CN116887322A - 一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，涉及隧道健康监测技术领域，包括后台监控中心子系统、通信网络模块、安装在隧道内部的在线监测系统和预警模块，所述后台监控中心子系统用于后台监控室内对系统覆盖区域内的隧道内部的健康状态进行实时监控，所述通信网络模块为后台监控中心子系统和在线监测系统提供通信支持，所述在线监测系统用于对系统覆盖区域内的隧道内部的健康进行监测，所述预警模块用于隧道内部的预警。该发明采用分布式传感光纤和无线数据传输两种方式，保证了在正常使用的时候信息数据传输的敏捷性还能保证在发生隧道事故的时候正常通信的安全性，能够及时的进行预警。
Description
技术领域
本发明涉及隧道健康监测技术领域，具体为一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统。
背景技术
隧道在提高运输能力，缩短行车距离，提升行车效率上起着非常重要的作用，随着我国高速公路的快速发展，隧道的里程也在急速增长，隧道的安全性也是大家重点关注的问题。众所周知，隧道建设不仅造价高，难度大，结构也非常复杂，为了确保隧道安全运行，对隧道结构进行实时监测和评估就显得极为重要。
比如申请号为CN200910157116.5的专利文件公开了一种分布式传感光纤隧道健康监测系统，但类似上述文件的权限管理方法依然存在以下不足：
现有的隧道健康监测系统反应不够稳定，在发生隧道事故的时候有线传输的方式容易造成通信中断，若采用无线传播方式则在日常使用的时候传播速度慢反应不够及时。
因此，急需对此缺点进行改进，本发明则是针对现有的结构及不足予以研究改良，提供有一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，包括后台监控中心子系统、通信网络模块、安装在隧道内部的在线监测系统和预警模块，所述后台监控中心子系统用于后台监控室内对系统覆盖区域内的隧道内部的健康状态进行实时监控，且后台监控中心子系统通过通信网络模块与在线监测系统通信连接，所述通信网络模块为后台监控中心子系统和在线监测系统提供通信支持，所述在线监测系统用于对系统覆盖区域内的隧道内部的健康进行监测，并将监测到的隧道健康数据通过通信网络模块传输到后台监控中心子系统中，所述预警模块用于隧道内部的预警；
其中，所述后台监控中心子系统包括中央处理器、数据接收模块、数据存储模块和系统显示模块；
所述通信网络模块包括测控云服务器、基站模块和采集网关。
进一步的，所述中央处理器采用i5处理器，且中央处理器用于通过数据接收模块接收在线监测系统中监测到的隧道健康数据并对隧道健康数据进行整理，所述数据接收模块用于接收来自在线监测系统监测到的隧道健康数据。
进一步的，所述数据存储模块用于对数据接收模块接收到的数据进行存储，所述系统显示模块基于多块液晶显示屏用于显示系统覆盖区域内隧道的实时监测数据。
进一步的，所述测控云服务器中基于云端服务器用于基站模块与后台监控中心子系统的无线通信连接，所述基站模块采用4G基站和5G基站两种基站，且采集网关通过基站模块中的4G基站和5G基站与测控云服务器通信连接。
进一步的，所述采集网关用于连接在线监测系统并获取在线监测系统中的各项监测数据，且采集网关中设置有数据采集模块、边缘计算模块和供电模块，所述数据采集模块的终端连接有振弦采集仪用于对隧道内部的振动状况数据的采集，且振弦采集仪在隧道的内部每隔米至少设置有一个，所述边缘计算模块采用基于TCP/IP协议的无线通信网络将振弦采集仪采集到的数据通过基站模块传输到测控云服务器上，所述供电模块用于对系统各个模块进行供电，且供电模块采用太阳能供电和有线供电两种方式。
进一步的，所述在线监测系统包括远程视频监控模块、环境监测模块和变形受力监测模块。
进一步的，所述远程视频监控模块中设置有远程视频摄像头用于监控系统覆盖区域内的隧道内部的实时状况，且远程视频摄像头通过传感光纤与采集网关通信连接，所述环境监测模块基于若干个温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器用于监测隧道内部的温度、湿度、气体成分和风速风向，且温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器采用分布式传感光纤连接，而且环境监测模块将监测到的数据传输到采集网关上。
进一步的，所述变形受力监测模块基于动力水准仪、静力水准仪、裂缝仪、位移传感器、表面式应变计和自动化测斜仪，且变形受力监测模块用于测量隧道内部结构性数据，且结构性数据包括但不限于隧道内部的沉降数据、倾斜数据、位移数据、应力数据、轴力数据和渗压数据。
