CN112947645A - 一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台及在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台及在线监测方法，通过对地下工程施工区域进行环境参数采集，并统计地下工程的施工环境危险系数，同时对已施工地下工程进行压力检测、沉降检测和土体振动频率检测，进而结合检测结果统计已施工地下工程断裂危险系数、沉降危险系数和振动危险系数，由此综合以上危险系数统计地下工程综合施工危险系数，拓展了地下工程施工安全的监测指标范围，提高了监测范围的全面化程度，弥补了目前对地下工程施工安全监测方式存在的弊端，提高了监测结果的可靠度，提高了地下工程施工安全的监测水平，满足了现在对地下工程施工安全的全面高可靠度的监测需求。
Description
技术领域
本发明属于地下工程施工安全监测技术领域，具体涉及一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台及在线监测方法。
背景技术
随着我国社会及经济的不断进步,人们加大了地面上生态环境的保护力度,越来越多的地下工程项目投入了建设施工当中,加大了地下空间资源的利用。地下工程包括了地下房屋、地铁、公路隧道等建筑项目,由于地下工程的施工环境较为复杂、施工困难性较大,导致地下工程的施工周期都较长，一旦施工过程中发生坍塌，极易造成重大的人身伤亡事故和巨大的财产损失，同时会致使施工周期延长，由此可见对地下工程的施工安全进行实时监测显得至关重要。
但目前对地下工程施工安全的监测方式大多都集中在对地下工程的建筑稳定性进行监测，如断裂检测、沉降检测等，忽略了对地下工程施工环境的监测。众所周知，地下施工相对于地面施工，其有害气体含量远远大于地面，同时地下施工区域通风性较差，一旦有害气体含量集聚后超过标准含量，将会对施工人员的安全造成巨大威胁。综上可见目前对地下工程施工安全的监测方式存在监测指标单一、监测片面化的弊端，导致监测结果可靠度低，难以满足现在对地下工程施工安全的全面高可靠度的监测需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，包括地下工程施工区域划分模块、区域环境参数采集模块、参数数据库、已施工地下工程检测点布设模块、检测点压力检测模块、检测点土体沉降检测模块、检测点土体振动检测模块、建模分析模块、监测云平台和显示终端；
所述地下工程施工区域划分模块用于对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域，并对划分的各子区域依照预设的编号顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；
所述区域环境参数采集模块包括若干环境参数采集终端，其分别安置在划分的各子区域位置处，用于对划分的各子区域进行环境参数采集，得到采集的各子区域的环境参数，并构成区域环境参数集合Qu(qu1,qu2,...,qui,...,qun)，Qui表示为第i个子区域的环境参数对应的数值，u表示为环境参数，u＝e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7,e8，分别表示为温度，湿度，氧气浓度,二氧化碳浓度,一氧化碳浓度,甲烷浓度,硫化氢浓度，粉尘浓度，区域环境参数采集模块将区域环境参数集合发送至建模分析模块；
所述参数数据库用于存储各环境参数对应的地下施工安全值，存储各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差、存储各高度子部分对应的安全沉降高度，存储地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数,并存储各环境参数对应的施工环境权重系数；
所述已施工地下工程检测点布设模块用于获取已施工的地下工程土体部分的高度，并将已施工的地下工程土体部分的高度进行均匀等分，得到等分的各高度子部分，同时对等分的各高度子部分按照距离已施工的地下工程土体底部的距离由低到高的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m，与此同时对等分的各高度子部分进行检测点布设，得到各高度子部分对应的各检测点，同时对各高度子部分对应的各检测点进行编号，依次标记为1,2...k...z；
所述检测点压力检测模块包括若干压力传感器，其分别安置在各高度子部分对应的各检测点位置处，用于对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力，进而构成高度子部分检测点压力集合Fj(fj1,fj2,...,fjk,...,fjz)，fjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力，检测点压力检测模块将高度子部分检测点压力集合发送至建模分析模块；
所述检测点土体沉降检测模块用于对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，其具体检测方法包括以下步骤：
H1:分别以各高度子部分对应的各检测点做端点，向已施工的地下工程土体底部作垂线，得到各高度子部分对应各检测点的垂线；
H2:测量各高度子部分对应的各检测点的垂线长度，记为各高度子部分对应的各检测点的高度，并构成高度子部分检测点高度集合Hj(hj1,hj2,...,hjk,...,hjz)hjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的高度；
