CN113139224B - 一种寒区隧道安全运行监测系统 - Google Patents

一种寒区隧道安全运行监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种寒区隧道安全运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、云存储模块、采集分析模块、数据调用模块、数据加密模块、数据发送模块、监督模块，数据采集模块采集寒区隧道各个阶段的数据信息，并将采集的数据信息发送至于云存储模块，云存储模块将不同的数据信息进行分类存储，使用分析模块根据环境信息得到对应的车辆信息和预测车辆信息，数据分析模块根据车辆信息分析车辆对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场来影响，计算土体的冻胀率，再对寒区隧道的质量进行判断，监督模块可以向寒区隧道监管部门发出警报信号，为寒区隧道的质量监测提供了更加准确的理论基础，起到了预防寒区隧道的安全质量问题的作用。

Description

一种寒区隧道安全运行监测系统
技术领域
本发明涉及寒区隧道技术领域，特别是涉及一种寒区隧道安全运行监测系统。
背景技术
随着我国经济的不断发展，交通越来越发达，在我国很多偏远寒冷的地区，由于恶劣环境的影响，导致隧道受到冻害的影响，下渗水的冻胀力是寒区隧道冻害问题的主要因素，为了克服水的冻胀力对混凝土的受冻破坏和侵蚀破坏，在现有技术中已经存在很多对寒区隧道的研究，例如，在水发生冻胀时利用伽辽金法、三角函数、流体热耦合模型等对隧道的温度场、渗流场和应力场的研究，不同场之间的数学耦合模型计算为寒区隧道的设计建设和安全维护使用提供了理论依据，但是这些计算中没有考虑隧道在使用过程中车辆对隧道的影响，隧道中通过的车辆也会影响到隧道的温度场的变化，而隧道的通车量又受到环境和交通政策的影响，降低了寒区隧道安全运行监测的准确性，增加了在寒区隧道的维护过程中花费的人力和财力。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种寒区隧道安全运行监测系统，利用数据分析模块分析在不同类型的环境信息的影响下寒区隧道的车辆信息对温度场、渗透场、应力场的影响，数据分析模块分析的结果可以作为寒区隧道安全维护的理论依据，并对寒区隧道的安全运行起到监测的作用。
其解决的技术方案是，一种寒区隧道安全运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、云存储模块、采集分析模块、数据调用模块、数据加密模块、数据发送模块、监督模块，数据分析模块包括温度场分析模块、渗透场分析模块、应力场分析模块、使用分析模块和耦合分析模块，数据采集模块包括设计采集模块、使用采集模块、维护采集模块和环境采集模块，监督模块包括分析监督模块、异常监督模块、采集监督模块和警报模块，云存储模块包括设计信息存储模块、使用信息存储模块、维护信息存储模块、其他数据信息存储模块；
系统管理过程具体如下：
1)、数据采集模块采集隧道的设计阶段、使用阶段、维护阶段的各个阶段的数据信息，并将采集的数据信息发送至于云存储模块，云存储模块将不同的数据信息进行分类存储；
2)、所述环境采集模块采集寒区隧道的环境信息并将环境信息存储于云存储模块，所述使用分析模块将环境信息分为四类，分别为第一类型、第二类型、第三类型、第四类型，再从使用采集模块采集到的使用信息中分析出每类环境信息对应的车辆信息，利用线性回归预测模型计算出车辆信息和环境信息对应关系的回归参数，利用回归参数和环境信息可以得到预测车辆信息；
3)、数据分析模块根据车辆信息分析出隧道的土体的冻胀率，穿过寒区隧道的车辆通过作用于寒区隧道的温度场、渗透场、应力场来影响土体的冻胀率，具体的分析过程如下：
步骤一、所述渗透场分析模块用于分析车辆信息对寒区隧道内的渗透场的影响，所述车辆信息包括车辆的车量数目、速度、质量、通车率，车辆与寒区隧道内的空气发生能量转换，转换的能量使得寒区隧道内的温度场量发生变化，温度场量的变化作用于寒区隧道内的渗透场；
