CN111721209A - 一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统 - Google Patents

一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统 Download PDF

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CN111721209A CN202010563809.0A CN202010563809A CN111721209A CN 111721209 A CN111721209 A CN 111721209A CN 202010563809 A CN202010563809 A CN 202010563809A CN 111721209 A CN111721209 A CN 111721209A
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Abstract

本发明公开一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，包括监测点布设模块、衬砌变形监测模块、空气参数采集模块、空气质量分析模块、通风分析模块、噪声检测分析模块、照明亮度检测模块、隧道资源数据库、分析云服务器、报警模块、通风执行终端、显示终端和调光模块。本发明通过衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块对衬砌的总差异变形位移系数、空气质量系数、噪声污染系数进行量化，统计出隧道的综合安全系数，结合照明亮度检测模块对隧道各个分段的照明亮度进行检测，并通过调光模块进行相应调光，实现了对隧道的多方面安全监测，具有可靠性高和准确性高的特点，有效保障了司乘人员的生命财产安全。

Description

一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统
技术领域
本发明涉及隧道工程监测技术领域，涉及到一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统。
背景技术
随着我国城市化进程越来越快，城市建设的快速发展，带动着道路工程建设步伐的加快，尤其是山区高速公路的修建，公路隧道不断向着长、大的方向发展，促进了我国交通事业的快速发展，给我们的行车带来的方便。
与此同时，隧道工程与一般开放路段不同，它是一种特殊的空间结构，是交通运行的瓶颈路段，隧道工程的安全性来自多个方面，包括隧道结构的变形程度、隧道内的环境空气质量、噪声等级、照明通风等等，当驾驶员在隧道运行影响范围内行驶时，由于隧道信息诱导，照明通风、路面性能、交通环境、噪声等条件的局限，行车舒适度有所下降，运行风险有所增大，特别是长隧道，一旦发生交通事故，通常具有易引发二次事故，救援处理难、经济损失和社会影响大的特点。因此，对公路隧道工程的安全性进行监测是非常必要的，鉴于此，本发明设计一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，通过衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块对隧道衬砌的差异变形位移系数、空气质量系数、噪声污染系数进行量化，进而统计出隧道的综合安全系数，结合照明亮度检测模块、分析云服务器，对隧道各个分段的照明亮度进行检测，并与各分段标准照明亮度进行对比，通过调光模块进行相应调光，解决了背景技术中存在的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，包括监测点布设模块、衬砌变形监测模块、空气参数采集模块、空气质量分析模块、通风分析模块、噪声检测分析模块、照明亮度检测模块、隧道资源数据库、分析云服务器、报警模块、通风执行终端、显示终端和调光模块；
监测点布设模块，将整个隧道衬砌沿着一侧边墙以顺时针方向到拱圈再到另一侧边墙的距离等分为n段，每个等分点作为隧道衬砌变形的从监测点，衬砌底板的中点位置作为主监测点，记为A，其从监测点沿着衬砌的一侧边墙顺时针方向至另一侧边墙的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n-1；
衬砌变形位移监测模块，包括光纤式位移计，与监测点布设模块连接，其变形位移监测包括以下几个步骤：
S1：将从监测点与各主监测点进行连接，利用光纤式位移计分别测量从监测点到各主监测点的距离，记为监测位移，获得的各监测位移构成监测位移集合L(lA11,lA22,...,lAii,...,lAn-1n-1)，lAii表示为第i个主监测点与从监测点之间的监测位移；
S2：将各主监测点的监测位移与隧道资源数据库中各主监测点的原始监测位移进行对比，得到对比差值，记为位移变形量，获得的各主监测点位移变形量构成监测点位移变形量集合ΔL(ΔlA11,ΔlA22,...,ΔlAii,...,ΔlAn-1n-1)，ΔlAii表示为第i个主监测点的位移变形量；
S3：将各主监测点的位移变形量，与各主监测点的历史累积位移变形量进行对比，若该主监测点的位移变形量大于该主监测点的历史累积位移变形量，则该主监测点所在的隧道衬砌存在差异变形，计算各主监测点的差异位移变形系数，记为δ，
Figure BDA0002547085940000031
