CN116878411A - 一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法 - Google Patents

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赵青
孙一鸣
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Abstract

本发明公开了一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法,涉及铁路隧道工程技术领域,包括沿隧道变形缝安装多个传感器监测点并同时上传监测数据;光纤光栅解调仪将数据转换后传输至数据处理模块;数据处理模块将接受的数据归类整合为两组数列上传第一预测模型;由第一预测模型得出表征变形缝横向位移量的第一预测概率和表征变形缝竖向位移量的第二预测概率;由可视化模块显示第一预测概率和第二预测概率的折线图。本发明通过多个监测点将变形缝分割为多个等距小段,每个监测点能够分别监测变形缝局部的横向位移量和竖向位移量;若有任一数值超过阈值,则证明异常数值对应的变形缝监测点处存在横向或是竖向位移量过大。

Description

一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法
技术领域
本发明涉及铁路隧道工程技术领域,尤其是涉及一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法。
背景技术
隧道变形缝是伸缩缝和沉降缝的总称,它的作用主要是为了适应工程结构的伸缩、沉降,以避免结构物发生大变形而产生破坏。实践证明,隧道变形缝的设置对于减少侧墙变形、裂缝、砌体脱落以及渗漏水等现象具有十分明显的改善作用,因此隧道变形缝被广泛应用于隧道结构中。
目前,隧道变形缝形变测量手段主要是人工监测和隧道变形缝静力水准仪自动化监测,现有技术中,例如公开号(CN107843195A)一种活动断裂带隧道结构变形监测系统及方法,通过围绕活动断裂带变形缝布置位移测点,监测活动断裂带变形缝及非断裂带变形缝参考测点的剪切位移和张开、闭合位移。光纤光栅位移传感器通过一体式传感器安装装置布置在监测断面水沟盖板上1米位置,多断面传感器通过多芯光纤连接至隧道口监测中心光纤数据采集。
上述方案中,将用于采集变形缝位移数据的光纤光栅位移传感器通过一体式传感器安装在监测断面水沟盖板上,由于监测断面水沟盖板与变形缝两侧结构并未有一体连接关系,且材质不同,因此只有当变形缝两侧结构整体产生一定的位移量带动盖板形变,才能够使安装在盖板上的光纤光栅位移传感器通过一体式传感器监测到,难以充分监测到变形缝两侧结构的局部区域的位移量,并且也不能预测到变形缝结构位移和倾斜。
发明内容
本发明提供一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法,包括如下方法:
S1、沿隧道变形缝安装多个传感器监测点,多个传感器监测点的传感器将反馈信号输出至光纤光栅解调仪;
S2、光纤光栅解调仪将每个传感器监测点的反馈信号传输至数据处理模块;
S3、所述数据处理模块将多个反馈信号进行归类建立第一数据集和第二数据集,并传输至第一预测模型;
S4、所述第一预测模型对所述第一数列和所述第二数列进行匹配,输出第一预测结果和第二预测结果,并传输至数据可视化模块,若有任一项预测结果超出阈值,则发出警报信息并传输至所述数据可视化模块;
S5、所述数据可视化模块用于将所述第一预测结果和所述第二预测结果可视化输出,若所述数据可视化模块接受到所述警报信息,则将所述警报信息对应第一预测结果或所述第二预测结果可视化输出。
进一步,在所述S1中,每个所述传感器监测点均包括一个横向光纤光栅双向位移传感器和一个竖向光纤光栅双向位移传感器;
所述横向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝一侧的结构上,所述横向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝横向的相对位移;
所述竖向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝另一侧的结构上,所述竖向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝竖向的相对位移。
进一步,在所述S2中,所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述横向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出;
所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述竖向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出。
进一步,在所述S3中,所述数据处理模块将所有关联所述横向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第一数列,所述数据处理模块将所有关联所述竖向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第二数列。
进一步,在所述第一数列中,所有数字的排列方式与所有的所述横向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致;
在所述第二数列中,数字的排列方式与所有的所述竖向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致。