步骤二、渗透场的渗透参数与隧道的孔隙率有关，所述维护采集模块通过隧道内的传感器采集隧道的监测数据，所述应力场分析模块用于寒区隧道的应力分析，所述温度场分析模块用于寒区隧道内的温度分析；
步骤三、所述耦合分析模块分析在不同的车辆信息的影响下同一隧道内的温度场、渗透场和应力场之间的耦合的作用，并计算在最终温度场的影响下土体的冻胀率η，计算过程如下：
Figure BDA0003028375870000021
ΔV为冻结后土体体积膨胀量，V为未冻时土体体积；
步骤四、所述应力场分析模块根据冻胀率η对寒区隧道的安全程度进行判断；
4)、在寒区隧道的质量监测过程中，数据分析模块可以通过判断环境信息属于的类型得到预测车辆信息，再通过所述3)来分析土体的冻胀率，再结合云存储模块对寒区隧道的质量进行判断，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，监督模块的警报模块可以向寒区隧道监管部门及时的反映，并采取寒区隧道维护措施。
所述数据分析模块根据隧道的通车率分析出对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场的影响，具体分析步骤如下：
I、将时间为
Figure BDA0003028375870000031
内时通过隧道的车辆数目记为i，计算出隧道的通车率
Figure BDA0003028375870000032
通过隧道的每个车辆的速度记为Vi，车辆的质量记为mi，空气阻力为Fi，隧道的长度为l，计算移动的车辆与隧道内的空气之间的能量转换，公式如下：
Fi＝kVi，
Qi＝Fi×l×λ，
Q＝∑Qi，
其中k代表空气与车辆的摩擦系数，λ为车身和空气之间的热传到系数，Q为通过隧道的车辆与隧道的温度场发生的转换的能量，转换的能量增加隧道温度场量T的变化，温度场量
Figure BDA0003028375870000033
的变化带来渗透场的变化，加速渗透场的渗透，二维非稳态渗流公式如下：
Figure BDA0003028375870000041
Figure BDA0003028375870000042
H为水头场函数，K(T+ΔT)为渗透系数，μs为承压含水层，x,y,z为三维空间内的三个方向，通车率
Figure BDA00030283758700000410
与温度场量T的变化量ΔT是对应的；
II、渗透长、应力场、温度场发生耦合，渗透场与应力场存在耦合，渗透参数与寒区隧道内的孔隙率成指数关系，寒区隧道内的孔隙率直接影响寒区隧道内弹性力学应力的变化，再根据质量守恒方程和动量守恒方程分析隧道内的温度场，温度场利用质量守恒方程进行计算，具体方程如下：
Figure BDA0003028375870000043
其中ρ为密度，t为时间，
Figure BDA0003028375870000044
为散度算子，
Figure BDA0003028375870000045
为速度矢量,x,y,z为三维空间内的三个方向；
动量守恒方程如下所示：
Figure BDA0003028375870000046
其中函数
Figure BDA0003028375870000047
湍流粘度系数
Figure BDA0003028375870000048
Figure BDA0003028375870000049
σk,σε,Cε1和Cε2为经验常数，一般取σk＝1.00,σε＝1.30,Cε1＝1.44,Cε2＝1.92；
III、经过寒区隧道的车辆通过影响渗透场、应力场来作用于寒区隧道内温度场的变化，计算在车辆影响下温度场对应的冻胀率。
由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点；