δi表示为第i个主监测点的差异位移变形系数，αi表示为第i个主监测点的变形比例系数，ΔlAi表示为第i个主监测点的位移变形量，Δl0i表示为第i个主监测点的历史累积位移变形量；
S4：根据各主监测点的差异位移变形系数，统计整个隧道衬砌的总差异位移变形系数，记为
Figure BDA0002547085940000032
Figure BDA0002547085940000033
衬砌变形监测模块将统计的总差异位移变形系数发送至分析云服务器；
空气参数采集模块，包括氧气浓度采集单元和汽车尾气浓度采集单元，用于实时对隧道内的空气参数进行采集，所述氧气浓度采集单元为氧浓度测定仪，用于实时检测隧道内的O2浓度，所述汽车尾气浓度采集单元包括CO气体浓度传感器、SO2气体浓度传感器和NO2气体浓度传感器，分别用于实时检测隧道内的CO、SO2和NO2浓度，空气参数采集模块将检测的空气参数中的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度发送至空气质量分析模块；
空气质量分析模块，与空气参数采集模块连接，用于接收空气参数采集模块发送的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值进行对比，得到一次空气参数对比差值，包括一次O2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000034
一次CO浓度对比差值，记为KCO，一次SO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000035
一次NO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000036
在固定时间间隔后，重新采集隧道内的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值再次进行对比，得到二次空气参数对比差值，包括二次O2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000037
二次CO浓度对比差值，记为K′CO，二次SO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000041
二次NO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000042
根据一次空气参数对比值和二次空气参数对比值，统计空气质量系数，并分别发送至分析云服务器、通风分析模块和显示终端；
通风分析模块，与空气质量分析模块连接，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，与预设的标准空气质量系数进行对比，若小于标准空气质量系数，则发送通风控制指令至通风执行终端；
噪声检测分析模块，包括若干噪声传感器，按照车辆距离隧道的不同距离将整个隧道长度划分为接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段，所述噪声传感器分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的噪声，构成各分段噪声集合S(s1,s2,...,sd,s5)，sd表示为在第d个隧道分段内的噪音量，d表示为分段数，d＝1,2,3,4,5,1,2,3,4,5对应的隧道分段分别为接近段、入口段、过渡段、中间段、出口段，提取隧道资源数据库存储的隧道各个分段对应的安全噪音量，将各分段噪声量与对应的各分段安全噪音量进行对比，得到各分段噪声对比集合ΔS(Δs1,Δs2,...,Δsd,Δs5)，将各分段噪声对比值进行叠加，得到总噪声对比值，提取隧道资源数据库中存储的各噪声污染等级对应的总噪声对比值，筛选该总噪声对比值对应的噪声污染等级，并发送至分析云服务器；
照明亮度检测模块，包括若干亮度计，其分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的照明亮度，并发送至分析云服务器；
隧道资源数据库，存储各主监测点的原始监测位移及历史累积位移变形量，存储各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度、NO2浓度安全标准值，存储标准空气质量系数，存储隧道各个分段对应的安全噪音量，存储各噪声污染等级对应的总噪声对比值及各噪声污染等级对应的噪声污染系数σ1,σ2,σ3，存储隧道综合安全系数阈值和隧道各个分段的标准照明亮度；
分析云服务器，分别与衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块和照明亮度检测模块连接，接收噪声检测分析模块发送的噪声污染等级，提取隧道资源数据库中各噪声污染等级对应的噪声污染系数，筛选该噪声污染等级对应的噪声污染系数；
分析云服务器接收衬砌变形监测模块发送的总差异位移变形系数，接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，根据接收的空气质量系数和总差异位移变形系数及噪声污染系数统计隧道综合安全系数，与预设的隧道综合安全系数进行对比，若大于预设的隧道综合安全系数，则发送报警指令至报警模块；
同时，分析云服务器接收照明亮度检测模块发送的隧道各个分段的照明亮度，并将接收的隧道各个分段的照明亮度与隧道资源数据库中存储的隧道各个分段的标准照明亮度进行对比，当隧道某分段内的照明亮度若小于或大于该分段标准照明亮度，则发送调光控制指令至调光模块，并接收调光模块反馈的调光后的隧道该分段的照明亮度，当反馈的该分段照明亮度等于该分段标准照明亮度，则分析云服务器发送停止调光控制指令至调光模块，同时将接收的隧道各分段的照明亮度发送至显示终端；
