專利名稱：隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，適用于隧道施工監(jiān)控量測和預(yù)警預(yù)報，屬于隧道監(jiān)測領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國屬于多山國家，隧道在我國山區(qū)鉄路、公路的修建中占有很大比例。目前我國的隧道工程中越來越多地采用新奧法進(jìn)行施工，新奧法構(gòu)筑隧道的主要特點(diǎn)是通過許多量測手段對開挖后隧道圍巖的動態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并以此來指導(dǎo)隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工。作為新奧法隧道施工的重要組成部分，隧道監(jiān)控量測工作的準(zhǔn)確、及時與否，直接關(guān)系著隧道施工的安全與進(jìn)度。如何快速、準(zhǔn)確的采集隧道監(jiān)控量測數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)采集的精度，實用新型監(jiān)控量測的新設(shè)備、新技術(shù)促進(jìn)隧道工程的建設(shè)一直是工程界研究的重要課題。 隧道綜合信息智能化監(jiān)控系統(tǒng)，是目前隧道監(jiān)控領(lǐng)域研究的前沿課題，是21世紀(jì)隧道監(jiān)控系統(tǒng)的重要發(fā)展方向，其目的是在當(dāng)代科學(xué)技術(shù)充分發(fā)展進(jìn)步的背景下，將先進(jìn)的計算機(jī)信息技木、電子控制技木、無線傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等有效地綜合應(yīng)用于整個隧道施工安全監(jiān)控和管理中?，F(xiàn)有技術(shù)存在的問題如下I.數(shù)據(jù)采集過程人為影響因素和施工影響因素多，數(shù)據(jù)真實性不能得到保證，不能夠準(zhǔn)確反映圍巖的變形情況。2.監(jiān)控量測設(shè)備自動化、信息化程度低，數(shù)據(jù)后處理工作量大，占用很多人力、物力，不能及時反映工程結(jié)構(gòu)變形情況。3.數(shù)據(jù)采集較慢，且隧道內(nèi)較為昏暗，不以準(zhǔn)確定位測量點(diǎn)，容易出現(xiàn)測量偏差。4.數(shù)據(jù)傳輸、存儲、信息化管理不能適應(yīng)信息化施工管理的要求，不能及時指導(dǎo)エ程信息化設(shè)計和工程施工。5.無法對隧道進(jìn)行視頻監(jiān)控，掌握畫面信息。6.需要測量人員進(jìn)入隧道工作，易對施工產(chǎn)生影響，且存在安全隱患。7.對監(jiān)控量測所得數(shù)據(jù)無法在計算機(jī)上進(jìn)行快速分析，預(yù)警預(yù)報。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本實用新型提供了ー種隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過在洞內(nèi)布設(shè)傳感器和監(jiān)測儀器來實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，對圍巖壓力，巖體振動和凈空變化幾方面進(jìn)行實施監(jiān)控，然后通過WI-FI傳輸，把采得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)分析，隧道監(jiān)控，預(yù)警預(yù)報。本實用新型的技術(shù)方案如下ー種隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)主要由頻率自動監(jiān)測儀、爆破振動自動監(jiān)測儀、視頻采集自動監(jiān)控儀、三維斷面自動監(jiān)測儀、無線路由中繼器、無線高速中繼站、網(wǎng)絡(luò)交換器以及監(jiān)控主機(jī)組成；所述監(jiān)控主機(jī)依次與網(wǎng)絡(luò)交換器、無線高速中繼站、無線路由中繼器相連；所述無線路由中繼器分別連接頻率自動監(jiān)測儀、爆破振動自動監(jiān)測儀、視頻采集自動監(jiān)控儀、三維斷面自動監(jiān)測儀；所述頻率自動監(jiān)測儀連接有振弦式傳感器；所述爆破振動自動監(jiān)測儀連接有三向速度計或單向速度計。所述頻率自動監(jiān)測儀為2臺，分別為8通道和16通道。所述爆破振動自動監(jiān)測儀為2臺，分別設(shè)置于隧道洞內(nèi)和洞外，隧道洞內(nèi)設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀為8通道，隧道洞外設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀為4通道。所述無線高速中繼站為5臺，依次相連。所述振弦式傳感器為表面式應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)變計、內(nèi)埋式裂縫計、表面裂縫計、土壓力盒或錨索計。各部件或儀器的功能如下 I.頻率自動監(jiān)測儀頻率自動監(jiān)測儀用于靜態(tài)應(yīng)變/壓カ數(shù)據(jù)量測，共使用了 2臺，分別為8通道和16通道，可同時檢測24個測點(diǎn)。