CN116798191A - 一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能交通物联网应用服务领域，具体涉及一种基于传感技术的公路隧道施工期灾害实时监测预警系统及方法。该系统包括若干个受力传感器模块、综合控制模块、物联网通讯基站和管理后台,所述受力传感器模块沿环向均布在隧道监测断面的各测点上，所述监测断面上测点布置数量随施工期灾害风险的增大逐渐增多，监测断面的间距随着施工期灾害风险的增大逐步缩短。所述方法通过上述装置，操作使用终端登录云服务器进行远程管控，实现数据分析、报表生成和风险预警。本发明可实时自动监测、远程管控，节约人力、物力成本；受外界影响小，数据监测可靠性高；数据传输的稳定性高；智能化运行安全、快捷，预警及时、迅速；可最大程度降低施工的风险。

Description

一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统及方法

技术领域

本发明属于智能交通物联网应用服务领域，具体涉及一种基于传感技术公路隧道施工期灾害实时监测预警系统及方法。

背景技术

公路隧道施工期结构受力监测是评价隧道受力状态和安全性的直观手段，可有效预警隧道施工期重点段落结构坍塌、突水突泥等灾害。传统的施工期针对灾害风险的结构受力监测主要是技术人员携带仪表进入现场进行数据采集，然后返回室内再进行数据分析，存在实时性差、监测频率低、工作量大等问题，并且受隧道施工现场爆破、出渣等各种干扰因素制约，进入现场开展数据采集工作难度较大，存在着一定的安全隐患。

如何优化施工期针对灾害风险的监测预警方式方法是本领域技术人员的重点研究方向。

发明内容

本发明提供一种基于传感技术的公路隧道施工期灾害实时监测预警系统及方法，以解决现有技术存在的实时性差、监测频率低、工作量大且存在一定安全隐患的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术解决方案予以实现：一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，包括若干个受力传感器模块、综合控制模块、物联网通讯基站和管理后台,所述受力传感器模块沿环向均布在断面的各测点上，所述监测断面上测点布置数量可随施工期灾害风险的增大逐渐增多，监测断面的间距随着施工期灾害风险的增大逐步缩短。

进一步的，上述受力传感器模块至少分布在监测断面的拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙和右边墙5个测点上。

进一步的，上述受力传感器模块由2个钢架应变计、1个混凝土应变计及1个传感控制器组成，所述钢架应变计安装在隧道监测断面的结构内部钢架的内、外侧翼缘上，所述混凝土应变计安装在隧道监测断面的混凝土内部，并将钢架应变计和混凝土应变计接入传感控制器中。

进一步的，上述综合控制模块安装于靠近监测断面的预留洞室内，由数据采集主板、信号传输器、声光报警器、电源和信号发射天线组成。

进一步的，上述物联网通讯基站由洞外通讯信号接收机、信号传输光缆和洞内通讯信号发射机组成。

进一步的，上述后台工作站由数据接收器、云服务器和使用终端组成。

进一步的，上述监测系统的工作方法，包括以下步骤：

步骤一，在存在灾害风险处设定监测断面，在监测断面的钢架架设完成后，沿环向至少布置拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙5个测点，在每个测点的钢架内、外侧翼缘各安装一个钢架应变计，在需浇筑混凝土位置预安装一个混凝土应变计，并将钢架应变计和混凝土应变计接入传感控制器中；将传感控制器的控制电缆沿监测断面朝安装综合控制模块的一侧环向走线，将其接头提前集中到预留洞室中；

步骤二，在隧道洞口安装洞外通讯信号接收机，在洞内靠近监测区域的二次衬砌上安装洞内通讯信号发射机，洞外通讯信号接收机和洞内通讯信号发射机之间采用信号传输光缆进行信号传输；洞外通讯信号接收机和洞内通讯信号发射机均就近外接220V市电进行供电，使隧道监测区域内具有无线通讯网络；

步骤三，监测断面的混凝土浇筑完成后，将综合控制模块放入预留洞室中，传感控制器的控制电缆接头与综合控制模块中的数据采集主板接口相连接，通过信号传输器和信号发射天线将数据信号向外发送；

步骤四，在室内安装数据接收器，接收信号发射天线传出的数据，通过无线通讯网络上传至云服务器中，管理人员可通过使用终端登录云服务器进行远程操控，自动实现数据分析、报表生成和风险预警；

步骤五，随着隧道向前施工，在存在灾害风险的段落间隔3-10米设置下一个测量断面，监测断面的间距随着施工期灾害风险的增大逐步缩短，所述监测断面的测点布置数量随着施工期灾害风险的增大逐渐增多，重复步骤1-步骤4，直至施工完毕。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、系统实时自动监测，节约人力、物力成本：将灾害实时监测系统安装在隧道监测区域，对结构受力情况实施全天24小时不间断地自动监测，并可根据传感器监测到的数值大小由传感控制器自动调节测量频率，极大提高了监测工作的自动化、智能化水平，节省了大量的人力、物力成本。