报警模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的报警指令，进行报警；
显示终端，与空气质量分析模块和分析云服务器连接，放置在隧道各个分段口处，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，接收分析云服务器发送的隧道综合安全系数和隧道各个分段照明亮度，并进行显示；
通风执行终端，与通风分析模块连接，用于接收通风分析模块发送的通风指令，进行通风；
调光模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的调光控制指令，进行调光，并实时检测调光后的隧道该分段的照明亮度，并将将检测的调光后的隧道该分段的照明亮度反馈至分析云服务器，同时接收分析云服务器发送的停止调光控制指令，停止调光。
优选地，所述原始监测位移为隧道正式投入使用时进行测量的监测位移。
进一步地，所述空气质量系数的计算公式为
Figure BDA0002547085940000061
Figure BDA0002547085940000062
表示为一次O2浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000063
表示为二次O2浓度对比差值，KCO表示为一次CO浓度对比差值，K′CO表示为二次CO浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000064
表示为一次SO2浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000065
表示为二次SO2浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000066
表示为一次NO2浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000067
表示为二次NO2浓度对比差值,
Figure BDA0002547085940000068
表示为O2浓度安全标准值，MCO表示为CO浓度安全标准值，
Figure BDA0002547085940000069
表示为SO2浓度安全标准值，
Figure BDA00025470859400000610
表示为NO2浓度安全标准值。
进一步地，所述不同噪声污染等级等级对应的噪声污染系数对应的大小顺序分别为σ1＜σ2＜σ3。
进一步地，所述隧道综合安全系数的计算公式为
Figure BDA00025470859400000611
Figure BDA00025470859400000612
表示为总差异位移变形系数，χ表示为空气质量系数，FV表示为第V个噪声污染等级对应的噪声污染系数，V＝1,2,3。
进一步地，所述调光模块主要由调光柜或调光器箱和调光控制台组成。
有益效果：
(1)本发明通过衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块对隧道衬砌的总差异变形位移系数、空气质量系数、噪声污染系数进行量化，进而统计出隧道的综合安全系数，便于司乘人员在进入隧道入口处就直观地了解当前隧道的安全行驶情况，结合照明亮度检测模块、分析云服务器，对隧道各个分段的照明亮度进行检测，并与各分段标准照明亮度进行对比，通过调光模块进行相应调光，实现了对隧道道路工程的系统多方面安全监测，具有可靠性高和准确性高的特点，提高了隧道道路工程安全管理水平，有效保障了司乘人员的生命财产安全。
(2)本发明在衬砌变形监测模块在整个隧道衬砌通过布设多个主监测点，采用光纤位移计测量各个主监测点到从监测点的监测位移，并与各主监测点的原始监测位移进行对比，得到位移变形量，将隧道衬砌变形参数量化为位移变形量，便于后续统计和计算，同时各主监测点到从监测点的位移变形量可分解为水平方向位移变形量和垂直方向位移变形量，充分展示了隧道衬砌在各个方向的变形程度，并且多个从监测点的布设，避免单个监测点造成的变形位移检测误差现象，提高了变形监测的准确度和全面性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的模块示意图。
图2为本发明衬砌变形监测点布设示意图。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2所示，一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，包括监测点布设模块、衬砌变形监测模块、空气参数采集模块、空气质量分析模块、通风分析模块、噪声检测分析模块、照明亮度检测模块、隧道资源数据库、分析云服务器、报警模块、通风执行终端、显示终端和调光模块。
监测点布设模块，将整个隧道衬砌沿着一侧边墙以顺时针方向到拱圈再到另一侧边墙的距离等分为n段，每个等分点作为隧道衬砌变形的主监测点，衬砌底板的中点位置作为从监测点，记为A，其主监测点沿着衬砌的一侧边墙顺时针方向至另一侧边墙的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n-1，多个主监测点的布设，避免单个监测点造成的变形位移检测误差现象，提高了变形监测的准确度。