H3:获取各高度子部分对应各检测点的原始设计高度，构成高度子部分检测点原始设计高度集合H0j(h0j1,h0j2,...,h0jk,...,h0jz)，h0jk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的原始设计高度，并将高度子部分检测点高度集合分别对应与高度子部分检测点原始设计高度集合进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度集合ΔHj(Δhj1,Δhj2,...,Δhjk,...,Δhjz)，Δhjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度，检测点土体沉降检测模块将高度子部分检测点沉降高度集合发送至建模分析模块；
所述检测点土体振动检测模块包括若干振动传感器，其分别安装在各高度子部分对应各检测点的位置处，用于对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到的各高度子部分对应各检测点的土体振动频率构成高度子部分检测点土体振动频率集合Dj(dj1,dj2,...,djk,...,djz)，djk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的土体振动频率，检测点土体振动检测模块将高度子部分检测点土体振动频率集合发送至建模分析模块；
所述建模分析模块接收区域环境参数采集模块发送的区域环境参数集合，并提取参数数据库中各环境参数对应的地下施工安全值，将区域环境参数集合与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，得到区域环境参数对比集合ΔQu(Δqu1,Δqu2,...,Δqui,...,Δqun)，进而根据区域环境参数对比集合统计地下工程的施工环境危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块接收检测点压力检测模块发送的高度子部分检测点压力集合，并将同一高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，得到各高度子部分相邻两个检测点的压力差，构成高度子部分相邻检测点压力差集合ΔFj[Δfj1,Δfj2,...,Δfjk,...,fj(z-1)]，Δfjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差，与此同时提取参数数据库中各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差，进而将高度子部分相邻检测点压力差集合分别对应与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，得到高度子部分相邻检测点压力差对比集合ΔFj′[Δfj′1,Δfj′2,...,Δfj′k,...,Δfj′(z-1)]，从而根据高度子部分相邻检测点压力差对比集合统计已施工地下工程的断裂危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块接收检测点土体沉降检测模块发送的高度子部分检测点沉降高度集合，并提取参数数据库中各高度子部分对应的安全沉降高度，以此将高度子部分检测点沉降高度集合与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度对比集合ΔHj′(Δhj′1,Δhj′2,...,Δhj′k,...,Δhj′z)，由此根据高度子部分检测点沉降高度对比集合统计已施工地下工程的沉降危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块还接收检测点土体振动检测模块发送的高度子部分检测点土体振动频率集合，并从接收的高度子部分检测点土体振动频率集合中提取各高度子部分对应各检测点的土体振动频率，以此对同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，其计算公式为
表示为第j个高度子部分对应的土体平均振动频率，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与参数数据库中地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数，并发送至监测云平台；
所述监测云平台接收建模分析模块发送的地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，进而统计地下工程综合施工危险系数，并发送至显示终端；
所述显示终端接收监测云平台发送的地下工程综合施工危险系数，并进行显示。
作为优选技术方案，所述设定的划分方式具体如下：
W1:获取地下工程施工区域的长度、宽度和高度；
W2:将地下工程施工区域的的长度、宽度和高度分别进行均匀等分，进而按照空间网格化的划分方式进行划分，得到划分的各子区域。
作为优选技术方案,所述环境参数采集终端包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器和粉尘浓度传感器，其中温度传感器用于检测各子区域的温度，湿度传感器用于检测各子区域的湿度，气体传感器用于检测各子区域的氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度和硫化氢浓度，粉尘浓度传感器用于检测各子区域的粉尘浓度。
作为优选技术方案,所述对等分的各高度子部分进行检测点布设，其具体布设方法包括以下步骤：
Q1:获取各等分的各高度子部分地下工程土体的长度；
