CN112836956A - 用于隧道风险监测的点位选择方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于隧道监测技术领域，尤其涉及用于隧道风险监测的点位选择方法及系统，该系统包括地形采集单元、模拟单元、录入单元、分析单元和实时采集单元；地形采集单元用于采集隧道内外的地形数据，模拟单元用于根据地形数据进行BIM建模，得到隧道基础模型；录入单元用于录入隧道的勘测数据，勘测数据包括地勘数据、物探数据、钻探数据及测绘数据；模拟单元还用于将勘测数据与隧道基础模型进行结合，得到隧道仿真模型；分析单元用于对隧道仿真模型进行区域分析及点位分析，根据点位分析得到基础监测点位，根据区域分析得到特殊监测区域，并得到特殊监测点位。本申请能够选择出合适的隧道监测点位。

Description

用于隧道风险监测的点位选择方法及系统
技术领域
本发明属于隧道监测技术领域，尤其涉及用于隧道风险监测的点位选择方法及系统。
背景技术
隧道是通过挖通山体的一种交通道路，是人类利用山体内部空间的一种形式。合理开发隧道，可为人们的出行提供非常大的便利。但是，一旦发生安全事故且处理不当，会造成非常严重的后果。
主流的隧道监测技术主要是通过布置各种传感器、机械设施，获取隧道监测点处的位移，土压力等，通过相应参数改变推断隧道状态。由于隧道风险的后果非常严重，为了保证监测结果的有效性，监测点位的选取就显得非常重要。
目前，监测点位往往仅凭经验布置，导致出现诸多不合理的监测点布置，从而浪费人力物力，这类监测点位采集的数据，往往难以反映隧道真正存在安全隐患的区域的情况，对于隧道的风险监测难以起到应有的作用。
因此，需要一种用于隧道风险监测的点位选择方法及系统，能够选择出合适的隧道的监测点位。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于隧道风险监测的点位选择方法及系统，能够选择出合适的隧道监测点位。
为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：
用于隧道风险监测的点位选择系统，包括地形采集单元、模拟单元、录入单元、分析单元和实时采集单元；
地形采集单元用于采集隧道内外的地形数据，模拟单元用于根据地形数据进行BIM建模，得到隧道基础模型；录入单元用于录入隧道的勘测数据，勘测数据包括地勘数据、物探数据、钻探数据及测绘数据；模拟单元还用于将勘测数据与隧道基础模型进行结合，得到隧道仿真模型；
分析单元用于对隧道仿真模型进行区域分析及点位分析，根据点位分析得到基础监测点位，基础监测点位的采集覆盖区域总和能将隧道仿真模型进行全覆盖，根据区域分析得到特殊监测区域，并得到特殊监测点位；
实时采集单元用于采集基础监测点位及特殊监测点位的实时数据；分析单元还用于根据实时数据及隧道仿真模型，分析是否更新特殊监测点位，若是，还用于更新特殊监测点位。
基础方案原理及有益效果如下：
地形采集单元采集隧道内外的地形数据后，模拟单元根据地形数据进行BIM建模，得到隧道基础模型，这样，可对隧道的外形进行虚拟建模。工作人员通过录入单元录入隧道的勘测数据，如地勘数据、物探数据、钻探数据及测绘数据，模拟单元将勘测数据与隧道基础模型进行结合，得到隧道仿真模型。这样得到的隧道仿真模型，不仅外形上与隧道基本相同，内在结构也能和真实的隧道基本一致。
之后，分析单元对隧道仿真模型进行区域分析及点位分析，根据点位分析得到基础监测点位，基础监测点位的采集覆盖区域总和能将隧道仿真模型进行全覆盖，根据区域分析得到特殊监测区域，并得到特殊监测点位。工作人员可在基础监测点位上设置基础监测设备，如温度、湿度传感器等，通过基础监测点位可对隧道进行覆盖式的基础数据采集。同时，工作人员可在特殊监测点位设置特殊监测设备，如红外监测等设备，这样，可以对特殊区域(如隧道洞顶、隧道岔口路段等)进行专项监测。从而对隧道进行全方面的监测。
与凭借经验布置监测点位相比，本申请中监测点位的数据能够有效的反应隧道关键位置的情况，同时能够完整的对隧道进行监测。同时，这样的监测点分析方法可以有效的减少监测点位的数量，从而节约物料资源。
之后，实时采集单元用于采集基础监测点位及特殊监测点位的实时数据，分析单元根据实时数据及隧道仿真模型，分析是否更新特殊监测点位。由于隧道各位置的状态是动态变化而非静态的，随着这种变化的进行，之前的监测点可能已经无法保证监测质量。因此，若分析结果为更新，则分析单元更新监测点位。这样，工作人员可依据更新的特殊监测点位，对隧道的特殊监测点位进行调整。从而保证监测的持续有效性。