衬砌变形监测模块，包括光纤式位移计，与监测点布设模块连接，本模块将隧道衬砌变形参数量化为位移变形量，便于后续数据的统计和计算，其变形位移监测包括以下几个步骤：
S1：将从监测点与各主监测点进行连接，利用光纤式位移计分别测量从监测点到各主监测点的距离，记为监测位移，所述光纤式位移计为利用光纤技术，测量并显示位移的仪表，获得的各监测位移构成监测位移集合L(lA11,lA22,...,lAii,...,lAn-1n-1)，lAii表示为第i个主监测点与从监测点之间的监测位移；
S2：将各主监测点的监测位移与隧道资源数据库中各主监测点的原始监测位移进行对比，其原始监测位移为隧道正式投入使用时进行测量的监测位移，得到对比差值，记为位移变形量，其位移变形量可分解为水平方向位移变形量和垂直方向位移变形量，充分展示了隧道衬砌在各个方向的变形程度，提高了变形监测的全面性，获得的各主监测点位移变形量构成监测点位移变形量集合ΔL(ΔlA11,ΔlA22,...,ΔlAii,...,ΔlAn-1n-1)，ΔlAii表示为第i个主监测点的位移变形量；
S3：将各主监测点的位移变形量，与各主监测点的历史累积位移变形量进行对比，若该主监测点的位移变形量大于该主监测点的历史累积位移变形量，则该主监测点所在的隧道衬砌存在差异变形，计算各主监测点的差异位移变形系数，记为δ，
Figure BDA0002547085940000091
δi表示为第i个主监测点的差异位移变形系数，αi表示为第i个主监测点的变形比例系数，ΔlAi表示为第i个主监测点的位移变形量，Δl0i表示为第i个主监测点的历史累积位移变形量；
S4：根据各主监测点的差异位移变形系数，统计整个隧道衬砌的总差异位移变形系数，记为
Figure BDA0002547085940000092
Figure BDA0002547085940000093
衬砌变形监测模块将统计的总差异位移变形系数发送至分析云服务器。
隧道资源数据库，存储各主监测点的原始监测位移及历史累积位移变形量，存储各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度、NO2浓度安全标准值，存储标准空气质量系数，存储隧道各个分段对应的安全噪音量，存储各噪声污染等级对应的总噪声对比值及各噪声污染等级对应的噪声污染系数σ1,σ2,σ3，不同噪声污染等级等级对应的噪声污染系数对应的大小顺序分别为σ1＜σ2＜σ3，存储隧道综合安全系数阈值和隧道各个分段的标准照明亮度。
空气参数采集模块，包括氧气浓度采集单元和汽车尾气浓度采集单元，用于实时对隧道内的空气参数进行采集，所述氧气浓度采集单元为氧浓度测定仪，用于实时检测隧道内的O2浓度，所述汽车尾气浓度采集单元包括CO气体浓度传感器、SO2气体浓度传感器和NO2气体浓度传感器，分别用于实时检测隧道内的CO、SO2和NO2浓度，空气参数采集模块将检测的空气参数中的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度发送至空气质量分析模块。
空气质量分析模块，与空气参数采集模块连接，用于接收空气参数采集模块发送的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值进行对比，得到一次空气参数对比差值，包括一次O2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000101
一次CO浓度对比差值，记为KCO，一次SO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000102
一次NO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000103
在固定时间间隔后，重新采集隧道内的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值再次进行对比，得到二次空气参数对比差值，包括二次O2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000104
二次CO浓度对比差值，记为K′CO，二次SO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000105
二次NO2浓度对比差值，记为
Figure BDA0002547085940000106
根据一次空气参数对比值和二次空气参数对比值，统计空气质量系数
Figure BDA0002547085940000107
Figure BDA0002547085940000108
表示为一次O2浓度对比差值，
Figure BDA0002547085940000109
表示为二次O2浓度对比差值，KCO表示为一次CO浓度对比差值，K′CO表示为二次CO浓度对比差值，
Figure BDA00025470859400001010
表示为一次SO2浓度对比差值，
Figure BDA00025470859400001011
表示为二次SO2浓度对比差值，
Figure BDA00025470859400001012
表示为一次NO2浓度对比差值，
Figure BDA00025470859400001013
表示为二次NO2浓度对比差值,
Figure BDA00025470859400001014
表示为O2浓度安全标准值，MCO表示为CO浓度安全标准值，
Figure BDA00025470859400001015