Q2:将各等分的各高度子部分地下工程土体的长度进行均匀等分，各等分点记为检测点。
作为优选技术方案，所述地下工程的施工环境危险系数的计算公式为
Δqui表示为第i个子区域的第u个环境参数对应的数值与该环境参数对应的地下施工安全值之间的差值，qu安全表示为第u个环境参数对应的地下施工安全值，αu表示为第u个环境参数对应的施工环境权重系数。
作为优选技术方案，所述已施工地下工程的断裂危险系数的计算公式为
Δfj′k表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差与第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差之间的差值，Δfj0表示为第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差。
作为优选技术方案，所述已施工地下工程的沉降危险系数的计算公式为
Δhj′k表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度与第j个高度子部分对应的安全沉降高度之间的差值，Δhj0表示为第j个高度子部分对应的安全沉降高度。
作为优选技术方案，所述地下工程综合施工危险系数的计算公式为
表示为地下工程综合施工危险系数，η表示为地下工程的施工环境危险系数，ε表示为已施工地下工程的断裂危险系数，σ表示为已施工地下工程的沉降危险系数，δj表示为各高度子部分对应的振动危险系数。
作为优选技术方案，一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测方法，包括以下步骤：
S1.施工区域划分:对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域；
S2.区域环境参数采集:利用环境参数采集终端采集各子区域的环境参数；
S3.施工环境危险系数统计：将采集的各子区域的环境参数与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，进而统计地下工程的施工环境危险系数；
S4.已施工地下工程检测点布设：对已施工的地下工程土体部分进行高度子部分划分，并对划分的各高度子部分进行检测点布设；
S5.检测点压力检测：利用压力传感器对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力；
S6.检测点土体沉降检测：对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，得到各高度子部分对应各检测点的沉降高度；
S7.检测点土体振动检测：利用振动传感器对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到各高度子部分对应各检测点的土体振动频率；
S8.已施工地下工程断裂危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，并将计算结果与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，以此统计已施工地下工程断裂危险系数；
S9.已施工地下工程沉降危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的沉降高度与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，以此统计已施工地下工程沉降危险系数；
S10.已施工地下工程高度子部分振动危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的土体振动频率中同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数；
S11.地下工程综合施工危险系数统计：根据地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，统计地下工程综合施工危险系数。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过对地下工程施工区域进行环境参数采集，并对已施工地下工程进行压力检测、沉降检测和土体振动频率检测，以此结合采集的地下工程施工区域的环境参数统计地下工程的施工环境危险系数，同时结合已施工地下工程的压力检测结果、沉降检测结果和土体振动频率检测结果统计已施工地下工程断裂危险系数、沉降危险系数和振动危险系数，进而综合以上危险系数统计地下工程综合施工危险系数，拓展了地下工程施工安全的监测指标范围，提高了监测范围的全面化程度，弥补了目前对地下工程施工安全监测方式存在的监测指标单一、监测片面化的弊端，提高了监测结果的可靠度，提高了地下工程施工安全的监测水平，满足了现在对地下工程施工安全的全面高可靠度的监测需求。
(2)本发明在对地下工程施工区域进行环境参数采集过程中，通过将地下工程施工区域进行区域划分，得到划分的各子区域，进而对划分的各子区域进行环境参数采集，其得到的环境参数数据多种，更能全面真实地反映地下工程施工区域的环境状况，避免对地下工程施工区域进行整体环境参数采集只得到单种环境参数数据造成的采集结果误差，影响后续统计地下工程的施工环境危险系数的可靠性。
(3)本发明在对已施工地下工程进行压力检测、沉降检测和土体振动频率检测过程前，通过对已施工地下工程进行高度子部分划分及检测点布设，使得布设的检测点能够涵盖已施工地下工程的全体，避免造成检测遗漏。
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为本发明的模块连接示意图；