1.本系统中的数据分析模块通过对数据采集模块采集的数据信息的分析来确定环境因素对寒区隧道的通车率的影响，在考虑环境因素直接对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场的影响的同时，将通过寒区隧道的车辆带来的影响也考虑在内，通过寒区隧道的车辆在行驶过程中的能量转换，使得寒区隧道内温度场发生改变，温度变化导致渗透场发生变化，耦合分析模块再对温度场、渗透场、应力场进性耦合分析，为寒区隧道安全运行的质量监测提供了更加准确的理论基础，提高了寒区隧道安全运行监测的准确性。
2.通过本系统可以对寒区隧道的质量进行预测时，假定寒区隧道的环境信息，通过线性回归预测可以得到预测车辆信息，再通过数据分析模块分析预测车辆信息对寒区隧道的影响，起到了预防寒区隧道的安全质量问题的作用，降低了在寒区隧道的维护过程中花费的人力和财力。
附图说明
图1为本发明的整体模块图；
图2为本发明的流程图；
图3为本发明的预测流程路图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1至图3对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。
一种寒区隧道安全运行监测系统，包括数据采集模块、数据分析模块、云存储模块、采集分析模块、数据调用模块、数据加密模块、数据发送模块、监督模块，数据分析模块包括温度场分析模块、渗透场分析模块、应力场分析模块、使用分析模块和耦合分析模块，数据采集模块包括设计采集模块、使用采集模块、维护采集模块和环境采集模块，监督模块包括分析监督模块、异常监督模块、采集监督模块和警报模块，云存储模块包括设计信息存储模块、使用信息存储模块、维护信息存储模块、其他数据信息存储模块；
系统管理过程具体如下：
1)、寒区隧道所处的地理位置的环境一般都是比较寒冷的地方，水带来的冻害问题是影响寒区隧道的主要问题，水产生的冻胀力的影响与水的渗透、温度等环境因素有关，环境因素可以寒区隧道直接产生影响，在寒区隧道投入使用过程中，经过的车辆也会给寒区隧道的温度场带来变化，通车量比较多的寒区隧道与通车量少的寒区隧道的损耗程度不同，所以对通过寒区隧道的车辆信息的研究可以为寒区隧道的监测提供更有效的理论依据，数据采集模块采集隧道的设计阶段、使用阶段、维护阶段的各个阶段的数据信息，并将采集的数据信息发送至于云存储模块，云存储模块将不同的数据信息进行分类存储，寒区隧道所处的地理位置的环境因素不是一成不变的，寒区隧道的设计建设过程和使用过程中的环境因素会发生改变，例如，昼夜温差、降水量、风，在寒区隧道建设前后对会对环境因素产生新的影响，设计阶段的信息采集有利于寒区隧道在使用过程中的运营维护和监测；
2)、所述环境采集模块采集寒区隧道的环境信息并将环境信息存储于云存储模块，所述使用分析模块将环境信息分为四类，分别为第一类型、第二类型、第三类型、第四类型，再从使用采集模块采集到的使用信息中分析出每类环境信息对应的车辆信息，利用线性回归预测模型计算出车辆信息和环境信息对应关系的回归参数，利用回归参数和环境信息可以得到预测车辆信息，寒区隧道通车量不仅与交通通车政策有关，还与环境因素存在一定的关系，当恶劣天气发生变化时，通车量会随之减少，对寒区隧道的使用减少，对寒区隧道进行安全运行监测时，环境因素是影响寒区隧道质量的主要因素，同时也会影响寒区隧道的通车量，在对某种环境下影响下的寒区隧道的质量进行预测时，可以直接通过待预测的环境信息得到预测车辆信息，将预测车辆信息对寒区隧道的影响考虑在内，提高了对寒区隧道的质量预测的准确性；
3)、穿过寒区隧道的车辆温度比空气温度高，所以会发生能量转移，空气的温度升高，寒区隧道内的温度场发生改变，通过寒区隧道的车辆的数量与环境有关，数据分析模块根据车辆信息分析出隧道的土体的冻胀率，穿过寒区隧道的车辆通过作用于寒区隧道的温度场、渗透场、应力场来影响土体的冻胀率，冻胀率越高时，对混凝土的质量要求就越高，冻胀力会破坏寒区隧道内的衬彻、围岩等结构，使得寒区隧道出现混凝土脱落等问题，具体的分析过程如下：
步骤一、所述渗透场分析模块用于分析车辆信息对寒区隧道内的渗透场的影响，所述车辆信息包括车辆的车量数目、速度、质量、通车率，车辆与寒区隧道内的空气发生能量转换，转换的能量使得寒区隧道内的温度场量发生变化，温度场量的变化作用于寒区隧道内的渗透场；