进一步的，所述预警模块中设置有数据预警单元和声光预警单元，且数据预警单元中设置有数据预警阈值，其中，数据预警阈值包括但不限于隧道内部的沉降数据阈值、倾斜数据阈值、位移数据阈值、应力数据阈值、轴力数据阈值和渗压数据阈值，数据预警阈值还包括监测隧道内部的温度阈值、湿度阈值、气体成分阈值和风速风向阈值，所述声光预警单元基于声光报警器，且声光预警单元分为黄色预警和红色预警，所述环境监测模块和变形受力监测模块中监测到的实时数据达到数据预警单元中设定的数据预警阈值的80%则启动黄色预警，若环境监测模块和变形受力监测模块中监测到的实时数据达到数据预警单元中设定的数据预警阈值的100%则启动红色预警。
本发明提供了一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，具备以下有益效果：该一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，采用分布式传感光纤和无线数据传输两种方式，保证了在正常使用的时候信息数据传输的敏捷性还能保证在发生隧道事故的时候正常通信的安全性，能够及时的进行预警；
本申请通过预警模块中的数据预警单元中设置有数据预警阈值，其中，数据预警阈值包括但不限于隧道内部的沉降数据阈值、倾斜数据阈值、位移数据阈值、应力数据阈值、轴力数据阈值和渗压数据阈值，数据预警阈值还包括监测隧道内部的温度阈值、湿度阈值、气体成分阈值和风速风向阈值，所述声光预警单元基于声光报警器，且声光预警单元分为黄色预警和红色预警，环境监测模块和变形受力监测模块中监测到的实时数据达到数据预警单元中设定的数据预警阈值的80%则启动黄色预警，若环境监测模块和变形受力监测模块中监测到的实时数据达到数据预警单元中设定的数据预警阈值的100%则启动红色预警。
附图说明
图1为本发明一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的整体运行流程示意图；
图2为本发明一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的后台监控中心子系统的运行流程示意图；
图3为本发明一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的通信网络模块的运行流程示意图；
图4为本发明一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的在线监测系统的运行流程示意图；
图5为本发明一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的预警模块的运行流程示意图。
图中：1、后台监控中心子系统；101、中央处理器；102、数据接收模块；103、数据存储模块；104、系统显示模块；2、通信网络模块；201、测控云服务器；202、基站模块；203、采集网关；203a、数据采集模块；203b、边缘计算模块；203c、供电模块；3、在线监测系统；301、远程视频监控模块；302、环境监测模块；303、变形受力监测模块；4、预警模块；401、数据预警单元；402、声光预警单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
如图1-图5所示，一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，包括后台监控中心子系统1、通信网络模块2、安装在隧道内部的在线监测系统3和预警模块4，后台监控中心子系统1用于后台监控室内对系统覆盖区域内的隧道内部的健康状态进行实时监控，且后台监控中心子系统1通过通信网络模块2与在线监测系统3通信连接，所述通信网络模块2为后台监控中心子系统1和在线监测系统3提供通信支持，所述在线监测系统3用于对系统覆盖区域内的隧道内部的健康进行监测，并将监测到的隧道健康数据通过通信网络模块2传输到后台监控中心子系统1中，所述预警模块4用于隧道内部的预警；
其中，所述后台监控中心子系统1包括中央处理器101、数据接收模块102、数据存储模块103和系统显示模块104；
所述通信网络模块2包括测控云服务器201、基站模块202和采集网关203。
如图1和图2所示，具体为，中央处理器101采用i5处理器，且中央处理器101用于通过数据接收模块102接收在线监测系统3中监测到的隧道健康数据并对隧道健康数据进行整理，所述数据接收模块102用于接收来自在线监测系统3监测到的隧道健康数据。