配以高精度振弦式傳感器主要是用來測量圍巖壓カ和錨桿軸力。2.爆破振動自動監(jiān)測儀爆破振動自動監(jiān)測儀使用了 2臺，分別用于隧道洞內(nèi)測試和洞外測試。洞內(nèi)測試為8通道，可安裝2只三向速度計或者8只單向速度計；洞外測試為4通道，可安裝I只三向速度計或者4只單向速度計。3.視頻采集自動監(jiān)控儀視頻采集自動監(jiān)控儀選用了 I臺，用于采集掌子面施工情況的視頻圖像信號。4.三維斷面自動監(jiān)測儀三維激光斷面掃描自動監(jiān)測儀I臺，用于隧道拱頂沉降和位移以及隧道收斂狀態(tài)的監(jiān)測等。5.無線路由中繼器無線路由中繼器用于無線數(shù)據(jù)的高速傳輸。6.無線高速中繼站無線高速中繼站5臺，用于隧道內(nèi)中繼延伸的菊鏈型無線局域網(wǎng)(WI-FI)的組網(wǎng)和進(jìn)行系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸。7.監(jiān)控主機(jī)用于對整個系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，其主機(jī)內(nèi)設(shè)置便攜數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件，采用中文操作界面，用以提供采集控制、前端調(diào)理系統(tǒng)控制、多通道波形實時顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放、工程標(biāo)定、時域統(tǒng)計分析、頻域自功率譜分析、測試報告生成等功能。本系統(tǒng)在技術(shù)上的實現(xiàn)途徑通過在洞內(nèi)布設(shè)傳感器和監(jiān)測儀器來實現(xiàn)遠(yuǎn)程無線監(jiān)控，對圍巖壓力，巖體振動和凈空變化幾方面進(jìn)行實施監(jiān)控。然后通過WI-FI傳輸，把采得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控主機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)分析，隧道監(jiān)控，預(yù)警預(yù)報。上述儀器均為現(xiàn)有技術(shù)或市場上能夠購買到的成品，無特殊結(jié)構(gòu)要求。本實用新型的系統(tǒng)能夠達(dá)到實現(xiàn)以下效果或功能鋼架內(nèi)力及所承受的荷載量測頻率自動監(jiān)測儀是ー種巖土原位監(jiān)測儀器，用于自動化采集信號，前端可接振弦式傳感器，頻率采集范圍可從500Hz 3500Hz，精度±0. IHz，分辨率±0. OIHz，它適用各類振弦式傳感器采集頻率信號，如表面式應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)變計、內(nèi)埋式裂縫計、表面裂縫計、土壓カ盒、錨索計等。利用這些傳感器可對大壩、橋梁、堤防、引水工程、交通市政工程(船閘、鉄道、地鉄)以及高邊坡等工程的應(yīng)力、應(yīng)變、變形、滲流、滲壓等物理量監(jiān)測和安全穩(wěn)定分析，數(shù)據(jù)接ロ處設(shè)有防雷保護(hù)模塊，保證了非電源線引發(fā)的瞬間過流疏通，可用于水エ建筑物、高邊坡、道路、橋梁、隧洞等使用環(huán)境惡劣的安全監(jiān)測工程。該模塊通訊接ロ采用通用 IEEE 802. llg、IEEE 802. Ilb ；IEEE 802. 3、IEEE802. 3u，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，防止數(shù)據(jù)被盜或者丟失。[0032]振弦式傳感器工作原理是由激振電路驅(qū)動電磁線圈，當(dāng)信號的頻率和振弦的固有頻率相接近時，振弦迅速達(dá)到共振狀態(tài)，振動產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢通過檢測電路濾波、放大、整形送給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)接收的信號，通過軟件方式反饋給激振電路驅(qū)動電磁線圈。通過反饋，弦能在電磁線圈產(chǎn)生的變化磁場驅(qū)動下在本振頻率點(diǎn)振動。當(dāng)激振信號撤去后，弦由于慣性作用仍然振動。單片機(jī)通過測量感應(yīng)電動勢脈沖周期，即可測得弦的振動頻率，最后將所測數(shù)據(jù)顯示出來。I.洞內(nèi)、外振動速度監(jiān)測爆破振動自動監(jiān)測儀采用ARM9為核心板設(shè)計，儀器具有體積小、重量輕、可電腦遠(yuǎn)程控制。軟件根據(jù)現(xiàn)場的需要量身定做的數(shù)值分析和處理功能，可以根據(jù)觀測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合分析和回歸處理，建立計算機(jī)軟件遠(yuǎn)程實時分析。將現(xiàn)場數(shù)只速度傳感器連接到爆破振動自動監(jiān)測儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和觀測。本儀器可以在現(xiàn)場沒有電腦的情況下，通過按鍵和液晶屏快速設(shè)置參數(shù)，從而達(dá)到信號快速、準(zhǔn)確采集的目的。