图2为本发明的方法实施步骤流程图。
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，一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，包括地下工程施工区域划分模块、区域环境参数采集模块、参数数据库、已施工地下工程检测点布设模块、检测点压力检测模块、检测点土体沉降检测模块、检测点土体振动检测模块、建模分析模块、监测云平台和显示终端，其中地下工程施工区域划分模块与区域环境参数采集模块连接，已施工地下工程检测点布设模块分别与检测点压力检测模块、检测点土体沉降检测模块和检测点土体振动检测模块连接，区域环境参数采集模块、检测点压力检测模块、检测点土体沉降检测模块和检测点土体振动检测模块均与建模分析模块连接，建模分析模块与监测云平台连接，监测云平台与显示终端连接。
地下工程施工区域划分模块用于对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域，其设定的划分方式具体如下：
W1:获取地下工程施工区域的长度、宽度和高度；
W2:将地下工程施工区域的的长度、宽度和高度分别进行均匀等分，进而按照空间网格化的划分方式进行划分，得到划分的各子区域，并对划分的各子区域依照预设的编号顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n。
本实施例通过将地下工程施工区域进行区域划分，得到划分的各子区域，进而对划分的各子区域进行环境参数采集，其得到的环境参数数据多种，更能全面真实地反映地下工程施工区域的环境状况，避免对地下工程施工区域进行整体环境参数采集只得到单种环境参数数据造成的采集结果误差，影响后续统计地下工程的施工环境危险系数的可靠性。
区域环境参数采集模块包括若干环境参数采集终端，其分别安置在划分的各子区域位置处，用于对划分的各子区域进行环境参数采集，所述环境参数采集终端包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器和粉尘浓度传感器，其中温度传感器用于检测各子区域的温度，湿度传感器用于检测各子区域的湿度，气体传感器用于检测各子区域的氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度和硫化氢浓度，粉尘浓度传感器用于检测各子区域的粉尘浓度，得到采集的各子区域的环境参数，并构成区域环境参数集合Qu(qu1,qu2,...,qui,...,qun)，Qui表示为第i个子区域的环境参数对应的数值，u表示为环境参数，u＝e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7,e8，分别表示为温度，湿度，氧气浓度,二氧化碳浓度,一氧化碳浓度,甲烷浓度,硫化氢浓度，粉尘浓度，区域环境参数采集模块将区域环境参数集合发送至建模分析模块。
参数数据库用于存储各环境参数对应的地下施工安全值，存储各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差、存储各高度子部分对应的安全沉降高度，存储地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数,并存储各环境参数对应的施工环境权重系数。
已施工地下工程检测点布设模块用于获取已施工的地下工程土体部分的高度，并将已施工的地下工程土体部分的高度进行均匀等分，得到等分的各高度子部分，同时对等分的各高度子部分按照距离已施工的地下工程土体底部的距离由低到高的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m，与此同时对等分的各高度子部分进行检测点布设，其具体布设方法包括以下步骤：
Q1:获取各等分的各高度子部分地下工程土体的长度；
Q2:将各等分的各高度子部分地下工程土体的长度进行均匀等分，各等分点记为检测点，得到各高度子部分对应的各检测点，同时对各高度子部分对应的各检测点进行编号，依次标记为1,2...k...z。
本实施例通过对已施工地下工程进行高度子部分划分及检测点布设，使得布设的检测点能够涵盖已施工地下工程的全体，避免造成检测遗漏，同时为已施工地下工程的压力检测、土体沉降检测及土体振动检测奠定基础。
检测点压力检测模块包括若干压力传感器，其分别安置在各高度子部分对应的各检测点位置处，用于对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力，进而构成高度子部分检测点压力集合Fj(fj1,fj2,...,fjk,...,fjz)，fjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力，检测点压力检测模块将高度子部分检测点压力集合发送至建模分析模块。
检测点土体沉降检测模块用于对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，其具体检测方法包括以下步骤：
H1:分别以各高度子部分对应的各检测点做端点，向已施工的地下工程土体底部作垂线，得到各高度子部分对应各检测点的垂线；
H2:测量各高度子部分对应的各检测点的垂线长度，记为各高度子部分对应的各检测点的高度，并构成高度子部分检测点高度集合Hj(hj1,hj2,...,hjk,...,hjz)，hjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的高度；
