CN112837183A - 基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法和云监测平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法和云监测平台，所述方法包括：通过实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，同时根据检测得到的数据统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，进而统计隧道施工安全影响系数，并确定施工安全等级，从而发出不同级别的预警指令，以进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示，提高了对隧道施工安全的监测与分析效率，降低了人工成本，具有可靠性高、准确性高的特点，大大增加了隧道施工的安全性。
Description
技术领域
本发明属于隧道安全监测技术领域，具体涉及到基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法和云监测平台。
背景技术
随着我国城市交通规划建设的蓬勃发展，我国铁路和公路等建设项目中开展了大量隧道工程项目。隧道工程在复杂的地质岩土条件和城市环境条件下，施工过程中的塌方、突泥、涌水等自然灾害在不断的发生,可危及工程自身和周边环境安全,易带来严重的经济损失、不良的社会影响甚至人员伤亡，为了确保隧道工程安全、及时预报险情,建立监测系统对隧道工程监测、评估和预警,已成为现代隧道工程发展的迫切需求。
现有技术中主要根据监测数据及其制定的针对某一类监测项目的预警指标,缺乏对海量监测数据及其内在相互关系的挖掘分析，无法对隧道内衬砌和围岩情况的变化进行实时监测和预警,且传统监测由于需要组织大量人员设备进入隧道进行监测工作,其测量精度受人员操作影响，且不可避免的会影响甚至中断施工进程，存在针对监测数据及其预警指标的判定和指导实际工作的依据单一、随意性大,其监测数据测量精度低，科学性、合理性和及时性差的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法和云监测平台，通过实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，同时根据检测得到的数据统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，进而统计隧道施工安全影响系数，并确定施工安全等级，从而发出不同级别的预警指令，以进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示，解决了现有技术中存在的问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法，包括以下步骤：
S1:实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度；
S2:根据S1得到的数据，统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合；
S3：根据S2统计得出的数据，以统计隧道施工安全影响系数；
S4：根据隧道施工安全影响系数确定施工安全等级，以发出不同级别的预警指令；
S5：进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示；
上述基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法使用了一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测系统，包括隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、环境参数检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析服务器、管理服务器、预警模块和显示终端；
所述建模分析服务器分别与隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、数据库、显示终端和管理服务器连接，数据预处理模块分别与环境参数检测模块和数据库连接，管理服务器分别与预警模块和数据库连接；
所述隧道作业深度检测模块包括GPS定位仪，安装在隧道施工掘进处，用于实时检测隧道作业所处的深度，并将检测到的隧道作业所处的深度发送至建模分析服务器；
所述围岩强度检测模块包括数显岩石点荷载仪，安装在施工隧道内，用于检测隧道围岩的强度，并将检测到的隧道围岩的强度发送至建模分析服务器；
所述围岩湿度检测模块包括湿度传感器，安装在施工隧道内，用于实时检测隧道围岩的湿度，并将检测到的隧道围岩的湿度发送至建模分析服务器；
所述风速检测模块包括风速仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内的空气流速，并将检测到的施工隧道内的空气流速发送至建模分析服务器；
所述环境参数检测模块为气体检测仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内环境参数，并将检测到的施工隧道内的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度发送至数据预处理模块；
所述数据库存储施工隧道内的标准环境参数，存储隧道口的断面面积，存储不同隧道围岩等级E对应的隧道围岩质量系数范围以及不同隧道围岩等级对应的施工影响系数分别为
E＝1,2,3,4,5，存储不同施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围；
所述数据预处理模块用于接收环境参数检测模块发送的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，对接收的氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度按照检测时间段进行划分，根据设定的时间间隔值，将划分的多个检测时间段参数按照检测时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,h,构成每天的检测时间段参数集合Aw(aw1,aw2,...,awt,...,awh)，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8分别表示为施工隧道内环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，数据预处理模块将每天的检测时间段参数集合发送建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的检测时间段参数集合，并将每天各检测时间段对应的环境参数与数据库中存储的施工隧道内标准氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度进行对比，构成检测时间段参数对比集合ΔAw(Δaw1,Δaw2,...,Δawt,...,Δawh)，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，并对统计的各个检测时间段对应的环境参数对比值与上一检测时间段对应的环境参数对比值进行对比，构成检测时间段参数相对对比集合A′w(a′w1,a′w2,...,a′wt,...,a′wh)，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值；