同時，儀器可以在現(xiàn)場通過儀器本身的功能讀出特征值，還能大致預(yù)覽到已經(jīng)采集到的信號波形。根據(jù)實際的情況也可以現(xiàn)場對采集參數(shù)做調(diào)整。本采集模塊部分，可對微小應(yīng)變及超強(qiáng)應(yīng)變進(jìn)行測量。該產(chǎn)品面向爆破監(jiān)測、工程環(huán)境監(jiān)測、建筑、機(jī)電設(shè)備、交通運(yùn)輸、機(jī)械等領(lǐng)域針對應(yīng)變量動態(tài)過程的監(jiān)測、記錄、報警和分析。產(chǎn)品配套軟件，能及時有效的對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與預(yù)測，如選定某些特征點(diǎn)，對其周期性地進(jìn)行重復(fù)觀測，通過數(shù)據(jù)處理，研究被監(jiān)測點(diǎn)爆破振動隨時間變化規(guī)律，尋找ー種能夠較好反映數(shù)據(jù)變化規(guī)律的函數(shù)關(guān)系，對下ー階段的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測監(jiān)測點(diǎn)可能出現(xiàn)的最大爆破震動值，以預(yù)測構(gòu)筑物和結(jié)構(gòu)的安全狀況，評價施工方法，確定工程措施。主機(jī)軟件根據(jù)現(xiàn)場的需要量身定做的數(shù)值分析和處理功能，可以根據(jù)觀測結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)的擬合分析和回歸處理，建立計算機(jī)軟件遠(yuǎn)程實時分析和自動預(yù)報與預(yù)警系統(tǒng)。2.視頻監(jiān)控視頻采集自動監(jiān)控儀采用1/3英寸低照度感光器，具有更大的感光面積，在低照度下的成像效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通高清紅外攝像機(jī)。極大的改善低照度效果、提升畫質(zhì)、信噪比。為日夜兩用型，白天彩色，晚上紅外燈開啟，配合超低照度感光器出色的畫質(zhì)，解決高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)相對黑暗環(huán)境成像效果不清晰的現(xiàn)狀。所有圖像進(jìn)行24小時的存儲，存儲周期可達(dá)15天的現(xiàn)場攝錄數(shù)據(jù)。3.隧道斷面檢測三維斷面自動監(jiān)測儀采用無合作目標(biāo)激光測距技術(shù)和精密測角技術(shù)，對隧道施工的全方位監(jiān)控，將極坐標(biāo)測量方法與計算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合，配合專業(yè)圖形處理軟件，可快速獲得隧道封閉空間內(nèi)部輪廓曲線，實時顯示超欠挖值，同時可對收斂情況、開挖土石方量進(jìn)行測量，能實現(xiàn)斷面的快速精確檢測，完成施工監(jiān)測，竣工驗收，質(zhì)量控制等工作。4.數(shù)據(jù)傳輸無線高速中繼站支持SSID隱藏、無線MAC地址過濾、64/128/152位WEP加密及WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全機(jī)制，保障無線網(wǎng)絡(luò)不被侵犯或盜用。[0044]無線路由中繼器支持IP與MAC地址綁定功能，可以將內(nèi)網(wǎng)電腦的IP地址與MAC地址進(jìn)行綁定，有效防止偽造數(shù)據(jù)包，從而有效遏制內(nèi)網(wǎng)ARP攻擊，保證內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全。無線路由中繼器支持DOS攻擊防范，具有病毒自動隔離功能，能夠自動防范內(nèi)網(wǎng)的病毒，保障內(nèi)網(wǎng)通信安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。5.系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)與功能監(jiān)控主機(jī)的系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)主要包含兩個數(shù)據(jù)波形窗ロ顯示及回放控制功能模塊、數(shù)據(jù)實時記錄控制模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、工程測試單位折算模塊及相應(yīng)的生成測試報告模塊等。便攜數(shù)據(jù)采集應(yīng)用軟件具有中文操作界面，提供采集控制、前端調(diào)理系統(tǒng)控制、多通道波形實時顯示、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)回放、工程標(biāo)定、時域統(tǒng)計分析、頻域自功率譜分析、測試報告生成等功能。

圖I為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖中1、監(jiān)控主機(jī)；2、網(wǎng)絡(luò)交換器；3、無線高速中繼站；4、無線路由中繼器；5、頻率自動監(jiān)測儀；6、爆破振動自動監(jiān)測儀；7、視頻采集自動監(jiān)控儀；8、三維斷面自動監(jiān)測儀。