步骤二、渗透场的渗透参数与隧道的孔隙率有关，所述维护采集模块通过隧道内的传感器采集隧道的监测数据，所述应力场分析模块用于寒区隧道的应力分析，所述温度场分析模块用于寒区隧道内的温度分析；
步骤三、所述耦合分析模块分析在不同的车辆信息的影响下同一隧道内的温度场、渗透场和应力场之间的耦合的作用，并计算在最终温度场的影响下土体的冻胀率η，计算过程如下：
Figure BDA0003028375870000071
ΔV为冻结后土体体积膨胀量，V为未冻时土体体积；
步骤四、所述应力场分析模块根据冻胀率η对寒区隧道的安全程度进行判断，分析土体的冻胀率是对寒区隧道的监测过程中的一个重要指标，再结合云存储模块中的冻土物理参数、冻土强度指标、围岩冻胀指标等数据信息对寒区隧道的质量进行判断；
4)、寒区隧道投入使用以后，对寒区隧道的安全运行监测至关重要，对可能存在质量问题的寒区隧道进行预测评估，可以有效预防安全问题的发生，及时对寒区隧道进行维修，在寒区隧道的质量监测过程中，数据分析模块可以通过判断环境信息属于的类型得到预测车辆信息，再通过所述3)来分析土体的冻胀率，再结合云存储模块对寒区隧道的质量进行判断，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，监督模块的警报模块可以向寒区隧道监管部门及时的反映，并采取寒区隧道维护措施，。
水的冻胀率不仅仅与温度场有关，还与渗透场、应力场有关，途中水分的含量和渗透过程都对水的结冰产生影响，车辆通过时，发生能量转换，进而作用于温度场、渗透场、应力场，所述数据分析模块根据隧道的通车率分析出对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场的影响，具体分析步骤如下：
I、将时间为
Figure BDA0003028375870000081
内时通过隧道的车辆数目记为i，计算出隧道的通车率
Figure BDA0003028375870000082
通过隧道的每个车辆的速度记为Vi，车辆的质量记为mi，空气阻力为Fi，隧道的长度为l，计算移动的车辆与隧道内的空气之间的能量转换，公式如下：
Fi＝kVi，
Qi＝Fi×l×λ，
Q＝∑Qi，
其中k代表空气与车辆的摩擦系数，λ为车身和空气之间的热传到系数，Q为通过隧道的车辆与隧道的温度场发生的转换的能量，转换的能量增加隧道温度场量T的变化，温度场量
Figure BDA0003028375870000083
的变化带来渗透场的变化，加速渗透场的渗透，二维非稳态渗流公式如下：
Figure BDA0003028375870000084
Figure BDA0003028375870000085
H为水头场函数，K(T+ΔT)为渗透系数，μs为承压含水层，x,y,z为三维空间内的三个方向，通车率
Figure BDA0003028375870000086
与温度场量T的变化量ΔT是对应的；
II、渗透长、应力场、温度场发生耦合，渗透场与应力场存在耦合，渗透参数与寒区隧道内的孔隙率成指数关系，寒区隧道内的孔隙率直接影响寒区隧道内弹性力学应力的变化，再根据质量守恒方程和动量守恒方程分析隧道内的温度场，温度场利用质量守恒方程进行计算，具体方程如下：
Figure BDA0003028375870000091
其中ρ为密度，t为时间，
Figure BDA0003028375870000092
为散度算子，
Figure BDA0003028375870000093
为速度矢量,x,y,z为三维空间内的三个方向；
动量守恒方程如下所示：
Figure BDA0003028375870000094
其中函数
Figure BDA0003028375870000095
湍流粘度系数
Figure BDA0003028375870000096
Figure BDA0003028375870000097
σk,σε,Cε1和Cε2为经验常数，一般取σk＝1.00,σε＝1.30,Cε1＝1.44,Cε2＝1.92；