表示为SO2浓度安全标准值，
Figure BDA00025470859400001016
表示为NO2浓度安全标准值，空气质量系数越高，表明隧道内的空气质量越好，并分别发送至分析云服务器、通风分析模块和显示终端。
通风分析模块，与空气质量分析模块连接，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，与预设的标准空气质量系数进行对比，若小于标准空气质量系数，则发送通风控制指令至通风执行终端。
噪声检测分析模块，包括若干噪声传感器，按照车辆距离隧道的不同距离将整个隧道长度划分为接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段，对隧道内的噪声进行检测是由于公路隧道路面属于刚性材料，会反射隧道噪声产生混响，隧道越长，噪声越大，当噪声超过安全标准值时，对驾驶人的生理和心理均造成不良影响，增大驾驶工作负荷。所述噪声传感器分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的噪声，构成各分段噪声集合S(s1,s2,...,sd,s5)，sd表示为在第d个隧道分段内的噪音量，d表示为分段数，d＝1，2，3,4,5,1,2,3,4,5对应的隧道分段分别为接近段、入口段、过渡段、中间段，出口段，提取隧道资源数据库存储的隧道各个分段对应的安全噪音量，将各分段噪声量与对应的各分段安全噪音量进行对比，得到各分段噪声对比集合ΔS(Δs1,Δs2,...,Δsd,Δs5)，将各分段噪声对比值进行叠加，得到总噪声对比值，提取隧道资源数据库中存储的各噪声污染等级对应的总噪声对比值，筛选该总噪声对比值对应的噪声污染等级，并发送至分析云服务器。
照明亮度检测模块，包括若干亮度计，其分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的照明亮度，并发送至分析云服务器。
分析云服务器，分别与衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块和照明亮度检测模块连接，接收噪声检测分析模块发送的噪声污染等级，提取隧道资源数据库中各噪声污染等级对应的噪声污染系数，筛选该噪声污染等级对应的噪声污染系数；
分析云服务器接收衬砌变形监测模块发送的总差异位移变形系数，接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，根据接收的空气质量系数和总差异位移变形系数及噪声污染系数统计隧道综合安全系数
Figure BDA0002547085940000121
Figure BDA0002547085940000122
表示为总差异位移变形系数，χ表示为空气质量系数，FV表示为第V个噪声污染等级对应的噪声污染系数，V＝1,2,3，隧道综合安全系数越高，表面隧道的综合安全性能越好，将统计的隧道综合安全系数与预设的隧道综合安全系数进行对比，若大于预设的隧道综合安全系数，则发送报警指令至报警模块。
同时，分析云服务器接收照明亮度检测模块发送的隧道各个分段的照明亮度，并将接收的隧道各个分段的照明亮度与隧道资源数据库中存储的隧道各个分段的标准照明亮度进行对比，当隧道某分段的照明亮度若小于或大于该分段标准照明亮度，则发送调光控制指令至调光模块，所述调高模块主要由调光柜或调光器箱和调光控制台组成，分析云服务器接收调光模块反馈的调光后的隧道该分段的照明亮度，当反馈的该分段照明亮度等于该分段标准照明亮度，则分析云服务器发送停止调光控制指令至调光模块，同时将接收的隧道各分段的照明亮度发送至显示终端。
报警模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的报警指令，进行报警。
显示终端，与空气质量分析模块和分析云服务器连接，放置在隧道各个分段口处，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，接收分析云服务器发送的隧道综合安全系数和隧道各个分段照明亮度，并进行显示，便于司乘人员在进入隧道入口处就直观地了解当前隧道的安全行驶情况和空气质量情况。
通风执行终端，与通风分析模块连接，用于接收通风分析模块发送的通风指令，采用射流风机进行纵向通风，促进隧道内的空气流通，可以保证安全的行车视距和驾驶的舒适性，也可以在最大限度地抑制或减缓隧道内烟雾和有毒气体的扩散速度，延长受困人员的安全疏散时间，同时保障救援人员的安全。
调光模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的调光控制指令，进行调光，并实时检测调光后的隧道该分段的照明亮度，并将将检测的调光后的隧道该分段的照明亮度反馈至分析云服务器，同时接收分析云服务器发送的停止调光控制指令，停止调光。
本发明通过衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块对隧道衬砌的总差异变形位移系数、空气质量系数、噪声污染系数进行量化，进而统计出隧道的综合安全系数，便于司乘人员在进入隧道入口处就直观地了解当前隧道的安全行驶情况，结合照明亮度检测模块、分析云服务器，对隧道各个分段的照明亮度进行检测，并与各分段标准照明亮度进行对比，通过调光模块进行相应调光，实现了对隧道道路工程的系统多方面安全监测，具有可靠性高和准确性高的特点，提高了隧道道路工程安全管理水平，有效保障了司乘人员的生命财产安全。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：包括监测点布设模块、衬砌变形监测模块、空气参数采集模块、空气质量分析模块、通风分析模块、噪声检测分析模块、照明亮度检测模块、隧道资源数据库、分析云服务器、报警模块、通风执行终端、显示终端和调光模块；