数据存储模块103用于对数据接收模块102接收到的数据进行存储，所述系统显示模块104基于多块液晶显示屏用于显示系统覆盖区域内隧道的实时监测数据。
如图1和图3所示，具体为，测控云服务器201中基于云端服务器用于基站模块202与后台监控中心子系统1的无线通信连接，所述基站模块202采用4G基站和5G基站两种基站，且采集网关203通过基站模块202中的4G基站和5G基站与测控云服务器201通信连接。
采集网关203用于连接在线监测系统3并获取在线监测系统3中的各项监测数据，且采集网关203中设置有数据采集模块203a、边缘计算模块203b和供电模块203c，所述数据采集模块203a的终端连接有振弦采集仪用于对隧道内部的振动状况数据的采集，且振弦采集仪在隧道的内部每隔1000米至少设置有一个，所述边缘计算模块203b采用基于TCP/IP协议的无线通信网络将振弦采集仪采集到的数据通过基站模块202传输到测控云服务器201上，所述供电模块203c用于对系统各个模块进行供电，且供电模块203c采用太阳能供电和有线供电两种方式。
如图1和图4所示，具体为，在线监测系统3包括远程视频监控模块301、环境监测模块302和变形受力监测模块303。
远程视频监控模块301中设置有远程视频摄像头用于监控系统覆盖区域内的隧道内部的实时状况，且远程视频摄像头通过传感光纤与采集网关203通信连接，所述环境监测模块302基于若干个温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器用于监测隧道内部的温度、湿度、气体成分和风速风向，且温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器采用分布式传感光纤连接，而且环境监测模块302将监测到的数据传输到采集网关203上。
变形受力监测模块303基于动力水准仪、静力水准仪、裂缝仪、位移传感器、表面式应变计和自动化测斜仪，且变形受力监测模块303用于测量隧道内部结构性数据，且结构性数据包括但不限于隧道内部的沉降数据、倾斜数据、位移数据、应力数据、轴力数据和渗压数据。
如图1、图3和图5所示，具体为，预警模块4中设置有数据预警单元401和声光预警单元402，且数据预警单元401中设置有数据预警阈值，其中，数据预警阈值包括但不限于隧道内部的沉降数据阈值、倾斜数据阈值、位移数据阈值、应力数据阈值、轴力数据阈值和渗压数据阈值，数据预警阈值还包括监测隧道内部的温度阈值、湿度阈值、气体成分阈值和风速风向阈值，所述声光预警单元402基于声光报警器，且声光预警单元402分为黄色预警和红色预警，所述环境监测模块302和变形受力监测模块303中监测到的实时数据达到数据预警单元401中设定的数据预警阈值的80%则启动黄色预警，若环境监测模块302和变形受力监测模块303中监测到的实时数据达到数据预警单元401中设定的数据预警阈值的100%则启动红色预警。
综上，结合图1-图5所示，该基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统的具体步骤如下：
首先通过后台监控中心子系统1利用后台监控室对系统覆盖区域内的隧道内部的健康状态进行实时监控，其中，中央处理器101采用i5处理器，中央处理器101通过数据接收模块102接收在线监测系统3中监测到的隧道健康数据并对隧道健康数据进行整理，然后数据接收模块102接收来自在线监测系统3监测到的隧道健康数据，数据存储模块103对数据接收模块102接收到的数据进行存储，系统显示模块104基于多块液晶显示屏用于显示系统覆盖区域内隧道的实时监测数据；
通信网络模块2为后台监控中心子系统1和在线监测系统3提供通信支持，测控云服务器201中基于云端服务器用于基站模块202与后台监控中心子系统1的无线通信连接，基站模块202采用4G基站和5G基站两种基站，且采集网关203通过基站模块202中的4G基站和5G基站与测控云服务器201通信连接；
通过采集网关203连接在线监测系统3并获取在线监测系统3中的各项监测数据，且数据采集模块203a的终端连接有振弦采集仪用于对隧道内部的振动状况数据的采集，振弦采集仪在隧道的内部每隔1000米至少设置有一个，边缘计算模块203b采用基于TCP/IP协议的无线通信网络将振弦采集仪采集到的数据通过基站模块202传输到测控云服务器201上，所述供电模块203c用于对系统各个模块进行供电，且供电模块203c采用太阳能供电和有线供电两种方式；