具體實施方式
本實用新型的隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖參見圖1，所述隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)主要由頻率自動監(jiān)測儀5、爆破振動自動監(jiān)測儀6、視頻采集自動監(jiān)控儀7、三維斷面自動監(jiān)測儀8、無線路由中繼器4、無線高速中繼站3、網(wǎng)絡(luò)交換器2以及監(jiān)控主機(jī)I組成；所述監(jiān)控主機(jī)I依次與網(wǎng)絡(luò)交換器2、無線高速中繼站3、無線路由中繼器4相連；所述無線路由中繼器4分別連接頻率自動監(jiān)測儀5、爆破振動自動監(jiān)測儀6、視頻采集自動監(jiān)控儀7、三維斷面自動監(jiān)測儀8 ;所述頻率自動監(jiān)測儀連接有振弦式傳感器(圖中未示出)；所述爆破振動自動監(jiān)測儀6連接有三向速度計或單向速度計(圖中未示出)。其中，頻率自動監(jiān)測儀5為2臺，分別為8通道和16通道，爆破振動自動監(jiān)測儀6為2臺，分別設(shè)置于隧道洞內(nèi)和洞夕卜，隧道洞內(nèi)設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀為8通道，隧道洞外設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀為4通道，無線高速中繼站為5臺，依次相連。振弦式傳感器為表面式應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)變計、內(nèi)埋式裂縫計、表面裂縫計、土壓力盒或錨索計。以上是本實用新型的ー個典型實施例，本實用新型的實施不限于此。
權(quán)利要求1.ー種隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)主要由頻率自動監(jiān)測儀(5)、爆破振動自動監(jiān)測儀￠)、視頻采集自動監(jiān)控儀(7)、三維斷面自動監(jiān)測儀(8)、無線路由中繼器(4)、無線高速中繼站(3)、網(wǎng)絡(luò)交換器(2)以及監(jiān)控主機(jī)(I)組成；所述監(jiān)控主機(jī)(I)依次與網(wǎng)絡(luò)交換器(2)、無線高速中繼站(3)、無線路由中繼器(4)相連；所述無線路由中繼器(4)分別連接頻率自動監(jiān)測儀(5)、爆破振動自動監(jiān)測儀￠)、視頻采集自動監(jiān)控儀(7)、三維斷面自動監(jiān)測儀(8);所述頻率自動監(jiān)測儀(5)連接有振弦式傳感器；所述爆破振動自動監(jiān)測儀(6)連接有三向速度計或單向速度計。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述頻率自動監(jiān)測儀(5)為2臺，分別為8通道和16通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述爆破振動自動監(jiān)測儀(6)為2臺，分別設(shè)置于隧道洞內(nèi)和洞外，隧道洞內(nèi)設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀(6)為8通道，隧道洞外設(shè)置的爆破振動自動監(jiān)測儀(6)為4通道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述無線高速中繼站(3)為5臺，依次相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于所述振弦式傳感器為表面式應(yīng)變計、混凝土應(yīng)變計、鋼筋應(yīng)變計、內(nèi)埋式裂縫計、表面裂縫計、土壓カ盒或錨索計。
專利摘要本實用新型涉及隧道綜合信息監(jiān)控系統(tǒng)，其主要由頻率自動監(jiān)測儀、爆破振動自動監(jiān)測儀、視頻采集自動監(jiān)控儀、三維斷面自動監(jiān)測儀、無線路由中繼器、無線高速中繼站、網(wǎng)絡(luò)交換器以及監(jiān)控主機(jī)組成；所述監(jiān)控主機(jī)依次與網(wǎng)絡(luò)交換器、無線高速中繼站、無線路由中繼器相連；所述無線路由中繼器分別連接頻率自動監(jiān)測儀、爆破振動自動監(jiān)測儀、視頻采集自動監(jiān)控儀、三維斷面自動監(jiān)測儀；所述頻率自動監(jiān)測儀連接有振弦式傳感器；所述爆破振動自動監(jiān)測儀連接有三向速度計或單向速度計。本實用新型的系統(tǒng)可對圍巖壓力，巖體振動和凈空變化幾方面進(jìn)行實施監(jiān)控、預(yù)警預(yù)報。
文檔編號G05B19/418GK202404432SQ20112055962
公開日2012年8月29日 申請日期2011年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月28日
發(fā)明者葉春琳, 葉錦華, 呂嘉, 周世生, 孫景鳳, 孫西濛, 張宇華, 李志星, 李楊, 石效民, 鄧洪亮, 高文學(xué) 申請人:北京工業(yè)大學(xué), 北京市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司