建模分析服务器接收围岩强度检测模块发送的隧道围岩的强度，接收围岩湿度检测模块发送的隧道围岩的湿度，对接收的隧道围岩的湿度按照检测时间段进行划分，构成隧道围岩时间段湿度集合B(b1,b2,...,bt,...,bh)，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度，根据隧道围岩时间段湿度集合和隧道围岩的强度以统计各检测时间段的隧道围岩质量系数，提取数据库中存储的各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围，将统计的各检测时间段的隧道围岩质量系数与各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围进行对比，获得各检测时间段内的隧道围岩等级；
建模分析服务器接收隧道作业深度检测模块发送的隧道作业所处的深度，对接收的隧道作业所处的深度按照检测时间段进行划分，构成时间段隧道深度集合C(c1,c2,...,ct,...,ch)，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度，提取数据中存储的隧道口断面的面积，根据隧道口断面的面积和时间段隧道深度集合以统计各检测时间段的隧道作业空间体积，并接收风速检测模块发送的施工隧道内的空气流速，对接收的施工隧道内的空气流速按照检测时间段进行划分，构成时间段空气流速集合D(d1,d2,...,dt,...,dh)，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，根据各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，以统计隧道施工安全影响系数，并将隧道施工安全影响系数分别发送至管理服务器和显示终端；
所述管理服务器接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，提取数据库中存储的各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围，将统计的隧道施工安全影响系数与各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围进行对比，若隧道施工安全影响系数小于一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围的下限数值，则不发送预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送一级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在二级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送二级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在三级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送三级预警指令至预警模块；
所述预警模块接收管理服务器发送的预警指令，并进行不同程度的预警；
所述显示终端接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，并进行显示。
进一步地，所述不同隧道围岩等级对应的施工影响系数大小顺序为
进一步地，所述隧道围岩质量系数的计算公式为
e表示为自然数，等于2.718，k表示为隧道围岩的强度，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度。
进一步地，所述隧道作业空间体积的计算公式为ωt＝s*ct，s表示为隧道口断面的面积，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度。
进一步地，所述隧道施工安全影响系数的计算公式为
表示为第E个隧道围岩等级对应的施工影响系数，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，ωt表示为第t个检测时间段内的隧道作业空间体积。
一种云监测平台，所述云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行本发明所述的基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法。
有益效果：
(1)本发明通过实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，同时根据检测得到的数据统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，进而统计隧道施工安全影响系数，并确定施工安全等级，从而发出不同级别的预警指令，以进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示，提高了对隧道施工安全的监测与分析效率，降低了人工成本，具有可靠性高、准确性高的特点，大大增加了隧道施工的安全性。
(2)本发明通过若干检测设备实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，为后期统计隧道施工安全影响系数提高了可靠的前期数据准备和参考依据，具有真实性高以及测量精度高的特点。
(3)本发明在显示终端，通过显示隧道施工安全影响系数，直观展示了隧道施工的安全状况，实现了对隧道施工安全的量化展示，方便管理人员实时了解隧道施工的整体安全状况，采取不同措施去维护隧道施工的安全，为隧道安全施工提供扎实的基础。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的方法步骤图。
图2为本发明的系统流程图。
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。
参照图1所示，基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法，包括以下步骤：
S1:实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度；
S2:根据S1得到的数据，统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合；
S3：根据S2统计得出的数据，以统计隧道施工安全影响系数；
S4：根据隧道施工安全影响系数确定施工安全等级，以发出不同级别的预警指令；
S5：进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示；