在线监测系统3用于对系统覆盖区域内的隧道内部的健康进行监测，并将监测到的隧道健康数据通过通信网络模块2传输到后台监控中心子系统1中，远程视频监控模块301中设置有远程视频摄像头用于监控系统覆盖区域内的隧道内部的实时状况，且远程视频摄像头通过传感光纤与采集网关203通信连接，所述环境监测模块302基于若干个温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器用于监测隧道内部的温度、湿度、气体成分和风速风向，且温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器采用分布式传感光纤连接，而且环境监测模块302将监测到的数据传输到采集网关203上；
然后变形受力监测模块303基于动力水准仪、静力水准仪、裂缝仪、位移传感器、表面式应变计和自动化测斜仪，且变形受力监测模块303用于测量隧道内部结构性数据，且结构性数据包括但不限于隧道内部的沉降数据、倾斜数据、位移数据、应力数据、轴力数据和渗压数据；
预警模块4用于隧道内部的预警，具体为，预警模块4中的数据预警单元401中设置有数据预警阈值，其中，数据预警阈值包括但不限于隧道内部的沉降数据阈值、倾斜数据阈值、位移数据阈值、应力数据阈值、轴力数据阈值和渗压数据阈值，数据预警阈值还包括监测隧道内部的温度阈值、湿度阈值、气体成分阈值和风速风向阈值，所述声光预警单元402基于声光报警器，且声光预警单元402分为黄色预警和红色预警，所述环境监测模块302和变形受力监测模块303中监测到的实时数据达到数据预警单元401中设定的数据预警阈值的80%则启动黄色预警，若环境监测模块302和变形受力监测模块303中监测到的实时数据达到数据预警单元401中设定的数据预警阈值的100%则启动红色预警。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (9)
1.一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，包括后台监控中心子系统（1）、通信网络模块（2）、安装在隧道内部的在线监测系统（3）和预警模块（4），其特征在于：所述后台监控中心子系统（1）用于后台监控室内对系统覆盖区域内的隧道内部的健康状态进行实时监控，且后台监控中心子系统（1）通过通信网络模块（2）与在线监测系统（3）通信连接，所述通信网络模块（2）为后台监控中心子系统（1）和在线监测系统（3）提供通信支持，所述在线监测系统（3）用于对系统覆盖区域内的隧道内部的健康进行监测，并将监测到的隧道健康数据通过通信网络模块（2）传输到后台监控中心子系统（1）中，所述预警模块（4）用于隧道内部的预警；
其中，所述后台监控中心子系统（1）包括中央处理器（101）、数据接收模块（102）、数据存储模块（103）和系统显示模块（104）；
所述通信网络模块（2）包括测控云服务器（201）、基站模块（202）和采集网关（203）。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述中央处理器（101）采用i5处理器，且中央处理器（101）用于通过数据接收模块（102）接收在线监测系统（3）中监测到的隧道健康数据并对隧道健康数据进行整理，所述数据接收模块（102）用于接收来自在线监测系统（3）监测到的隧道健康数据。
3.根据权利要求2所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述数据存储模块（103）用于对数据接收模块（102）接收到的数据进行存储，所述系统显示模块（104）基于多块液晶显示屏用于显示系统覆盖区域内隧道的实时监测数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述测控云服务器（201）中基于云端服务器用于基站模块（202）与后台监控中心子系统（1）的无线通信连接，所述基站模块（202）采用4G基站和5G基站两种基站，且采集网关（203）通过基站模块（202）中的4G基站和5G基站与测控云服务器（201）通信连接。
5.根据权利要求4所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述采集网关（203）用于连接在线监测系统（3）并获取在线监测系统（3）中的各项监测数据，且采集网关（203）中设置有数据采集模块（203a）、边缘计算模块（203b）和供电模块（203c），所述数据采集模块（203a）的终端连接有振弦采集仪用于对隧道内部的振动状况数据的采集，且振弦采集仪在隧道的内部每隔1000米至少设置有一个，所述边缘计算模块（203b）采用基于TCP/IP协议的无线通信网络将振弦采集仪采集到的数据通过基站模块（202）传输到测控云服务器（201）上，所述供电模块（203c）用于对系统各个模块进行供电，且供电模块（203c）采用太阳能供电和有线供电两种方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述在线监测系统（3）包括远程视频监控模块（301）、环境监测模块（302）和变形受力监测模块（303）。