所述监测点布设模块，将整个隧道衬砌沿着一侧边墙以顺时针方向到拱圈再到另一侧边墙的距离等分为n段，每个等分点作为隧道衬砌变形的主监测点，衬砌底板的中点位置作为从监测点，记为A，其主监测点沿着衬砌的一侧边墙顺时针方向至另一侧边墙的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n-1；
所述衬砌变形监测模块，包括光纤式位移计，与监测点布设模块连接，其变形位移监测包括以下几个步骤：
S1：将从监测点与各主监测点进行连接，利用光纤式位移计分别测量从监测点到各主监测点的距离，记为监测位移，获得的各监测位移构成监测位移集合L(lA11,lA22,...,lAii,...,lAn-1n-1)，lAii表示为第i个主监测点与从监测点之间的监测位移；
S2：将各主监测点的监测位移与隧道资源数据库中各主监测点的原始监测位移进行对比，得到对比差值，记为位移变形量，获得的各主监测点位移变形量构成监测点位移变形量集合ΔL(ΔlA11,ΔlA22,...,ΔlAii,...,ΔlAn-1n-1)，ΔlAii表示为第i个主监测点的位移变形量；
S3：将各主监测点的位移变形量，与各主监测点的历史累积位移变形量进行对比，若该主监测点的位移变形量大于该主监测点的历史累积位移变形量，则该主监测点所在的隧道衬砌存在差异变形，计算各主监测点的差异位移变形系数，记为δ，
Figure FDA0002547085930000021
δi表示为第i个主监测点的差异位移变形系数，αi表示为第i个主监测点的变形比例系数，ΔlAi表示为第i个主监测点的位移变形量，Δl0i表示为第i个主监测点的历史累积位移变形量；
S4：根据各主监测点的差异位移变形系数，统计整个隧道衬砌的总差异位移变形系数，记为
Figure FDA0002547085930000022
Figure FDA0002547085930000023
衬砌变形监测模块将统计的总差异位移变形系数发送至分析云服务器；
所述隧道资源数据库，存储各主监测点的原始监测位移及历史累积位移变形量，存储各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度、NO2浓度安全标准值，存储标准空气质量系数，存储隧道各个分段对应的安全噪音量，存储各噪声污染等级对应的总噪声对比值及各噪声污染等级对应的噪声污染系数σ1,σ2,σ3，存储隧道综合安全系数阈值和隧道各个分段的标准照明亮度；
所述空气参数采集模块，包括氧气浓度采集单元和汽车尾气浓度采集单元，用于实时对隧道内的空气参数进行采集，所述氧气浓度采集单元为氧浓度测定仪，用于实时检测隧道内的O2浓度，所述汽车尾气浓度采集单元包括CO气体浓度传感器、SO2气体浓度传感器和NO2气体浓度传感器，分别用于实时检测隧道内的CO、SO2和NO2浓度，空气参数采集模块将检测的空气参数中的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度发送至空气质量分析模块；
所述空气质量分析模块，与空气参数采集模块连接，用于接收空气参数采集模块发送的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值进行对比，得到一次空气参数对比差值，包括一次O2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000024
一次CO浓度对比差值，记为KCO，一次SO2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000031
一次NO2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000032
在固定时间间隔后，重新采集隧道内的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的的O2浓度、CO浓度、SO2浓度和NO2浓度安全标准值再次进行对比，得到二次空气参数对比差值，包括二次O2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000033
二次CO浓度对比差值，记为K′CO二次，SO2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000034
二次NO2浓度对比差值，记为
Figure FDA0002547085930000035
根据一次空气参数对比值和二次空气参数对比值，统计空气质量系数，并分别发送至分析云服务器、通风分析模块和显示终端；
所述通风分析模块，与空气质量分析模块连接，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，与预设的标准空气质量系数进行对比，若小于标准空气质量系数，则发送通风控制指令至通风执行终端；