参照图2所示，上述基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法使用了一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测系统，包括隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、环境参数检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析服务器、管理服务器、预警模块和显示终端；
所述建模分析服务器分别与隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、数据库、显示终端和管理服务器连接，数据预处理模块分别与环境参数检测模块和数据库连接，管理服务器分别与预警模块和数据库连接；
所述隧道作业深度检测模块包括GPS定位仪，安装在隧道施工掘进处，用于实时检测隧道作业所处的深度，并将检测到的隧道作业所处的深度发送至建模分析服务器；
所述围岩强度检测模块包括数显岩石点荷载仪，安装在施工隧道内，用于检测隧道围岩的强度，并将检测到的隧道围岩的强度发送至建模分析服务器；
所述围岩湿度检测模块包括湿度传感器，安装在施工隧道内，用于实时检测隧道围岩的湿度，并将检测到的隧道围岩的湿度发送至建模分析服务器；
所述风速检测模块包括风速仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内的空气流速，并将检测到的施工隧道内的空气流速发送至建模分析服务器；
所述环境参数检测模块为气体检测仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内环境参数，并将检测到的施工隧道内的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度发送至数据预处理模块；
本实施例通过若干检测设备实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，为后期统计隧道施工安全影响系数提高了可靠的前期数据准备和参考依据，具有真实性高以及测量精度高的特点。
所述数据库存储施工隧道内的标准环境参数，存储隧道口的断面面积，存储不同隧道围岩等级E对应的隧道围岩质量系数范围以及不同隧道围岩等级对应的施工影响系数分别为
所述不同隧道围岩等级对应的施工影响系数大小顺序为
E＝1,2,3,4,5，存储不同施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围；
所述数据预处理模块用于接收环境参数检测模块发送的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，对接收的氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度按照检测时间段进行划分，根据设定的时间间隔值，将划分的多个检测时间段参数按照检测时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,h,构成每天的检测时间段参数集合Aw(aw1,aw2,...,awt,...,awh)，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8分别表示为施工隧道内环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，数据预处理模块将每天的检测时间段参数集合发送建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的检测时间段参数集合，并将每天各检测时间段对应的环境参数与数据库中存储的施工隧道内标准氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度进行对比，构成检测时间段参数对比集合ΔAw(Δaw1,Δaw2,...,Δawt,...,Δawh)，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，并对统计的各个检测时间段对应的环境参数对比值与上一检测时间段对应的环境参数对比值进行对比，构成检测时间段参数相对对比集合A′w(a′w1,a′w2,...,a′wt,...,a′wh)，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值；
建模分析服务器接收围岩强度检测模块发送的隧道围岩的强度，接收围岩湿度检测模块发送的隧道围岩的湿度，对接收的隧道围岩的湿度按照检测时间段进行划分，构成隧道围岩时间段湿度集合B(b1,b2,...,bt,...,bh)，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度，根据隧道围岩时间段湿度集合和隧道围岩的强度以统计各检测时间段的隧道围岩质量系数，所述隧道围岩质量系数的计算公式为
e表示为自然数，等于2.718，k表示为隧道围岩的强度，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度，提取数据库中存储的各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围，将统计的各检测时间段的隧道围岩质量系数与各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围进行对比，获得各检测时间段内的隧道围岩等级；
建模分析服务器接收隧道作业深度检测模块发送的隧道作业所处的深度，对接收的隧道作业所处的深度按照检测时间段进行划分，构成时间段隧道深度集合C(c1,c2,...,ct,...,ch)，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度，提取数据中存储的隧道口断面的面积，根据隧道口断面的面积和时间段隧道深度集合以统计各检测时间段的隧道作业空间体积，所述隧道作业空间体积的计算公式为ωt＝s*ct，s表示为隧道口断面的面积，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度，并接收风速检测模块发送的施工隧道内的空气流速，对接收的施工隧道内的空气流速按照检测时间段进行划分，构成时间段空气流速集合D(d1,d2,...,dt,...,dh)，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，根据各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，以统计隧道施工安全影响系数，所述隧道施工安全影响系数的计算公式为
表示为第E个隧道围岩等级对应的施工影响系数，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，ωt表示为第t个检测时间段内的隧道作业空间体积，并将隧道施工安全影响系数分别发送至管理服务器和显示终端；
