隧道围岩变形预警方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种隧道围岩变形预警方法及系统，包括：在隧道的预设位置处布设监测点；采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息获得变形信息；确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息，以使服务端将变形信息显示，并向其他接收设备发送警报信息。本发明所述的隧道围岩变形预警方法，通过采集终端实时获取拱顶或拱腰的数据信息，并进行分析处理后获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较，以确定是否在向服务端发送变形信息的同时发出警报信息。本发明能够实现从数据采集、数据分析及情形警报，根据警报信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程实施安全。
【专利说明】
隧道围岩变形预警方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及隧道围岩预警技术领域，尤其涉及一种隧道围岩变形预警方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 随着大量的隧道工程开工建设，隧道风险监控环节越来越受重视，尤其是高风险 地质路段的隧道开挖。工程单位在掌握工程进度的情况下，希望及时发现风险并采取必要 措施，降低施工成本，进而指导施工。隧道监控量测不仅需要满足工程单位施工和管理的需 要，更需要通过信息化的手段，快速的建立预警机制，及时的知会建设单位，建立健全风险 管理监督机制及闭环管理流程，从制度上满足安全施工的需要。
[0003] 在常规的围岩测量监控中，通过调研了解到以下现状：
[0004] (1)信息反馈有待优化
[0005] 传统的围岩测量，采用"人工读数、手工填写、纸质报告"模式，人为干预因素多，数 据处理慢，信息不能得到及时反馈，不能及时汇总报表。
[0006] (2)数据的可溯源性问题
[0007] 不能够形成即时、有效、连续的数据链，使管理者难于实现全过程监控，极易出现 数据失真、缺失。需要查阅历史数据时，费事费力，很难追溯。
[0008] (3)监测数据很难共享和分析利用
[0009] 当前只能通过各个施工单位，收集一线信息，整理材料和存档。数据都是非结构性 文档，不利于检索、统计；由于没有统一的格式，数据共享和后期分析利用很难。
【发明内容】
[0010] 本发明提供一种隧道围岩变形预警方法及系统，用于解决现有技术中无法对数据 信息即时、有效和连续管理的问题。
[0011] -方面，本发明提供一种隧道围岩变形预警方法，包括：
[0012] 在隧道的预设位置处布设监测点；
[0013] 采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息获得变形信息，所述数据信息 包括采集点到监测点的距离值；
[0014] 确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息，以使服务端将 变形信息显示，并向其他接收设备发送警报信息。
[0015] 优选地，采集终端确定变形信息大于预设阈值后，根据变形信息生成处置信息，向 服务端发送变形信息和处置信息，以使服务端将变形信息和处置信息显示，并向其他接收 设备发送处置信息。
[0016] 优选地，采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息采用围岩变形回归分 析模型获得变形信息，所述变形回归分析模型为：
[0017]
( 1 )
[0018] U = -A(l_e-Bx) (x彡0) (2)
[0019] 其中，A，B为回归参数，x为距开挖掌子面距离，U为位移值，（Xq，Uq)为拐点xq处的位 移值Uo。
[0020] 优选地，在采集终端获取监测点的数据信息之前，采集终端从服务端获取监测点 信息，或采集终端设置监测点信息，并发送给服务端。
[0021 ] 优选地，所述变形信息包括变形量和变形速率。
[0022]优选地，采集终端向服务端发送变形信息、处置信息和报警信息时，包括对信息进 行加密的步骤。
[0023] 另一方面，本发明提供一种隧道围岩变形预警系统，包括：
[0024] 全站仪，用于在隧道的预设位置处布设监测点；
[0025] 采集终端，连接全站仪，用于获取全站仪对监测点检测的数据信息，并根据数据信 息获得变形信息；当确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息，所述 数据信息包括采集点到监测点的距离值；
[0026]服务端，与采集终端无线连接，用于将获取的变形信息显示，并向其他接收设备发 送警报信息。
[0027] 优选地，所述采集终端还用于当确定变形信息大于预设阈值后，根据变形信息生 成处置信息，向服务端发送变形信息和处置信息。
[0028] 优选地，服务端还用于将获取的变形信息和处置信息显示，并向其他接收设备发 送处置信息。
[0029]优选地，还包括加密模块，用于在变形信息、处置信息和报警信息传输前进行信息 加密。
[0030]由上述技术方案可知，本发明所述的隧道围岩变形预警方法，通过采集终端实时 获取在预设位置检测的数据信息，并进行分析处理后获取变形信息，将变形信息与预设信 息进行比较，以确定是否在向服务端发送变形信息的同时发出警报信息。本发明能够实现 从数据采集、数据分析及情形警报，根据警报信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围 岩的管理，保证了后续工程实施安全。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明实施例1提供的隧道围岩变形预警方法的流程示意图；