2、系统受外界影响小，数据监测可靠性高：多个受力传感器模块安装在隧道结构内部，综合控制模块设置在预留洞室内，无暴露在外的仪器设备，受隧道施工爆破影响小，数据监测可靠性高，并且综合控制模块拆卸后可重复利用，从而降低监测系统的成本。

3、系统数据传输的稳定性高：通过架设的物联网通讯基站，将隧道洞外通讯信号传输至洞内无通讯信号的监测区域，利用通讯信号实现受力监测数据的无线传输，从而可以取消专用的数据传输线缆，有效避免施工作业对线缆的损坏，保证系统数据传输的稳定性。

4、系统智能化运行安全、快捷，预警及时、迅速：在云服务器上部署分析软件，对受力监测数据进行实时分析处理，监测人员可在异地操作使用终端登录云服务器，根据风险大小自动调节监测频率，查看结构受力数据的变化情况，当结构受力数据变化量超过阈值，存在风险过大情况时可及时进行预警。

5、可最大程度降低施工的风险：监测断面的间距随着灾害风险的增大逐渐缩短，受力传感器数量随着灾害风险的增大逐渐增多，设备的数量随需求实施动态调整，24小时不中断地进行灾害自动监测，可高效保证以最少的投资将施工期灾害安全隐患降至最低。

附图说明

图1为本发明实施例设备布置平面示意图；

图2为监测区域的设备布置立面示意图；

图3为综合控制模块组成示意图；

图4为物联网通讯基站组成示意图；

图5为管理后台组成示意图。

图中，1-钢架应变计，2-混凝土应变计，3-传感控制器，4-控制电缆，5-综合控制模块，6-数据采集主板，7-信号传输器，8-电源，9-信号发射天线，10-声光报警器，11-洞外通讯信号接收机，12-信号传输光缆，13-洞内通讯信号发射机，14-使用终端，15-数据接收器，16-云服务器。

具体实施方式

下面将结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1-图5，一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，包括若干个受力传感器模块、综合控制模块5、物联网通讯基站和管理后台。所述受力传感器模块沿环向均布在监测断面的测点上，本实施例中，受力传感器模块至少分布在拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙5处测点上，每处测点上布置有2个钢架应变计1、1个混凝土应变计2及1个传感控制器，构成受力传感器模块，其中钢架应变计1安装在隧道监测断面的结构内部钢架的内、外侧翼缘上，混凝土应变计2安装在隧道监测断面的混凝土内部，并将钢架应变计1和混凝土应变计2接入传感控制器3中。所述监测断面上测点布置数量可随施工期灾害风险的增大逐渐增多，监测断面的间距随着施工期灾害风险的增大逐步缩短。

所述综合控制模块5安装于隧道边墙处靠近监测断面的预留洞室内，主要由数据采集主板6、信号传输器7、电源8、信号发射天线9、声光报警器10组成，将采集到的结构受力监测数据通过无线传输的方式发送到管理后台，并通过现场声光报警器10实现声光预警。

所述物联网通讯基站主要由洞外通讯信号接收机11、信号传输光缆12和洞内通讯信号发射机13组成，洞外通迅信号接收机11将通讯信号接收并放大后，通过信号传输光缆12将通讯信号传输至洞内通讯信号发射机13，然后通过洞内通讯信号发射机13将通讯信号发射出去，使隧道监测区域内具有无线通讯网络。

所述管理后台主要由数据接收器15、云服务器16和使用终端14组成。数据接收器15负责接收综合控制模块5中信号发射天线9传出的受力监测数据信号，然后传输至云服务器16中，通过云服务器16上部署的专用处理软件对数据进行实时分析处理，管理人员可在异地通过使用终端14登录云服务器16，进入处理软件进行远程操控，查看监控量测数据情况，当受力数据超过阈值时，软件自动向管理人员发送预警短信，由管理人员结合实际情况远程启动现场声光报警器10。

实施例，参见所述的基于传感技术的公路隧道施工期的灾害实时监测预警系统的使用方法，包括以下步骤：

步骤一，根据监测需求确定隧道结构受力的监测断面，至少在监测断面的拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙5处位置，每处位置在结构内部沿环向安装若干个钢架应变计1、混凝土应变计2及传感控制器3，将控制电缆4沿监测断面朝安装综合控制模块5的一侧环向走线，将其接头提前集中到预留洞室中。