III、经过寒区隧道的车辆通过影响渗透场、应力场来作用于寒区隧道内温度场的变化，计算在车辆影响下温度场对应的冻胀率。
所述的设计采集模块是对寒区隧道的设计和建设过程进行信息采集并将信息存储于设计信息存储模块，所述使用采集模块采集的是寒区隧道的使用过程中的使用信息并存储于使用信息存储模块，所述维护采集模块采集的是使用过程中对寒区隧道的检查和维护的信息并存储于维护信息存储模块，所述环境采集模块采集的是寒区隧道所处的环境信息和地理位置信息并存储于其他数据信息存储模块，数据加密模块是用于对数据发送模块发送的数据信息的加密，数据调用模块是根据数据分析模块的分析请求从云存储模块调取对应的数据信息，对于数据采集模块采集的数据信息的分类存储有利于数据调用模块的调用。
在寒区隧道在设计和建设过程中，为了对寒区隧道的质量进行维护，在寒区隧道内安装有用于监控隧道质量的传感器，传感器包括应力传感器、温度传感器、湿度传感器，传感器的位置分布影响寒区隧道使用过程中的采集数据的准确性，采集分析模块是用来分析传感器的的位置信息的，当寒区隧道发生破损，经过维修后，需要对维修过后的寒区隧道安装传感器和采集器对寒区隧道进行数据监测，采集分析模块根据最初的传感器的位置分析出新的采集位置。
所述监督模块是数据采集过程和数据分析过程的监督，所述数据分析模块根据冻胀率和云存储模块对寒区隧道的质量进行判断，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，所述分析监督模块记录寒区隧道存在的隐患，并由警报模块向相关部门发送警报信号，所述采集监督模块是用于监督寒区隧道内的传感器和用于数据采集的采集器的工作状态，当数据采集过程出现异常时，所述异常监督模块记录异常工作的传感器和采集器，并由并由警报模块向相关部门发送警报信号。
本发明具体使用时，系统主要包括数据采集模块、数据分析模块、云存储模块、采集分析模块、数据调用模块、数据加密模块、数据发送模块、监督模块，数据采集模块采集寒区隧道各个阶段的数据信息，并将采集的数据信息发送至于云存储模块，云存储模块将不同的数据信息进行分类存储，所述使用分析模块将环境信息分为四类，再从使用采集模块采集到的使用信息中分析出每类环境信息对应的车辆信息，数据分析模块根据车辆信息分析车辆对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场来影响，并计算土体的冻胀率，通过寒区隧道的车辆与隧道内的空气进行能量转换，从而影响了隧道内的温度场，同时车辆对寒区隧道内的渗透场和应力场也发生影响，温度场、渗透场、应力场之间两两存在耦合，在三个场的共同影响下，计算土体的冻胀率，再通过分析计算判断寒区隧道的质量，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，监督模块的警报模块可以向寒区隧道监管部门及时的反映，并采取寒区隧道维护措施。
以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种寒区隧道安全运行监测系统，其特征在于，包括数据采集模块、
数据分析模块、云存储模块、采集分析模块、数据调用模块、数据加密模块、数据发送模块、监督模块，数据分析模块包括温度场分析模块、渗透场分析模块、应力场分析模块、使用分析模块和耦合分析模块，数据采集模块包括设计采集模块、使用采集模块、维护采集模块和环境采集模块，监督模块包括分析监督模块、异常监督模块、采集监督模块和警报模块，云存储模块包括设计信息存储模块、使用信息存储模块、维护信息存储模块、其他数据信息存储模块；
系统管理过程具体如下：
1)、数据采集模块采集隧道的设计阶段、使用阶段、维护阶段的各个阶段的数据信息，并将采集的数据信息发送至于云存储模块，云存储模块将不同的数据信息进行分类存储；