H3:获取各高度子部分对应各检测点的原始设计高度，构成高度子部分检测点原始设计高度集合H0j(h0j1,h0j2,...,h0jk,...,h0jz)，h0jk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的原始设计高度，并将高度子部分检测点高度集合分别对应与高度子部分检测点原始设计高度集合进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度集合ΔHj(Δhj1,Δhj2,...,Δhjk,...,Δhjz)，Δhjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度，检测点土体沉降检测模块将高度子部分检测点沉降高度集合发送至建模分析模块。
检测点土体振动检测模块包括若干振动传感器，其分别安装在各高度子部分对应各检测点的位置处，用于对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到的各高度子部分对应各检测点的土体振动频率构成高度子部分检测点土体振动频率集合Dj(dj1,dj2,...,djk,...,djz)，djk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的土体振动频率，检测点土体振动检测模块将高度子部分检测点土体振动频率集合发送至建模分析模块。
建模分析模块接收区域环境参数采集模块发送的区域环境参数集合，并提取参数数据库中各环境参数对应的地下施工安全值，将区域环境参数集合与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，得到区域环境参数对比集合ΔQu(Δqu1,Δqu2,...,Δqui,...,Δqun)，进而根据区域环境参数对比集合统计地下工程的施工环境危险系数
Δqui表示为第i个子区域的第u个环境参数对应的数值与该环境参数对应的地下施工安全值之间的差值，qu安全表示为第u个环境参数对应的地下施工安全值，αu表示为第u个环境参数对应的施工环境权重系数，并发送至监测云平台。
本实施例统计的地下工程的施工环境危险系数直观展示了地下工程施工环境的危险状况，为后期统计地下工程综合施工危险系数提供施工环境的相关系数。
建模分析模块接收检测点压力检测模块发送的高度子部分检测点压力集合，并将同一高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，得到各高度子部分相邻两个检测点的压力差，构成高度子部分相邻检测点压力差集合ΔFj[Δfj1,Δfj2,...,Δfjk,...,fj(z-1)]，Δfjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差，与此同时提取参数数据库中各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差，进而将高度子部分相邻检测点压力差集合分别对应与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，得到高度子部分相邻检测点压力差对比集合ΔFj′[Δfj′1,Δfj′2,...,Δfj′k,...,Δfj′(z-1)]，从而根据高度子部分相邻检测点压力差对比集合统计已施工地下工程的断裂危险系数
Δfj′k表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差与第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差之间的差值，Δfj0表示为第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差，并发送至监测云平台。
本实施例统计的已施工地下工程的断裂危险系数直观展示了已施工地下工程的断裂危险状况，为后期统计地下工程综合施工危险系数提供已施工地下工程的断裂相关系数。
建模分析模块接收检测点土体沉降检测模块发送的高度子部分检测点沉降高度集合，并提取参数数据库中各高度子部分对应的安全沉降高度，以此将高度子部分检测点沉降高度集合与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度对比集合ΔHj′(Δhj′1,Δhj′2,...,Δhj′k,...,Δhj′z)，由此根据高度子部分检测点沉降高度对比集合统计已施工地下工程的沉降危险系数
Δhj′k表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度与第j个高度子部分对应的安全沉降高度之间的差值，Δhj0表示为第j个高度子部分对应的安全沉降高度，并发送至监测云平台。
本实施例统计的已施工地下工程的沉降危险系数直观展示了已施工地下工程的沉降危险状况，为后期统计地下工程综合施工危险系数提供已施工地下工程的沉降相关系数。
建模分析模块还接收检测点土体振动检测模块发送的高度子部分检测点土体振动频率集合，并从接收的高度子部分检测点土体振动频率集合中提取各高度子部分对应各检测点的土体振动频率，以此对同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，其计算公式为
表示为第j个高度子部分对应的土体平均振动频率，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与参数数据库中地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数，并发送至监测云平台。
监测云平台接收建模分析模块发送的地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，进而统计地下工程综合施工危险系数