[0032] 图2为本发明实施例2提供的隧道围岩变形预警方法的流程示意图；
[0033] 图3为本发明实施例4提供的隧道围岩变形预警系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0035] 图1示出了本发明实施例1提供一种隧道围岩变形预警方法，包括：
[0036] S11、在隧道的预设位置处布设监测点。在本步骤中，需要说明的是，隧道可分为交 通隧道，水工隧道，市政隧道和矿山隧道等等。在拱顶处进行监测主要对拱顶下沉进行监 测，在拱腰处进行监测主要对周边收敛进行监测。在所述监测点需设置检测装置，用于收集 隧道围岩变形的数据信息。
[0037] 还需要说明的是，在采集终端获取监测点的数据信息之前，采集终端从服务端获 取监测点信息，或采集终端设置监测点信息，并发送给服务端。所述监测点信息包括隧道的 洞口地表、洞内拱顶、拱腰和周边收敛处的监测点。
[0038] S12、采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息获得变形信息。所述数据 信息包括采集点到监测点的距离值。在本步骤中，需要说明的是，采集终端可为手持设备和 现场设备，用于与监测点的检测装置进行有线或无线连接。有线连接可采用串口连接线，无 线可采用蓝牙模块进行无线传输。
[0039]采集终端获取到数据信息后，需要对数据信息进行分析处理，从而得到分析结果。 [0040]在分析过程中，本发明实施例采用围岩变形回归分析模型对数据信息进行分析计 算，最终获得变形信息。所述变形信息可包括变形量和变形速率。将变形量与预设的变形量 和变形速率的阈值进行比较，当变形量分别大于变形量的预设阈值时，所述变形回归分析 模型为：
[0041 ]
(. 1.)
[0042] U = -A(l_e-Bx) (X彡0) (2)
[0043] 其中，A，B为回归参数，X为监测点距开挖掌子面距离，U为位移值，（XQ，Uo)为拐点xo 处的位移值Uo。
[0044] 对于地表沉降回归分析一般采用式（1);拱顶下沉、净空变化回归分析一般采用式 ⑵。
[0045] 求解拱顶下沉和净空变化的回归参数，可以利用线性回归求解，将非线性方程转 换成线性，求解U=A(erB/t)的回归参数值如下：
[0046] 1234 2
[0048]通过上述模型对数据信息的分析处理，可获得变形量和变形速率。 3 S13、确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息，以使服务 端将变形信息显示，并向其他接收设备发送警报信息。 4 在本步骤中，需要说明的是，将变形量和变形速率与预设的变形量和变形速率的 阈值进行比较，当变形量或变形速率分别大于变形量或变形速率的预设阈值时，采集终端 需向服务端发送变形信息和警报信息。服务端接收到变形信息和警报信息后，首先会将变 形信息进行存储记录，并同时将变形信息进行显示，以便监管人员进行查看。同时服务端还 将警报信息发送给其他具有接收设备的现场工作人员。
[0051]本发明实施例1所述的隧道围岩变形预警方法，通过采集终端实时获取在预设位 置处检测的数据信息，并进行分析处理后获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较， 以确定是否在向服务端发送变形信息的同时发出警报信息。本发明能够实现从数据采集、 数据分析及情形警报，根据警报信息的判识及时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保 证了后续工程实施安全。
[0052]图2示出了本发明实施例2提供的一种隧道围岩变形预警方法，包括：
[0053] S21、在隧道的预设位置处布设监测点。在本步骤中，需要说明的是，隧道可分为交 通隧道，水工隧道，市政隧道和矿山隧道等等。在拱顶处进行监测主要对拱顶下沉进行监 测，在拱腰处进行监测主要对周边收敛进行监测。在所述监测点需设置检测装置，用于收集 隧道围岩变形的数据信息。
[0054] S22、采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息获得变形信息。在本步骤 中，需要说明的是，采集终端可为手持设备和现场设备，用于与监测点的检测装置进行有线 或无线连接。有线连接可采用串口连接线，无线可采用蓝牙模块进行无线传输。
[0055] 采集终端获取到数据信息后，需要对数据信息进行分析处理，从而得到分析结果。
[0056] S23、确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息，以使服务 端将变形信息显示，并向其他接收设备发送警报信息。
[0057] 上述步骤S21、S22和S23与本发明实施例1所述步骤S11、S12、S13描述相同，在此不 再赘述。
[0058] S24、采集终端确定变形信息大于预设阈值后，根据变形信息生成处置信息，向服 务端发送变形信息和处置信息，以使服务端将变形信息和处置信息显示，并向其他接收设 备发送处置信息。
[0059] 在本步骤中，需要说明的是，当发现变形信息大于预设阈值后，首先发出警报信 息，然后根据变形信息作出相应措施的处置信息。采集终端将处置信息传输给服务端，服务 端同样会将处置信息进行存储和显示，以便监管人员以及各个相关部门监管人员进行查 看。监管人员查看时，可通过浏览web方式进行查看。同时服务器还能降处置信息发送给现 场相应的人员，以便根据处置信息进行相应的施救措施。