综上，本申请能够选择出合适的隧道监测点位。
进一步，还包括爬取单元，用于从预设的渠道爬取气象资料，分析单元分析是否更新特殊监测点位时，还结合气象资料进行分析。
气象的异常(如长时间干燥后的持续强降雨)，也会导致特殊监测点位发生变化，通过这样的设置，能够更加全面、彻底的对特殊监测点位的更新情况进行分析判断。
进一步，录入单元还用于对边坡的勘测数据进行更新。
在勘测数据更新后，可及时用于隧道的监测工作。
进一步，还包括传输单元，用于按照预设的频率将实时采集单元采集的数据传输给分析单元。
与持续传输相比，传输单元按照预设的频率进行数据传输，可有效的节约网络占用率，当多个隧道同时进行监测时，能够更好的完成任务。
进一步，传输单元上传数据的预设的频率为2—50min/次。
进一步，隧道有多条，每条隧道均有自己的采集单元和传输单元，每个传输单元有唯一编号；还包括存储单元，存储单元内存储有各编号传输单元对应的隧道的地理位置；模拟单元、分析单元及存储单元集成在服务器上。
能够同时对多条隧道进行监测。
进一步，采集单元包括设置在基础监测点位的震动传感器、摄像头和拾音器；
当某隧道的震动传感器监测数值超过预设值，对应的传输单元向服务器发送异常震动信号并与服务器进行实时通信；服务器接收到异常震动信号后，根据各隧道的地理位置信息，给该隧道预设距离内的隧道的传输单元发送紧急信号；传输单元还用于接收到紧急信号后，与服务器进行实时通信；
服务器接收到异常震动信号后，若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据异常，则服务器根据发送异常震动信号的传输单元及接收紧急信号的传输单元发送的数据，进行震情分析及灾害分析；
若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据正常，则服务器给接收到紧急信号的传输单元发送恢复信号，传输单元还用于接收到恢复信号后恢复预设的信息上传频率；同时，服务器还利用异常隧道的视频数据及音频数据进行震动分析；
若震动分析结果为车辆超载造成异常震动，则服务器记录该超载车辆信息，并发送给交通部门接收终端；
若震动分析结果为异常震动由车辆事故的撞击隧道产生，则服务器根据隧道的位置给交通部门的接收终端发送事故信号，并进行伤情分析，若分析结果为有人受伤或有人被困，则给最近医院的接收终端发送急救信号；
若图像分析结果为震动由施工造成，则服务器在施工期间，拒绝接收该传输单元发送的异常震动信号。
有益效果：
当某个隧道采集的震动信号超过预设值，说明产生了异常震动，可能是遇上了地震的情况，因此，该隧道的传输单元向服务器发送异常震动信号并与服务器进行实时通信，以保证发生地震时能实时采集第一手资料。
服务器接收到异常震动信号后，根据各隧道的地理位置信息，给该隧道预设距离内的隧道的传输单元发送紧急信号；相邻隧道的传输单元接收到紧急信号后，与服务器进行实时通信。由于信号传播速度比地震波的传播速度更快，当存在地震的可能性时，可提前与周边传输单元进行实时通信，通过这样的方式，当真的发生地震时，可以获得宝贵的现场资料，为后续的震情分析及营救工作提供强力支持。
服务器根据各传输单元的震动数据进行异常分析。若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据异常，则说明的确发生了地震，因此，服务器根据发送异常震动信号的传输单元及接收紧急信号的传输单元发送的数据，进行地震分析，如，根据各隧道的震动时间及各隧道之间的距离，进行震源及震级分析，并结合各隧道的摄像数据和音频数据，进行灾害分析；
正常情况下，为了节约网络资源，传输单元会保持预设频率的信息传输方式，但这样的方式在发生地震时，输送信息时很可能已经过去好几分钟了，难以获得第一手的现场资料；并且，地震发生时，传输单元及采集单元也可能遭受到损坏，导致服务器根本就收不到对应的现场数据，也就不能进行震情分析，难以知道对应隧道受到的具体灾害情况，不能提前进行针对性的救援准备。本申请则可以在发生地震时获得宝贵的现场资料，为后续的震情分析及营救工作提供强力支持。
若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据正常，则说明未发生地震，只是该隧道出现了异常情况，因此，服务器给接收到紧急信号的传输单元发送恢复信号，传输单元接收到恢复信号后恢复预设的信息上传频率，恢复网络的常规秩序。同时，服务器还利用异常隧道的视频数据及音频数据进行震动分析，以了解该隧道的异常出现的原因。