7.根据权利要求6所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述远程视频监控模块（301）中设置有远程视频摄像头用于监控系统覆盖区域内的隧道内部的实时状况，且远程视频摄像头通过传感光纤与采集网关（203）通信连接，所述环境监测模块（302）基于若干个温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器用于监测隧道内部的温度、湿度、气体成分和风速风向，且温度传感器、湿度传感器、气体检测仪和风速风向传感器采用分布式传感光纤连接，而且环境监测模块（302）将监测到的数据传输到采集网关（203）上。
8.根据权利要求7所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述变形受力监测模块（303）基于动力水准仪、静力水准仪、裂缝仪、位移传感器、表面式应变计和自动化测斜仪，且变形受力监测模块（303）用于测量隧道内部结构性数据，且结构性数据包括但不限于隧道内部的沉降数据、倾斜数据、位移数据、应力数据、轴力数据和渗压数据。
9.根据权利要求8所述的一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统，其特征在于，所述预警模块（4）中设置有数据预警单元（401）和声光预警单元（402），且数据预警单元（401）中设置有数据预警阈值，其中，数据预警阈值包括但不限于隧道内部的沉降数据阈值、倾斜数据阈值、位移数据阈值、应力数据阈值、轴力数据阈值和渗压数据阈值，数据预警阈值还包括监测隧道内部的温度阈值、湿度阈值、气体成分阈值和风速风向阈值，所述声光预警单元（402）基于声光报警器，且声光预警单元（402）分为黄色预警和红色预警，所述环境监测模块（302）和变形受力监测模块（303）中监测到的实时数据达到数据预警单元（401）中设定的数据预警阈值的80%则启动黄色预警，若环境监测模块（302）和变形受力监测模块（303）中监测到的实时数据达到数据预警单元（401）中设定的数据预警阈值的100%则启动红色预警。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| CN202310972296.2A CN116887322A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统 |
| NL2036022A NL2036022A (en) | 2023-08-03 | 2023-10-13 | A Tunnel Health Monitoring System Based on Distributed Sensing Fiber Optics |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310972296.2A CN116887322A (zh) | 2023-08-03 | 2023-08-03 | 一种基于分布式传感光纤的隧道健康监测系统 |
Publications (1)
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (2)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118257630A (zh) * | 2024-05-29 | 2024-06-28 | 陕西延长石油矿业有限责任公司 | 一种煤矿井筒围岩智能监控方法 |
-
2023
- 2023-08-03 CN CN202310972296.2A patent/CN116887322A/zh active Pending
- 2023-10-13 NL NL2036022A patent/NL2036022A/en unknown
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118257630A (zh) * | 2024-05-29 | 2024-06-28 | 陕西延长石油矿业有限责任公司 | 一种煤矿井筒围岩智能监控方法 |
Also Published As
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