所述管理服务器接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，提取数据库中存储的各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围，将统计的隧道施工安全影响系数与各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围进行对比，若隧道施工安全影响系数小于一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围的下限数值，则不发送预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送一级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在二级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送二级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在三级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送三级预警指令至预警模块；
所述预警模块接收管理服务器发送的预警指令，并进行不同程度的预警；
所述显示终端接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，并进行显示，通过显示隧道施工安全影响系数，直观展示了隧道施工的安全状况，实现了对隧道施工安全的量化展示，方便管理人员实时了解隧道施工的整体安全状况，采取不同措施去维护隧道施工的安全，为隧道安全施工提供扎实的基础。
一种云监测平台，所述云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行本发明所述的基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法。
本发明通过实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度，同时根据检测得到的数据统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，进而统计隧道施工安全影响系数，并确定施工安全等级，从而发出不同级别的预警指令，以进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示，提高了对隧道施工安全的监测与分析效率，降低了人工成本，具有可靠性高、准确性高的特点，大大增加了隧道施工的安全性。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，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，只要不偏离发明的结构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.基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1:实时检测施工隧道内的环境参数、围岩强度、围岩湿度、空气流速和隧道作业所处的深度；
S2:根据S1得到的数据，统计各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合；
S3：根据S2统计得出的数据，以统计隧道施工安全影响系数；
S4：根据隧道施工安全影响系数确定施工安全等级，以发出不同级别的预警指令；
S5：进行不同级别的预警，并对隧道施工安全影响系数进行显示；
上述基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法使用了一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测系统，包括隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、环境参数检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析服务器、管理服务器、预警模块和显示终端；
所述建模分析服务器分别与隧道作业深度检测模块、围岩强度检测模块、围岩湿度检测模块、风速检测模块、数据库、显示终端和管理服务器连接，数据预处理模块分别与环境参数检测模块和数据库连接，管理服务器分别与预警模块和数据库连接；
所述隧道作业深度检测模块包括GPS定位仪，安装在隧道施工掘进处，用于实时检测隧道作业所处的深度，并将检测到的隧道作业所处的深度发送至建模分析服务器；
所述围岩强度检测模块包括数显岩石点荷载仪，安装在施工隧道内，用于检测隧道围岩的强度，并将检测到的隧道围岩的强度发送至建模分析服务器；
所述围岩湿度检测模块包括湿度传感器，安装在施工隧道内，用于实时检测隧道围岩的湿度，并将检测到的隧道围岩的湿度发送至建模分析服务器；
所述风速检测模块包括风速仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内的空气流速，并将检测到的施工隧道内的空气流速发送至建模分析服务器；
所述环境参数检测模块为气体检测仪，安装在施工隧道内，用于实时检测施工隧道内环境参数，并将检测到的施工隧道内的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度发送至数据预处理模块；
所述数据库存储施工隧道内的标准环境参数，存储隧道口的断面面积，存储不同隧道围岩等级E对应的隧道围岩质量系数范围以及不同隧道围岩等级对应的施工影响系数分别为
E＝1,2,3,4,5，存储不同施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围；
所述数据预处理模块用于接收环境参数检测模块发送的环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，对接收的氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度按照检测时间段进行划分，根据设定的时间间隔值，将划分的多个检测时间段参数按照检测时间的先后顺序进行编号，依次标记为1,2,...,t,...,h,构成每天的检测时间段参数集合Aw(aw1,aw2,...,awt,...,awh)，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，w表示为环境参数，w＝p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8,p1,p2,p3,p4,p5,p6,p7,p8分别表示为施工隧道内环境参数中氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度，数据预处理模块将每天的检测时间段参数集合发送建模分析服务器；
所述建模分析服务器接收数据预处理模块发送的每天的检测时间段参数集合，并将每天各检测时间段对应的环境参数与数据库中存储的施工隧道内标准氧气浓度、甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、硫化氢浓度、二氧化氮浓度、二氧化氮浓度和粉尘浓度进行对比，构成检测时间段参数对比集合ΔAw(Δaw1,Δaw2,...,Δawt,...,Δawh)，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，并对统计的各个检测时间段对应的环境参数对比值与上一检测时间段对应的环境参数对比值进行对比，构成检测时间段参数相对对比集合A′w(a′w1,a′w2,...,a′wt,...,a′wh)，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值；