表示为地下工程综合施工危险系数，η表示为地下工程的施工环境危险系数，ε表示为已施工地下工程的断裂危险系数，σ表示为已施工地下工程的沉降危险系数，δj表示为各高度子部分对应的振动危险系数，并发送至显示终端。
本实施例通过综合地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数统计地下工程综合施工危险系数，实现了对地下工程施工安全的在线监测，拓展了地下工程施工安全的监测指标范围，提高了监测范围的全面化程度，弥补了目前对地下工程施工安全监测方式存在的监测指标单一、监测片面化的弊端，提高了监测结果的可靠度，提高了地下工程施工安全的监测水平，满足了现在对地下工程施工安全的全面高可靠度的监测需求。
显示终端接收监测云平台发送的地下工程综合施工危险系数，并进行显示。
参照图2所示，一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测方法，包括以下步骤：
S1.施工区域划分:对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域；
S2.区域环境参数采集:利用环境参数采集终端采集各子区域的环境参数；
S3.施工环境危险系数统计：将采集的各子区域的环境参数与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，进而统计地下工程的施工环境危险系数；
S4.已施工地下工程检测点布设：对已施工的地下工程土体部分进行高度子部分划分，并对划分的各高度子部分进行检测点布设；
S5.检测点压力检测：利用压力传感器对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力；
S6.检测点土体沉降检测：对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，得到各高度子部分对应各检测点的沉降高度；
S7.检测点土体振动检测：利用振动传感器对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到各高度子部分对应各检测点的土体振动频率；
S8.已施工地下工程断裂危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，并将计算结果与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，以此统计已施工地下工程断裂危险系数；
S9.已施工地下工程沉降危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的沉降高度与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，以此统计已施工地下工程沉降危险系数；
S10.已施工地下工程高度子部分振动危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的土体振动频率中同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数；
S11.地下工程综合施工危险系数统计：根据地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，统计地下工程综合施工危险系数。
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 (9)
1.一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：包括地下工程施工区域划分模块、区域环境参数采集模块、参数数据库、已施工地下工程检测点布设模块、检测点压力检测模块、检测点土体沉降检测模块、检测点土体振动检测模块、建模分析模块、监测云平台和显示终端；
所述地下工程施工区域划分模块用于对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域，并对划分的各子区域依照预设的编号顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n；
所述区域环境参数采集模块包括若干环境参数采集终端，其分别安置在划分的各子区域位置处，用于对划分的各子区域进行环境参数采集，得到采集的各子区域的环境参数，并构成区域环境参数集合Qu(qu1,qu2,...,qui,...,qun)，Qui表示为第i个子区域的环境参数对应的数值，u表示为环境参数，u＝e1,e2,e3,e4,e5,e6,e7,e8，分别表示为温度，湿度，氧气浓度,二氧化碳浓度,一氧化碳浓度,甲烷浓度,硫化氢浓度，粉尘浓度，区域环境参数采集模块将区域环境参数集合发送至建模分析模块；
所述参数数据库用于存储各环境参数对应的地下施工安全值，存储各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差、存储各高度子部分对应的安全沉降高度，存储地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数,并存储各环境参数对应的施工环境权重系数；
所述已施工地下工程检测点布设模块用于获取已施工的地下工程土体部分的高度，并将已施工的地下工程土体部分的高度进行均匀等分，得到等分的各高度子部分，同时对等分的各高度子部分按照距离已施工的地下工程土体底部的距离由低到高的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m，与此同时对等分的各高度子部分进行检测点布设，得到各高度子部分对应的各检测点，同时对各高度子部分对应的各检测点进行编号，依次标记为1,2...k...z；