进一步,在所述S4中,所述第一预测模型匹配所述第一数列和所述第二数列的步骤如下:
S401、在所述第一预测模型中预设不同规格的高铁隧道及其对应的隧道变形缝阈值作为样本数据;
S402、将待测高铁隧道的规格与所述样本数据中的不同规格的高铁隧道匹配,得出匹配度最高的预设高铁隧道规格以及对应的隧道变形缝阈值;
S403、将输入的所述第一数列和所述第二数列与所述对应的隧道变形缝阈值对比,若有至少一个数字超出阈值,则发出警报信息。
进一步,在所述S401中,所述对应的隧道变形缝阈值包括:隧道变形缝的横向阈值、隧道变形缝的竖向阈值,并且所述隧道变形缝的横向阈值和所述隧道变形缝的竖向阈值传输至所述数据可视化模块;
所述横向阈值包括第一预设数列,所述第一预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大横向位移量的最大顺次差值为所述横向阈值;
所述竖向阈值包括第二预设数列,所述第二预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大竖向位移量的最大顺次差值为所述竖向阈值。
进一步,在所述S5中,所述数据可视化模块还包括显示装置,所述数据可视化模块将所述隧道变形缝的横向阈值折线图、所述隧道变形缝的竖向阈值折线图、所述第一预测结果、和所述第二预测结果转换为折线图通过所述显示装置输出,所述数据可视化模块将所述警报信息转换为异色折线图通过所述显示装置在对应的预测结果折线图上显示;
在所述显示装置上用于显示第一预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的横向阈值折线图,在所述显示装置上用于显示第二预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的竖向阈值折线图。
一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统,用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,包括如下模块:
云服务器,用于运行数据处理模块和第一预测模型,由所述数据处理模块得出第一数列和第二数列;由所述第一预测模型得出第一预测结果和第二预测结果;
光纤光栅解调仪,与所述云服务器连接,用于将输入的传感器光信号转换为数字信号输出;
传感器监测模块,与所述光纤光栅解调仪连接,用于对隧道变形缝的形变情况进行监测,得出隧道变形缝两侧结构的横向位移量和竖向位移量;
数据可视化模块,与所述云服务器连接,用于将第一预测结果、第二预测结果、警报信息转换为视频流显示。
与现有技术相比较,本发明的有益效果在于:
(1)本发明通过沿高铁隧道变形缝设置多个传感器监测点,多个监测点将变形缝分割为多个等距小段,每个监测点能够分别监测变形缝局部的横向位移量和竖向位移量,通过获取某一时刻所有的传感器监测点上传数据,即可得出该处变形缝的横向剪切位移量和竖向剪切位移量,便于远程判定变形缝的位移数据。
(2)本发明通过数据处理模块将多个传感器监测点上传数据进行归纳整合为用于表征变形缝各监测点横向位移量的第一数列,以及用于表征变形缝各监测点竖向位移量的第二数列,通过第一预测模型中预设的阈值与第一数列和第二数列一一比对,若有任一数值超过阈值,则证明异常数值对应的变形缝监测点处存在横向或是竖向位移量过大,预测该处会优先发生过度形变。
(3)本发明通过将隧道变形缝的多个监测点数值转换为监测点折线图,以及将第一模型中预设的对应规格隧道变形缝的阈值转换为阈值折线图,若变形缝整体将要发生横向或是竖向的过度形变,可以在显示装置上观察到监测点折线图的大致走向逐渐倾斜,并且监测点折线图的倾斜方向对应变形缝的倾斜方向,监测点折线图与阈值折线图的夹角角度与变形缝整体形变的程度成正比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例一的高铁隧道的变形缝形自动化监测方法流程图;
图2为实施例一的第一预测模型运行流程图;
图3为实施例二的高铁隧道的变形缝形自动化监测图;
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例一
下面结合图1所示,本发明实施例提供了一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统及方法,包括如下方法:
S1、沿隧道变形缝安装多个传感器监测点,多个传感器监测点的传感器将反馈信号输出至光纤光栅解调仪。
在所述S1中,每个所述传感器监测点均包括一个横向光纤光栅双向位移传感器和一个竖向光纤光栅双向位移传感器。
所述横向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝一侧的结构上,所述横向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝横向的相对位移。
所述竖向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝另一侧的结构上,所述竖向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝竖向的相对位移。
具体地,本发明通过沿高铁隧道变形缝设置多个传感器监测点,多个监测点将变形缝分割为多个等距小段,每个监测点能够分别监测变形缝局部的横向位移量和竖向位移量,通过获取某一时刻所有的传感器监测点上传数据,即可得出该处变形缝的横向剪切位移量和竖向剪切位移量,便于远程判定变形缝的位移数据。
S2、光纤光栅解调仪将每个传感器监测点的反馈信号传输至数据处理模块。
