作为正常波动阈值T1。
S33，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行重新分段即进行二次分段，划分后得到若干个二次片段，且每个二次片段中均包括连续且互不重复的y个振幅数据E(t)；x≥y；本实施例中，y取值为24。
分别判断二次片段的y个振幅数据E(t)是否大于正常波动阈值T1，若振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1，则该振幅数据E(t)即为异常数据；统计出该二次片段中的振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1的个数，即统计出该二次片段中的异常数据的个数；若该二次片段中的异常数据的个数大于y/b，则判定该二次片段为可疑片段；b为设定的比例系数；本实施例中，b取值为7。
或者，对二次片段中的y个振幅数据E(t)进行查找，查找出该二次片段的振幅最大值，若该二次片段的振幅最大值大于a·T1，则判定该二次片段也为可疑片段；a为设定的倍数；本实施例中，a取值为1.35。
依次类推，分别对该时间窗口内的各个二次片段中的y个振幅数据E(t)进行判断，并分别判定该时间窗口内的各个二次片段是否为可疑片段；
S34，在该时间窗口内，若干个连续的二次片段均被判断为可疑片段，且此若干个连续的二次片段的总时长超过设定时长，则认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而判定该时间窗口内发生施工；本实施例中，设定时长为10秒。
或者，在该时间窗口内，若可疑片段所占的时间总长度超过c·Δt，则也认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而也判定该时间窗口内发生施工；c为设定的比值，Δt为该时间窗口的时间长度；本实施例，c取值为0.1，Δt取值为30秒。
按照步骤S31～步骤S34的方式，依次对当前时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，从而实时判断该电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工。
步骤S3中，在线监测平台分别判断此若干个电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工；若在线监测平台判断得到互相邻近的两个或三个电子界桩的位置处在当前时间段内均发生施工，则在线监测平台可按照两点一线或三点一面的方式确定施工区域。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种针对地铁保护区的在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，在地铁保护区内的地面上布设电子界桩，所述电子界桩内设有加速度传感器，利用所述加速度传感器采集连续的加速度数据A(t)；其中，t表示时间，A(t)表示t时刻的加速度值；
S2，所述电子界桩内设有网络传输模块，所述网络传输模块按照一定频率将所采集的连续的加速度数据A(t)发送至在线监测平台；
S3，所述在线监测平台对所接收的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，实时判断当前时间段内是否发生施工；
若判断得到当前时间段内发生施工，则所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
S4，所述电子界桩内设有语音播报模块，所述语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。
2.根据权利要求1所述的一种针对地铁保护区的在线监测方法，其特征在于，步骤S3中，所述数据分析包括以下步骤：
S31，设定一个时间窗口，对时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行标准化处理，标准化处理后，得到该时间窗口内连续的振幅数据E(t)；其中，E(t)表示t时刻的振幅值；
所述标准化处理的具体方式如下所示：
Figure FDA0002326089360000011
其中，
Figure FDA0002326089360000012
表示该时间窗口内连续的加速度数据A(t)的平均值；
S32，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行一次分段，划分后得到若干个一次片段，且每个一次片段中均包括连续且互不重复的x个振幅数据E(t)；