若震动分析结果为车辆超载造成异常震动，则说明有车辆出现了超载运货，因此，服务器记录该超载车辆信息，并发送给交通部门接收终端。便于交通部门对该超载车辆进行后续处理。
若震动分析结果为异常震动由车辆事故的撞击隧道产生，则说明出现了车辆撞上隧道壁的车祸，因此，服务器根据隧道的位置给交通部门的接收终端发送事故信号。同时，服务器进行伤情分析，若分析结果为有人受伤或有人被困，则服务器给最近医院的接收终端发送急救信号，手上活受困人员及时得到救治。
若震动分析结果为震动由施工造成，由于在施工过程中，该隧道的异常震动会持续存在，该传输单元的异常震动信号会持续发送，进而影响服务器及其他传输单元的正常运行，因此，服务器在施工期间，拒绝接收该传输单元发送的异常震动信号，以规避上述问题。
进一步，震情分析包括震源分析及震级分析。
进一步，急救信号包括车辆事故位置及现场的音视频。
便于医护人员了解具体情况。
本发明的另一目的在于，提供一种用于隧道风险监测的点位选择方法，使用上述用于隧道风险监测的点位选择系统。
附图说明
图1为本发明实施例一的逻辑框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例一
如图1所示，用于隧道风险监测的点位选择系统，地形采集单元、模拟单元、录入单元、爬取单元、分析单元、实时采集单元和传输单元。其中，爬取单元、模拟单元和分析单元集成在服务器，本实施例中，服务器为腾讯云服务器；实时采集单元和传输单元集成在采集端。录入单元集成在管理端，管理端为装载对应APP的智能手机。地形采集单元为3D激光扫描仪。
地形采集单元用于采集隧道内外的地形数据，模拟单元用于根据地形数据进行BIM建模，得到隧道基础模型；录入单元用于录入隧道的勘测数据，还用于对边坡的勘测数据进行更新，勘测数据包括地勘数据、物探数据、钻探数据及测绘数据。模拟单元还用于将勘测数据与隧道基础模型进行结合，得到隧道仿真模型。
分析单元用于对隧道仿真模型进行区域分析及点位分析，根据点位分析得到基础监测点位，基础监测点位的采集覆盖区域总和能将隧道仿真模型进行全覆盖，根据区域分析得到特殊监测区域，并得到特殊监测点位。
实时采集单元用于采集基础监测点位及特殊监测点位的实时数据，传输单元用于按照预设的频率将实时采集单元采集的数据传输给分析单元，传输单元上传数据的预设的频率为2—50min/次，本实施例中为每10min/次。爬取单元用于从预设的渠道爬取气象资料。分析单元还用于根据实时数据、气象资料及隧道仿真模型，分析是否更新特殊监测点位，若是，还用于更新特殊监测点位。
与凭借经验布置监测点位相比，本申请中监测点位的数据能够有效的反应隧道关键位置的情况，同时能够完整的对隧道进行监测。这样的监测点分析方法可以有效的减少监测点位的数量，从而节约物料资源。同时，本申请还可以根据实时数据判断是否更新特殊监测点位，并在需要更新时进行更新。
本发明还提供一种用于隧道风险监测的点位选择方法，使用上述用于隧道风险监测的点位选择系统。
实施例二
本实施例和实施例一的区别在于，本实施例中隧道有多条，每条隧道均有自己的采集单元和传输单元，每个传输单元有唯一编号；还包括存储单元，存储单元内存储有各编号传输单元对应的隧道的地理位置；存储单元集成在服务器上。
采集单元包括设置在基础监测点位的震动传感器、摄像头和拾音器；当某隧道的震动传感器监测数值超过预设值，对应的传输单元向服务器发送异常震动信号并与服务器进行实时通信；服务器接收到异常震动信号后，根据各隧道的地理位置信息，给该隧道预设距离内的隧道的传输单元发送紧急信号；传输单元还用于接收到紧急信号后，与服务器进行实时通信；
服务器接收到异常震动信号后，若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据异常，则服务器根据发送异常震动信号的传输单元及接收紧急信号的传输单元发送的数据，进行震情分析及灾害分析；震情分析包括震源分析及震级分析。
若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据正常，则服务器给接收到紧急信号的传输单元发送恢复信号，传输单元还用于接收到恢复信号后恢复预设的信息上传频率；同时，服务器还利用异常隧道的视频数据及音频数据进行震动分析；
若震动分析结果为车辆超载造成异常震动，则服务器记录该超载车辆信息，并发送给交通部门接收终端。
若震动分析结果为异常震动由车辆事故的撞击隧道产生，则服务器根据隧道的位置给交通部门的接收终端发送事故信号，并进行伤情分析，若分析结果为有人受伤或有人被困，则给最近医院的接收终端发送急救信号；急救信号包括车辆事故位置及现场的音视频。