在所述S2中,所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述横向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出;
所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述竖向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出。
具体地,光纤光栅解调仪接受传感器光信号后转换为数字信号并上传,在此过程中,对于多个传感器的信息处理都是同步的,保证获取的数据具备时效性,防止不同时间点的监测数据对后续判断造成干扰。
S3、所述数据处理模块将多个反馈信号进行归类建立第一数据集和第二数据集,并传输至第一预测模型。
在所述S3中,所述数据处理模块将所有关联所述横向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第一数列,所述数据处理模块将所有关联所述竖向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第二数列。
在所述第一数列中,所有数字的排列方式与所有的所述横向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致;
在所述第二数列中,数字的排列方式与所有的所述竖向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致。
S4、所述第一预测模型对所述第一数列和所述第二数列进行匹配,输出第一预测结果和第二预测结果,并传输至数据可视化模块,若有任一项预测结果超出阈值,则发出警报信息并传输至所述数据可视化模块。
如图2所示,在所述S4中,所述第一预测模型匹配所述第一数列和所述第二数列的步骤如下:
S401、在所述第一预测模型中预设不同规格的高铁隧道及其对应的隧道变形缝阈值作为样本数据。
在所述S401中,所述对应的隧道变形缝阈值包括:隧道变形缝的横向阈值、隧道变形缝的竖向阈值,并且所述隧道变形缝的横向阈值和所述隧道变形缝的竖向阈值传输至所述数据可视化模块;
所述横向阈值包括第一预设数列,所述第一预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大横向位移量的最大顺次差值为所述横向阈值;
所述竖向阈值包括第二预设数列,所述第二预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大竖向位移量的最大顺次差值为所述竖向阈值。
S402、将待测高铁隧道的规格与所述样本数据中的不同规格的高铁隧道匹配,得出匹配度最高的预设高铁隧道规格以及对应的隧道变形缝阈值。
S403、将输入的所述第一数列和所述第二数列与所述对应的隧道变形缝阈值对比,若有至少一个数字超出阈值,则发出警报信息。
本发明通过数据处理模块将多个传感器监测点上传数据进行归纳整合为用于表征变形缝各监测点横向位移量的第一数列,以及用于表征变形缝各监测点竖向位移量的第二数列,通过第一预测模型中预设的阈值与第一数列和第二数列一一比对,若有任一数值超过阈值,则证明异常数值对应的变形缝监测点处存在横向或是竖向位移量过大,预测该处会优先发生过度形变。
S5、所述数据可视化模块用于将所述第一预测结果和所述第二预测结果可视化输出,若所述数据可视化模块接受到所述警报信息,则将所述警报信息对应第一预测结果或所述第二预测结果可视化输出。
在所述S5中,所述数据可视化模块还包括显示装置,所述数据可视化模块将所述隧道变形缝的横向阈值折线图、所述隧道变形缝的竖向阈值折线图、所述第一预测结果、和所述第二预测结果转换为折线图通过所述显示装置输出,所述数据可视化模块将所述警报信息转换为异色折线图通过所述显示装置在对应的预测结果折线图上显示;
在所述显示装置上用于显示第一预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的横向阈值折线图,在所述显示装置上用于显示第二预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的竖向阈值折线图。
本发明通过将隧道变形缝的多个监测点数值转换为监测点折线图,以及将第一模型中预设的对应规格隧道变形缝的阈值转换为阈值折线图,若变形缝整体将要发生横向或是竖向的过度形变,可以在显示装置上观察到监测点折线图的大致走向逐渐倾斜,并且监测点折线图的倾斜方向对应变形缝的倾斜方向,监测点折线图与阈值折线图的夹角角度与变形缝整体形变的程度成正比。
实施例二
一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统,用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,如图3所示,包括如下模块:
云服务器、用于运行数据处理模块和第一预测模型,由所述数据处理模块得出第一数列和第二数列;由所述第一预测模型得出第一预测结果和第二预测结果;
光纤光栅解调仪、与所述云服务器连接,用于将输入的传感器光信号转换为数字信号输出;
传感器监测模块、与所述光纤光栅解调仪连接,用于对隧道变形缝的形变情况进行监测,得出隧道变形缝两侧结构的横向位移量和竖向位移量;
数据可视化模块,与所述云服务器连接,用于将第一预测结果、第二预测结果、警报信息转换为视频流显示。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,包括如下方法:
S1、沿隧道变形缝安装多个传感器监测点,多个传感器监测点的传感器将反馈信号输出至光纤光栅解调仪;