2)、所述环境采集模块采集寒区隧道的环境信息并将环境信息存储于云存储模块，所述使用分析模块将环境信息分为四类，分别为第一类型、第二类型、第三类型、第四类型，再从使用采集模块采集到的使用信息中分析出每类环境信息对应的车辆信息，利用线性回归预测模型计算出车辆信息和环境信息对应关系的回归参数，利用回归参数和环境信息可以得到预测车辆信息；
3)、数据分析模块根据车辆信息分析出隧道的土体的冻胀率，穿过寒区隧道的车辆通过作用于寒区隧道的温度场、渗透场、应力场来影响土体的冻胀率，具体的分析过程如下：
步骤一、所述渗透场分析模块用于分析车辆信息对寒区隧道内的渗透场的影响，所述车辆信息包括车辆的车量数目、速度、质量、通车率，车辆与寒区隧道内的空气发生能量转换，转换的能量使得寒区隧道内的温度场量发生变化，温度场量的变化作用于寒区隧道内的渗透场；
步骤二、渗透场的渗透参数与隧道的孔隙率有关，所述维护采集模块通过隧道内的传感器采集隧道的监测数据，所述应力场分析模块用于寒区隧道的应力分析，所述温度场分析模块用于寒区隧道内的温度分析；
步骤三、所述耦合分析模块分析在不同的车辆信息的影响下同一隧道内的温度场、渗透场和应力场之间的耦合的作用，并计算在最终温度场的影响下土体的冻胀率
Figure 973023DEST_PATH_IMAGE001
，计算过程如下：
Figure 331323DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 630324DEST_PATH_IMAGE003
为冻结后土体体积膨胀量，
Figure 930725DEST_PATH_IMAGE004
为未冻时土体体积；
步骤四、所述应力场分析模块根据冻胀率
Figure 793638DEST_PATH_IMAGE001
对寒区隧道的安全程度进行判断；
4)、在寒区隧道的质量监测过程中，数据分析模块可以通过判断环境信息属于的类型得到预测车辆信息，再通过所述3)来分析土体的冻胀率，再结合云存储模块对寒区隧道的质量进行判断，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，监督模块的警报模块可以向寒区隧道监管部门及时的反映，并采取寒区隧道维护措施。
2.根据权利要求1所述的一种寒区隧道安全运行监测系统，其特征在于，
所述数据分析模块根据隧道的通车率分析出对寒区隧道的温度场、渗透场、应力场的影响，具体分析步骤如下：
Figure 706362DEST_PATH_IMAGE005
、将时间为
Figure 705542DEST_PATH_IMAGE006
内时通过隧道的车辆数目记为
Figure 442423DEST_PATH_IMAGE007
，计算出隧道的通车率
Figure 792632DEST_PATH_IMAGE008
，通过隧道的每个车辆的速度记为
Figure 506117DEST_PATH_IMAGE009
，车辆的质量记为
Figure 625383DEST_PATH_IMAGE010
，空气阻力为
Figure 2006DEST_PATH_IMAGE011
，隧道的长度为
Figure 839512DEST_PATH_IMAGE012
，计算移动的车辆与隧道内的空气之间的能量转换，公式如下：
Figure 94038DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 333390DEST_PATH_IMAGE014
，
Figure 146494DEST_PATH_IMAGE015
，
其中
Figure 471296DEST_PATH_IMAGE016
代表空气与车辆的摩擦系数，
Figure 526583DEST_PATH_IMAGE017
为车身和空气之间的热传到系数，
Figure 354862DEST_PATH_IMAGE018
为通过隧道的车辆与隧道的温度场发生的转换的能量，转换的能量增加隧道温度场量
Figure 604447DEST_PATH_IMAGE019
的变化，温度场量
Figure 42644DEST_PATH_IMAGE020