步骤二，在隧道洞口通讯信号好的位置安装洞外通讯信号接收机11，旋转洞外通讯信号接收机11的角度使其天线朝向信号最佳的方位后进行固定，在洞内靠近监测区域的二次衬砌上安装洞内通讯信号发射机13，旋转洞内通讯信号发射机13天线朝向综合控制模块5位置，洞外通讯信号接收机11和洞内通讯信号发射机13之间采用信号传输光缆12进行信号传输。洞外通讯信号接收机11和洞内通讯信号发射机13均就近外接220V市电进行供电。

步骤三，待隧道监测断面混凝土浇筑完毕后，将综合控制模块5放入预留洞室中，将控制电缆4接头与综合控制模块5中的数据采集主板6接口相连接，将电源8打开给综合控制模块5的数据采集主板6、信号传输器7和声光报警器10供电。

步骤四，在室内安装数据接收器15，接收信号发射天线9传出的无线数据，通过网络上传至云服务器16中，在云服务器16上部署隧道自动化监控量测处理软件，该软件对监控量测数据进行自动处理，实现数据分析、报表生成、风险预警等功能。管理人员通过在使用终端14上登录云服务器16进行远程操控。

步骤五，随着隧道向前施工，根据施工期灾害风险大小间隔3-10米设置下一个监测断面，重复步骤1-步骤4，监测断面的间距施工期灾害风险的增大逐步减小，所述测点布置数量随着施工期灾害风险的增大逐渐增多，直至施工完毕。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡是利用本发明的说明书及附图内容所做的等同结构变化，均应包含在发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：包括若干个受力传感器模块、综合控制模块(5)、物联网通讯基站和管理后台,所述受力传感器模块沿环向均布在监测断面的各测点上，所述监测断面上测点布置数量可随施工期灾害风险的增大逐渐增多，监测断面的间距随着施工期灾害风险的增大逐步缩短。

2.根据权利要求1所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：所述受力传感器模块至少分布在监测断面的拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙和右边墙5个测点上。

3.根据权利要求1或2所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：所述受力传感器模块由2个钢架应变计(1)、1个混凝土应变计(2)和1个传感控制器(3)组成，所述钢架应变计(1)安装在隧道监测断面的结构内部钢架的内、外侧翼缘上，所述混凝土应变计(2)安装在隧道监测断面的混凝土内部，钢架应变计(1)和混凝土应变计(2)统一接入传感控制器(3)中。

4.根据权利要求3所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：所述综合控制模块(5)安装于靠近监测断面的预留洞室内，由数据采集主板(6)、信号传输器(7)、声光报警器(10)、电源(8)和信号发射天线(9)组成。

5.根据权利要求4所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：所述物联网通讯基站由洞外通讯信号接收机(11)、信号传输光缆(12)和洞内通讯信号发射机(13)组成。

6.根据权利要求5所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统，其特征在于：所述管理后台由数据接收器(15)、云服务器(16)和使用终端(14)组成。

7.根据权利要求1所述的一种公路隧道施工期灾害实时监测预警系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在存在施工灾害风险处设定监测断面，在监测断面的钢架架设完成后，沿环向至少布置拱顶、左拱腰、右拱腰、左边墙、右边墙5个测点，在每个测点的钢架内、外侧翼缘各安装一个钢架应变计(1)，在对应的需浇筑混凝土位置预安装一个混凝土应变计(2)，并将钢架应变计(1)和混凝土应变计(2)接入传感控制器(3)中；将控制电缆(4)沿监测断面朝安装综合控制模块(5)的一侧环向走线，将其接头提前集中到预留洞室中；

步骤二，在隧道洞口安装洞外通讯信号接收机(11)，在洞内靠近监测区域的二次衬砌上安装洞内通讯信号发射机(13)，洞外通讯信号接收机(11)和洞内通讯信号发射机(13)之间采用信号传输光缆(12)进行信号传输；洞外通讯信号接收机(11)和洞内通讯信号发射机(13)均就近外接220V市电进行供电，使隧道监测区域内具有无线通讯网络；

步骤三，监测断面的混凝土浇筑完成后，将综合控制模块(5)放入预留洞室中，控制电缆(4)线接头与综合控制模块(5)中的数据采集主板(6)接口相连接，通过信号传输器(7)和信号发射天线(9)将数据信号向外发送；

步骤四，在室内安装数据接收器(15)，接收信号发射天线(9)传出的数据，通过网络上传至云服务器(16)中，管理人员通过使用终端(14)登录云服务器(16)进行远程操控，自动实现数据分析、报表生成和风险预警；

步骤五，随着隧道向前施工，在存在灾害风险的段落间隔3-10米设置下一个测量断面，监测断面的间距随着灾害风险的增大逐步缩短，所述监测断面的测点布置数量随着灾害风险的增大逐渐增多，重复步骤1-步骤4，直至施工完毕。