所述检测点压力检测模块包括若干压力传感器，其分别安置在各高度子部分对应的各检测点位置处，用于对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力，进而构成高度子部分检测点压力集合Fj(fj1,fj2,...,fjk,...,fjz)，fjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力，检测点压力检测模块将高度子部分检测点压力集合发送至建模分析模块；
所述检测点土体沉降检测模块用于对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，其具体检测方法包括以下步骤：
H1:分别以各高度子部分对应的各检测点做端点，向已施工的地下工程土体底部作垂线，得到各高度子部分对应各检测点的垂线；
H2:测量各高度子部分对应的各检测点的垂线长度，记为各高度子部分对应的各检测点的高度，并构成高度子部分检测点高度集合Hj(hj1,hj2,...,hjk,...,hjz)，hjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的高度；
H3:获取各高度子部分对应各检测点的原始设计高度，构成高度子部分检测点原始设计高度集合H0j(h0j1,h0j2,...,h0jk,...,h0jz)，h0jk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的原始设计高度，并将高度子部分检测点高度集合分别对应与高度子部分检测点原始设计高度集合进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度集合ΔHj(Δhj1,Δhj2,...,Δhjk,...,Δhjz)，Δhjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度，检测点土体沉降检测模块将高度子部分检测点沉降高度集合发送至建模分析模块；
所述检测点土体振动检测模块包括若干振动传感器，其分别安装在各高度子部分对应各检测点的位置处，用于对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到的各高度子部分对应各检测点的土体振动频率构成高度子部分检测点土体振动频率集合Dj(dj1,dj2,...,djk,...,djz)，djk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的土体振动频率，检测点土体振动检测模块将高度子部分检测点土体振动频率集合发送至建模分析模块；
所述建模分析模块接收区域环境参数采集模块发送的区域环境参数集合，并提取参数数据库中各环境参数对应的地下施工安全值，将区域环境参数集合与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，得到区域环境参数对比集合ΔQu(Δqu1,Δqu2,...,Δqui,...,Δqun)，进而根据区域环境参数对比集合统计地下工程的施工环境危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块接收检测点压力检测模块发送的高度子部分检测点压力集合，并将同一高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，得到各高度子部分相邻两个检测点的压力差，构成高度子部分相邻检测点压力差集合ΔFj[Δfj1,Δfj2,...,Δfjk,...,fj(z-1)]，Δfjk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差，与此同时提取参数数据库中各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差，进而将高度子部分相邻检测点压力差集合分别对应与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，得到高度子部分相邻检测点压力差对比集合ΔF′j[Δf′j1,Δf′j2,...,Δf′jk,...,Δf′j(z-1)]，从而根据高度子部分相邻检测点压力差对比集合统计已施工地下工程的断裂危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块接收检测点土体沉降检测模块发送的高度子部分检测点沉降高度集合，并提取参数数据库中各高度子部分对应的安全沉降高度，以此将高度子部分检测点沉降高度集合与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，得到高度子部分检测点沉降高度对比集合ΔH′j(Δh′j1,Δh′j2,...,Δh′jk,...,Δh′jz)，由此根据高度子部分检测点沉降高度对比集合统计已施工地下工程的沉降危险系数，并发送至监测云平台；
所述建模分析模块还接收检测点土体振动检测模块发送的高度子部分检测点土体振动频率集合，并从接收的高度子部分检测点土体振动频率集合中提取各高度子部分对应各检测点的土体振动频率，以此对同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，其计算公式为
表示为第j个高度子部分对应的土体平均振动频率，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与参数数据库中地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数，并发送至监测云平台；