分别对该时间窗口内每个一次片段中的x个振幅数据E(t)进行查找，查找出该时间窗口内各个一次片段的振幅最大值即振幅峰值，该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值即构成该时间窗口内的振幅峰值数组；
按照元素值从小到大的顺序，对该时间窗口内的振幅峰值数组中的元素进行排序，即将该时间窗口内各个一次片段的振幅峰值按照从小到大的顺序进行排序，在序列中选取设定百分位点上的元素值即振幅峰值作为正常波动阈值T1；
S33，对该时间窗口内连续的振幅数据E(t)进行重新分段即进行二次分段，划分后得到若干个二次片段，且每个二次片段中均包括连续且互不重复的y个振幅数据E(t)；x≥y；
分别判断二次片段的y个振幅数据E(t)是否大于正常波动阈值T1，若振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1，则该振幅数据E(t)即为异常数据；统计出该二次片段中的振幅数据E(t)大于正常波动阈值T1的个数，即统计出该二次片段中的异常数据的个数；若该二次片段中的异常数据的个数大于y/b，则判定该二次片段为可疑片段；b为设定的比例系数；
或者，对二次片段中的y个振幅数据E(t)进行查找，查找出该二次片段的振幅最大值，若该二次片段的振幅最大值大于a·T1，则判定该二次片段也为可疑片段；a为设定的倍数；
依次类推，分别对该时间窗口内的各个二次片段中的y个振幅数据E(t)进行判断，并分别判定该时间窗口内的各个二次片段是否为可疑片段；
S34，在该时间窗口内，若干个连续的二次片段均被判断为可疑片段，且此若干个连续的二次片段的总时长超过设定时长，则认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而判定该时间窗口内发生施工；
或者，在该时间窗口内，若可疑片段所占的时间总长度超过c·Δt，则也认为该时间窗口内连续的加速度数据A(t)是由施工产生，从而也判定该时间窗口内发生施工；c为设定的比值，Δt为该时间窗口的时间长度；
按照步骤S31～步骤S34的方式，依次对当前时间窗口内所接收的连续的加速度数据A(t)进行数据分析，从而实时判断当前时间段内是否发生施工。
3.根据权利要求1或2所述的一种针对地铁保护区的在线监测方法，其特征在于，
步骤S1中，所述电子界桩内设有倾斜传感器、GPS定位模块，利用所述倾斜传感器采集倾斜数据，利用所述GPS定位模块采集电子界桩的位置；
步骤S2中，所述网络传输模块将所采集的倾斜数据、电子界桩的位置发送至在线监测平台；
步骤S3中，所述在线监测平台根据所接收的电子界桩的倾斜数据进行计算，计算得到电子界桩的倾斜角度数；
若电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数，且所述在线监测平台根据所接收的连续的加速度数据A(t)判断得到当前时间段内发生施工，且电子界桩的位置没有发生变化，则进一步确定当前时间段内发生施工，所述在线监测平台产生施工报警信息，并将施工报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
若电子界桩的倾斜角度数超过设定的角度数，且电子界桩的位置没有发生变化，且所述在线监测平台根据所接收的连续的加速度数据A(t)判断得到当前时间段内没有发生施工，则表示电子界桩为自然倾斜，自然倾斜的原因包括地表沉降、电子界桩周围填埋土体流失、电子界桩被撞，所述在线监测平台产生倾斜报警信息；
若电子界桩的位置发生变化，则表示电子界桩可能被偷盗，所述在线监测平台产生偷盗报警信息，并将偷盗报警信息发送给所述电子界桩内的网络传输模块；
步骤S4中，所述电子界桩内设有语音播报模块，所述语音播报模块对网络传输模组所接收的报警信息进行播报。
4.根据权利要求1所述的一种针对地铁保护区的在线监测方法，其特征在于，地铁保护区为距离隧道左右边线50米以内的范围，呈带状；步骤S1中，在地铁保护区内的地面上布设有若干个电子界桩，此若干个电子界桩均匀布设在隧道的左右两边，且此若干个电子界桩内的传感器测量范围能够对地铁保护区进行全覆盖。
5.根据权利要求4所述的一种针对地铁保护区的在线监测方法，其特征在于，步骤S1中，所述电子界桩内设有GPS定位模块，利用所述GPS定位模块采集电子界桩的位置；步骤S2中，所述网络传输模块将所采集的电子界桩的位置发送至在线监测平台；
步骤S3中，在线监测平台分别对此若干个电子界桩的加速度数据进行数据分析，分别判断此若干个电子界桩的位置处在当前时间段内是否发生施工；
若在线监测平台判断得到互相邻近的两个或三个电子界桩的位置处在当前时间段内均发生施工，则在线监测平台可按照两点一线或三点一面的方式确定施工区域。
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