所述噪声检测分析模块，包括若干噪声传感器，按照车辆距离隧道的不同距离将整个隧道长度划分为接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段，所述噪声传感器分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的噪声，构成各分段噪声集合S(s1,s2,...,sd,s5)，sd表示为在第d个隧道分段内的噪音量，d表示为分段数，d＝1，2，3,4,5,1,2,3,4,5对应的隧道分段分别为接近段、入口段、过渡段、中间段，出口段，提取隧道资源数据库存储的隧道各个分段对应的安全噪音量，将各分段噪声量与对应的各分段安全噪音量进行对比，得到各分段噪声对比集合ΔS(Δs1,Δs2,...,Δsd,Δs5)，将各分段噪声对比值进行叠加，得到总噪声对比值，提取隧道资源数据库中存储的各噪声污染等级对应的总噪声对比值，筛选该总噪声对比值对应的噪声污染等级，并发送至分析云服务器；
所述照明亮度检测模块，包括若干亮度计，其分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的照明亮度，并发送至分析云服务器；
所述分析云服务器，分别与衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块和照明亮度检测模块连接，接收噪声检测分析模块发送的噪声污染等级，提取隧道资源数据库中各噪声污染等级对应的噪声污染系数，筛选该噪声污染等级对应的噪声污染系数；
所述分析云服务器接收衬砌变形监测模块发送的总差异位移变形系数，接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，根据接收的空气质量系数和总差异位移变形系数及噪声污染系数统计隧道综合安全系数，与预设的隧道综合安全系数进行对比，若大于预设的隧道综合安全系数，则发送报警指令至报警模块；
同时，分析云服务器接收照明亮度检测模块发送的隧道各个分段的照明亮度，并将接收的隧道各个分段的照明亮度与隧道资源数据库中存储的隧道各个分段的标准照明亮度进行对比，当隧道某分段的照明亮度若小于或大于该分段标准照明亮度，则发送调光控制指令至调光模块，并接收调光模块反馈的调光后的隧道该分段的照明亮度，当反馈的该分段照明亮度等于该分段标准照明亮度，则分析云服务器发送停止调光控制指令至调光模块，同时将接收的隧道各分段的照明亮度发送至显示终端；
所述报警模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的报警指令，进行报警；
所述显示终端，与空气质量分析模块和分析云服务器连接，放置在隧道各个分段口处，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，接收分析云服务器发送的隧道综合安全系数和隧道各个分段照明亮度，并进行显示；
所述通风执行终端，与通风分析模块连接，用于接收通风分析模块发送的通风指令，进行通风；
所述调光模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的调光控制指令，进行调光，并实时检测调光后的隧道该分段的照明亮度，并将将检测的调光后的隧道该分段的照明亮度反馈至分析云服务器，同时接收分析云服务器发送的停止调光控制指令，停止调光。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：所述原始监测位移为隧道正式投入使用时进行测量的监测位移。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：所述空气质量系数的计算公式为
Figure FDA0002547085930000051
Figure FDA0002547085930000052
表示为一次O2浓度对比差值，
Figure FDA0002547085930000053
表示为二次O2浓度对比差值，KCO表示为一次CO浓度对比差值，K′CO表示为二次CO浓度对比差值，
Figure FDA0002547085930000054
表示为一次SO2浓度对比差值，
Figure FDA0002547085930000055
表示为二次SO2浓度对比差值，
Figure FDA0002547085930000056
表示为一次NO2浓度对比差值，
Figure FDA0002547085930000057
表示为二次NO2浓度对比差值,
Figure FDA0002547085930000058
表示为O2浓度安全标准值，MCO表示为CO浓度安全标准值，
Figure FDA0002547085930000059
表示为SO2浓度安全标准值，
Figure FDA00025470859300000510
表示为NO2浓度安全标准值。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：所述不同噪声污染等级等级对应的噪声污染系数对应的大小顺序分别为σ1＜σ2＜σ3。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：所述隧道综合安全系数的计算公式为
Figure FDA0002547085930000061
Figure FDA0002547085930000062
表示为总差异位移变形系数，χ表示为空气质量系数，FV表示为第V个噪声污染等级对应的噪声污染系数，V＝1,2,3。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：所述调光模块主要由调光柜或调光器箱和调光控制台组成。
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