若图像分析结果为震动由施工造成，则服务器在施工期间，拒绝接收该传输单元发送的异常震动信号。
本申请则可以在发生地震时获得宝贵的现场资料，为后续的震情分析及营救工作提供强力支持；便于交通部门对该超载车辆进行后续处理；还能对车辆事故进行协助处理。
以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：包括地形采集单元、模拟单元、录入单元、分析单元和实时采集单元；
地形采集单元用于采集隧道内外的地形数据，模拟单元用于根据地形数据进行BIM建模，得到隧道基础模型；录入单元用于录入隧道的勘测数据，勘测数据包括地勘数据、物探数据、钻探数据及测绘数据；模拟单元还用于将勘测数据与隧道基础模型进行结合，得到隧道仿真模型；
分析单元用于对隧道仿真模型进行区域分析及点位分析，根据点位分析得到基础监测点位，基础监测点位的采集覆盖区域总和能将隧道仿真模型进行全覆盖，根据区域分析得到特殊监测区域，并得到特殊监测点位；
实时采集单元用于采集基础监测点位及特殊监测点位的实时数据；分析单元还用于根据实时数据及隧道仿真模型，分析是否更新特殊监测点位，若是，还用于更新特殊监测点位。
2.根据权利要求1所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：还包括爬取单元，用于从预设的渠道爬取气象资料，分析单元分析是否更新特殊监测点位时，还结合气象资料进行分析。
3.根据权利要求1所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：录入单元还用于对边坡的勘测数据进行更新。
4.根据权利要求1所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：还包括传输单元，用于按照预设的频率将实时采集单元采集的数据传输给分析单元。
5.根据权利要求4所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：传输单元上传数据的预设的频率为2—50min/次。
6.根据权利要求4所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：隧道有多条，每条隧道均有自己的采集单元和传输单元，每个传输单元有唯一编号；还包括存储单元，存储单元内存储有各编号传输单元对应的隧道的地理位置；模拟单元、分析单元及存储单元集成在服务器上。
7.根据权利要求6所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：采集单元包括设置在基础监测点位的震动传感器、摄像头和拾音器；
当某隧道的震动传感器监测数值超过预设值，对应的传输单元向服务器发送异常震动信号并与服务器进行实时通信；服务器接收到异常震动信号后，根据各隧道的地理位置信息，给该隧道预设距离内的隧道的传输单元发送紧急信号；传输单元还用于接收到紧急信号后，与服务器进行实时通信；
服务器接收到异常震动信号后，若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据异常，则服务器根据发送异常震动信号的传输单元及接收紧急信号的传输单元发送的数据，进行震情分析及灾害分析；
若相邻隧道震动传感器预设时间内的反馈数据正常，则服务器给接收到紧急信号的传输单元发送恢复信号，传输单元还用于接收到恢复信号后恢复预设的信息上传频率；同时，服务器还利用异常隧道的视频数据及音频数据进行震动分析；
若震动分析结果为车辆超载造成异常震动，则服务器记录该超载车辆信息，并发送给交通部门接收终端；
若震动分析结果为异常震动由车辆事故的撞击隧道产生，则服务器根据隧道的位置给交通部门的接收终端发送事故信号，并进行伤情分析，若分析结果为有人受伤或有人被困，则给最近医院的接收终端发送急救信号；
若图像分析结果为震动由施工造成，则服务器在施工期间，拒绝接收该传输单元发送的异常震动信号。
8.根据权利要求7所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：震情分析包括震源分析及震级分析。
9.根据权利要求8所述的用于隧道风险监测的点位选择系统，其特征在于：急救信号包括车辆事故位置及现场的音视频。
10.用于隧道风险监测的点位选择方法，其特征在于：使用上述权利要求1-9任一项用于隧道风险监测的点位选择系统。
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