所述监测云平台接收建模分析模块发送的地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，进而统计地下工程综合施工危险系数，并发送至显示终端；
所述显示终端接收监测云平台发送的地下工程综合施工危险系数，并进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述设定的划分方式具体如下：
W1:获取地下工程施工区域的长度、宽度和高度；
W2:将地下工程施工区域的的长度、宽度和高度分别进行均匀等分，进而按照空间网格化的划分方式进行划分，得到划分的各子区域。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述环境参数采集终端包括温度传感器、湿度传感器、气体传感器和粉尘浓度传感器，其中温度传感器用于检测各子区域的温度，湿度传感器用于检测各子区域的湿度，气体传感器用于检测各子区域的氧气浓度、二氧化碳浓度、一氧化碳浓度、甲烷浓度和硫化氢浓度，粉尘浓度传感器用于检测各子区域的粉尘浓度。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述对等分的各高度子部分进行检测点布设，其具体布设方法包括以下步骤：
Q1:获取各等分的各高度子部分地下工程土体的长度；
Q2:将各等分的各高度子部分地下工程土体的长度进行均匀等分，各等分点记为检测点。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述地下工程的施工环境危险系数的计算公式为
Δqui表示为第i个子区域的第u个环境参数对应的数值与该环境参数对应的地下施工安全值之间的差值，qu安全表示为第u个环境参数对应的地下施工安全值，αu表示为第u个环境参数对应的施工环境权重系数。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述已施工地下工程的断裂危险系数的计算公式为
Δf′jk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的压力与第k+1个检测点的压力之间的压力差与第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差之间的差值，Δfj0表示为第j个高度子部分对应相邻检测点的安全压力差。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述已施工地下工程的沉降危险系数的计算公式为
Δh′jk表示为第j个高度子部分对应第k个检测点的沉降高度与第j个高度子部分对应的安全沉降高度之间的差值，Δhj0表示为第j个高度子部分对应的安全沉降高度。
8.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台，其特征在于：所述地下工程综合施工危险系数的计算公式为
表示为地下工程综合施工危险系数，η表示为地下工程的施工环境危险系数，ε表示为已施工地下工程的断裂危险系数，σ表示为已施工地下工程的沉降危险系数，δj表示为各高度子部分对应的振动危险系数。
9.一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.施工区域划分:对地下工程施工区域按照设定的划分方式进行区域划分，得到划分的各子区域；
S2.区域环境参数采集:利用环境参数采集终端采集各子区域的环境参数；
S3.施工环境危险系数统计：将采集的各子区域的环境参数与各环境参数对应的地下施工安全值进行对比，进而统计地下工程的施工环境危险系数；
S4.已施工地下工程检测点布设：对已施工的地下工程土体部分进行高度子部分划分，并对划分的各高度子部分进行检测点布设；
S5.检测点压力检测：利用压力传感器对各高度子部分对应的各检测点进行压力检测，得到各高度子部分对应各检测点的压力；
S6.检测点土体沉降检测：对各高度子部分对应的各检测点的土体进行沉降检测，得到各高度子部分对应各检测点的沉降高度；
S7.检测点土体振动检测：利用振动传感器对各高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行检测，得到各高度子部分对应各检测点的土体振动频率；
S8.已施工地下工程断裂危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的压力进行相邻检测点的压力差计算，并将计算结果与各高度子部分对应的相邻检测点的安全压力差进行对比，以此统计已施工地下工程断裂危险系数；
S9.已施工地下工程沉降危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的沉降高度与各高度子部分对应的安全沉降高度进行对比，以此统计已施工地下工程沉降危险系数；
S10.已施工地下工程高度子部分振动危险系数统计：将各高度子部分对应各检测点的土体振动频率中同一高度子部分对应各检测点的土体振动频率进行均值计算，得到各高度子部分对应的土体平均振动频率，进而将其与地下工程土体各种振动频率对应的振动危险系数进行对比，筛选出各高度子部分对应的振动危险系数；
S11.地下工程综合施工危险系数统计：根据地下工程的施工环境危险系数、已施工地下工程的断裂危险系数、已施工地下工程的沉降危险系数和各高度子部分对应的振动危险系数，统计地下工程综合施工危险系数。
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