S2、光纤光栅解调仪将每个传感器监测点的反馈信号传输至数据处理模块;
S3、所述数据处理模块将多个反馈信号进行归类建立第一数据集和第二数据集,并传输至第一预测模型;
S4、所述第一预测模型对所述第一数列和所述第二数列进行匹配,输出第一预测结果和第二预测结果,并传输至数据可视化模块,若有任一项预测结果超出阈值,则发出警报信息并传输至所述数据可视化模块;
S5、所述数据可视化模块用于将所述第一预测结果和所述第二预测结果可视化输出,若所述数据可视化模块接受到所述警报信息,则将所述警报信息对应第一预测结果或所述第二预测结果可视化输出。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S1中,每个所述传感器监测点均包括一个横向光纤光栅双向位移传感器和一个竖向光纤光栅双向位移传感器;
所述横向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝一侧的结构上,所述横向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝横向的相对位移;
所述竖向光纤光栅双向位移传感器安装在隧道变形缝另一侧的结构上,所述竖向光纤光栅双向位移传感器用于监测隧道变形缝竖向的相对位移。
3.根据权利要求2所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S2中,所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述横向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出;
所述光纤光栅解调仪顺次将每一个所述竖向光纤光栅双向位移传感器输入的光学信号转换为数字信号输出。
4.根据权利要求3所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S3中,所述数据处理模块将所有关联所述横向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第一数列,所述数据处理模块将所有关联所述竖向光纤光栅双向位移传感器输出的数字信号归纳建立第二数列。
5.根据权利要求4所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述第一数列中,所有数字的排列方式与所有的所述横向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致;
在所述第二数列中,数字的排列方式与所有的所述竖向光纤光栅双向位移传感器排列顺序一致。
6.根据权利要求5所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S4中,所述第一预测模型匹配所述第一数列和所述第二数列的步骤如下:
S401、在所述第一预测模型中预设不同规格的高铁隧道及其对应的隧道变形缝阈值作为样本数据;
S402、将待测高铁隧道的规格与所述样本数据中的不同规格的高铁隧道匹配,得出匹配度最高的预设高铁隧道规格以及对应的隧道变形缝阈值;
S403、将输入的所述第一数列和所述第二数列与所述对应的隧道变形缝阈值对比,若有至少一个数字超出阈值,则发出警报信息。
7.根据权利要求6所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S401中,所述对应的隧道变形缝阈值包括:隧道变形缝的横向阈值、隧道变形缝的竖向阈值,并且所述隧道变形缝的横向阈值和所述隧道变形缝的竖向阈值传输至所述数据可视化模块;
所述横向阈值包括第一预设数列,所述第一预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大横向位移量;
所述竖向阈值包括第二预设数列,所述第二预设数列中具有依次排列的多个数字,所述多个数字为等距分布在对应所述隧道变形缝上的监测点,并且所述多个数字分别对应所述隧道变形缝上相应局部区域的最大竖向位移量。
8.根据权利要求7所述的一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,在所述S5中,所述数据可视化模块还包括显示装置,所述数据可视化模块将所述隧道变形缝的横向阈值折线图、所述隧道变形缝的竖向阈值折线图、所述第一预测结果、所述第二预测结果转换为折线图通过所述显示装置输出,所述数据可视化模块将所述警报信息转换为异色折线图通过所述显示装置在对应的预测结果折线图上显示;
在所述显示装置上用于显示第一预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的横向阈值折线图,在所述显示装置上用于显示第二预测结果的区域还显示有所述隧道变形缝的竖向阈值折线图。
9.一种适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测系统,用于权利要求1-8任一项所述的适用于高铁隧道的变形缝形变自动化监测方法,其特征在于,包括如下模块:
云服务器,用于运行数据处理模块和第一预测模型,由所述数据处理模块得出第一数列和第二数列;由所述第一预测模型得出第一预测结果和第二预测结果;
光纤光栅解调仪,与所述云服务器连接,用于将输入的传感器光信号转换为数字信号输出;
传感器监测模块,与所述光纤光栅解调仪连接,用于对隧道变形缝的形变情况进行监测,得出隧道变形缝两侧结构的横向位移量和竖向位移量;
数据可视化模块,与所述云服务器连接,用于将第一预测结果、第二预测结果、警报信息转换为视频流显示。
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