建模分析服务器接收围岩强度检测模块发送的隧道围岩的强度，接收围岩湿度检测模块发送的隧道围岩的湿度，对接收的隧道围岩的湿度按照检测时间段进行划分，构成隧道围岩时间段湿度集合B(b1,b2,...,bt,...,bh)，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度，根据隧道围岩时间段湿度集合和隧道围岩的强度以统计各检测时间段的隧道围岩质量系数，提取数据库中存储的各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围，将统计的各检测时间段的隧道围岩质量系数与各隧道围岩等级对应的隧道围岩质量系数范围进行对比，获得各检测时间段内的隧道围岩等级；
建模分析服务器接收隧道作业深度检测模块发送的隧道作业所处的深度，对接收的隧道作业所处的深度按照检测时间段进行划分，构成时间段隧道深度集合C(c1,c2,...,ct,...,ch)，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度，提取数据中存储的隧道口断面的面积，根据隧道口断面的面积和时间段隧道深度集合以统计各检测时间段的隧道作业空间体积，并接收风速检测模块发送的施工隧道内的空气流速，对接收的施工隧道内的空气流速按照检测时间段进行划分，构成时间段空气流速集合D(d1,d2,...,dt,...,dh)，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，根据各检测时间段内的隧道围岩等级、隧道作业空间体积、施工隧道内的空气流速和时间段参数相对对比集合，以统计隧道施工安全影响系数，并将隧道施工安全影响系数分别发送至管理服务器和显示终端；
所述管理服务器接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，提取数据库中存储的各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围，将统计的隧道施工安全影响系数与各施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围进行对比，若隧道施工安全影响系数小于一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围的下限数值，则不发送预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在一级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送一级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在二级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送二级预警指令至预警模块，若隧道施工安全影响系数在三级施工安全等级对应的隧道施工安全影响系数范围内，则发送三级预警指令至预警模块；
所述预警模块接收管理服务器发送的预警指令，并进行不同程度的预警；
所述显示终端接收建模分析服务器发送的隧道施工安全影响系数，并进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法,其特征在于：所述不同隧道围岩等级对应的施工影响系数大小顺序为
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法,其特征在于：所述隧道围岩质量系数的计算公式为
e表示为自然数，等于2.718，k表示为隧道围岩的强度，bt表示为第t个检测时间段内隧道围岩的湿度。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法,其特征在于：所述隧道作业空间体积的计算公式为ωt＝s*ct，s表示为隧道口断面的面积，ct表示为第t个检测时间段内隧道作业所处的深度。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法,其特征在于：所述隧道施工安全影响系数的计算公式为
表示为第E个隧道围岩等级对应的施工影响系数，Δawt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值与数据库中存储的第w个环境参数对应的标准浓度值之间的差值，awt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对应的浓度值，a′wt表示为在t个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值与t-1个检测时间段内施工隧道内第w个环境参数对比值之间的差值，dt表示为第t个检测时间段内施工隧道内的空气流速，ωt表示为第t个检测时间段内的隧道作业空间体积。
6.一种云监测平台，其特征在于：所述云监测平台包括处理器、机器可读存储介质和网络接口，所述机器可读存储介质、所述网络接口以及所述处理器之间通过总线系统相连，所述网络接口用于与至少一个基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测终端通信连接，所述机器可读存储介质用于存储程序、指令或代码，所述处理器用于执行所述机器可读存储介质中的程序、指令或代码，以执行权利要求1-5中任意一项的基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法。
Priority Applications (1)
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| CN202110062782.1A CN112837183A (zh) | 2021-01-18 | 2021-01-18 | 基于大数据和物联网协同作用的隧道工程项目施工安全实时监测方法和云监测平台 |
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| CN112837183A true CN112837183A (zh) | 2021-05-25 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113919706A (zh) * | 2021-10-14 | 2022-01-11 | 新疆维泰开发建设（集团）股份有限公司 | 一种基于bim的拱形隧道施工管理方法及系统 |
| CN114459539A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-05-10 | 海南谨行信息科技有限公司 | 一种基于人工智能的双线隧道开挖安全在线监测分析系统 |
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| CN117189258A (zh) * | 2023-09-27 | 2023-12-08 | 成都天测皓智科技有限公司 | 一种隧道态势监测的方法及相关设备 |
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