的变化带来渗透场的变化，加速渗透场的渗透，二维非稳态渗流公式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
Figure 606349DEST_PATH_IMAGE022
为水头场函数，
Figure 85872DEST_PATH_IMAGE023
为渗透系数，
Figure 739314DEST_PATH_IMAGE024
为承压含水层的释水率，
Figure 773129DEST_PATH_IMAGE025
为三维空间内的三个方向，通车率
Figure 671684DEST_PATH_IMAGE026
与温度场量
Figure 474554DEST_PATH_IMAGE019
的变化量
Figure 442773DEST_PATH_IMAGE027
是对应的；
Figure 213152DEST_PATH_IMAGE028
、渗透场、应力场、温度场发生耦合，渗透场与应力场存在耦合，渗透参数与寒区隧道内的孔隙率成指数关系，寒区隧道内的孔隙率直接影响寒区隧道内弹性力学应力的变化，再根据质量守恒方程和动量守恒方程分析隧道内的温度场，温度场利用质量守恒方程进行计算，具体方程如下：
Figure 400550DEST_PATH_IMAGE029
=0，
其中
Figure 94747DEST_PATH_IMAGE030
为密度，
Figure 342189DEST_PATH_IMAGE031
为时间，
Figure 599864DEST_PATH_IMAGE032
为散度算子，
Figure 856533DEST_PATH_IMAGE033
,
Figure 650308DEST_PATH_IMAGE034
为速度矢量,
Figure 68651DEST_PATH_IMAGE025
为三维空间内的三个方向；
动量守恒方程如下所示：
Figure 548042DEST_PATH_IMAGE035
,
其中函数
Figure 342823DEST_PATH_IMAGE036
，湍流粘度系数
Figure 722595DEST_PATH_IMAGE037
,
Figure 311840DEST_PATH_IMAGE038
为经验常数；
Figure 544107DEST_PATH_IMAGE039
、经过寒区隧道的车辆通过影响渗透场、应力场来作用于寒区隧道内温度场的变化，计算在车辆影响下温度场对应的冻胀率。
3.根据权利要求1所述的一种寒区隧道安全运行监测系统，其特征在于，
所述的设计采集模块是对寒区隧道的设计和建设过程进行信息采集并将信息存储于设计信息存储模块，所述使用采集模块采集的是寒区隧道的使用过程中的使用信息并存储于使用信息存储模块，所述维护采集模块采集的是使用过程中对寒区隧道的检查和维护的信息并存储于维护信息存储模块，所述环境采集模块采集的是寒区隧道所处的环境信息和地理位置信息并存储于其他数据信息存储模块，数据加密模块是用于对数据发送模块发送的数据信息的加密，数据调用模块是根据数据分析模块的分析请求从云存储模块调取对应的数据信息。
4.根据权利要求1所述的一种寒区隧道安全运行监测系统，其特征在于，
在寒区隧道在设计和建设过程中，为了对寒区隧道的质量进行维护，在寒区隧道内安装有用于监控隧道质量的传感器，传感器包括应力传感器、温度传感器、湿度传感器，传感器的位置分布影响寒区隧道使用过程中的采集数据的准确性，采集分析模块是用来分析传感器的位置信息的。
5.根据权利要求1所述的一种寒区隧道安全运行监测系统，其特征在于，
所述监督模块是数据采集过程和数据分析过程的监督，所述数据分析模块根据冻胀率和云存储模块对寒区隧道的质量进行判断，当判断结果为寒区隧道存在安全隐患时，所述分析监督模块记录寒区隧道存在的隐患，并由警报模块向相关部门发送警报信号，所述采集监督模块是用于监督寒区隧道内的传感器和用于数据采集的采集器的工作状态，当数据采集过程出现异常时，所述异常监督模块记录异常工作的传感器和采集器，并由警报模块向相关部门发送警报信号。
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