[0060] 本发明实施例2所述的隧道围岩变形预警方法，通过采集终端实时获取在预设位 置检测的数据信息，并进行分析处理后获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较，以 确定是否在向服务端发送变形信息、发送根据变形信息生成的处置信息的同时发出警报信 息。本发明能够实现从数据采集、数据分析、情形警报及处置措施，根据警报信息的判识及 时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程实施安全。
[0061] 本发明实施例3提供的一种隧道围岩变形预警方法，该方法与上述实施例2所述方 法不同的地方在于:采集终端向服务端发送变形信息、处置信息和报警信息时，包括对信息 进行加密的步骤。信息加密的步骤方法存在很多，本发明实施例可采用对称和非对称加密 相结合的方法来对隧道围岩监测数据的上传和下载进行加密。
[0062] 本发明实施例3所述的隧道围岩变形预警方法，通过在信息传输过程中对信息进 行加密处理，保证了信息传输的安全性。
[0063] 图3示出了本发明实施例4提供的一种隧道围岩变形预警系统，包括全站仪、采集 终端和服务端，其中，
[0064] 全站仪，用于在隧道的预设位置处布设监测点。隧道可分为交通隧道，水工隧道， 市政隧道和矿山隧道等等。在拱顶处进行监测主要对拱顶下沉进行监测，在拱腰处进行监 测主要对周边收敛进行监测。
[0065] 采集终端，连接全站仪，用于获取全站仪对监测点检测的数据信息，并根据数据信 息获得变形信息；当确定变形信息大于预设阈值，向服务端发送变形信息和警报信息。所述 采集终端还用于当确定变形信息大于预设阈值后，根据变形信息生成处置信息，向服务端 发送变形信息和处置信息。
[0066]服务端，与采集终端无线连接，用于将获取的变形信息显示，并向其他接收设备发 送警报信息。服务端还用于将获取的变形信息和处置信息显示，并向其他接收设备发送处 置信息。
[0067] 在工作过程中，采集终端控制全站仪对隧道的拱顶或拱腰位置上布设的监测点进 行检测获得数据信息。采集终端根据获得的数据信息进行分析处理后获得变形信息，通过 对变形信息与预设阈值的比较，作出是否发出警报信息的措施。若发出警报信息，采集终端 随之也可根据变形信息生成处置信息，并同时将变形信息、处置信号和警报信息发送给服 务端。
[0068] 服务端对各类信息进行存储并显示。以便监管人员及相关其他人员进行查看。月艮 务端可将处置信息和警报信息发送给现场其他工作人员，以便做出相应施救措施。
[0069] 本发明实施例4所述的隧道围岩变形预警系统，通过采集终端实时获取在预设位 置检测的数据信息，并进行分析处理后获取变形信息，将变形信息与预设信息进行比较，以 确定是否在向服务端发送变形信息、发送根据变形信息生成的处置信息的同时发出警报信 息。本发明能够实现从数据采集、数据分析、情形警报及处置措施，根据警报信息的判识及 时采取相对措施，加强了隧道围岩的管理，保证了后续工程实施安全。
[0070] 本发明实施例5提供的一种隧道围岩变形预警系统，该系统与本发明实施例4所述 系统的不同的地方在于:还包括加密模块，用于在变形信息、处置信息和报警信息传输前进 行信息加密。
[0071] 本发明实施例5所述的隧道围岩变形预警系统，通过加密模块在信息传输过程中 对信息进行加密处理，保证了信息传输的安全性。
[0072]此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例 中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的 范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任 意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0073] 应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领 域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中， 不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词"包含"不排除存在未 列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词"一"或"一个"不排除存在多个这样的 元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实 现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项 来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名 称。
[0074]本领域普通技术人员可以理解：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 明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1. 一种隧道围岩变形预警方法，其特征在于，包括： 在隧道的预设位置处布设监测点； 采集终端获取监测点的数据信息，并根据数据信息获得变形信息，所述数据信息包括 采集点到监测点的距离值； 确定变形信息大于预设阔值，向服务端发送变形信息和警报信息，W使服务端将变形 信息显示，并向其他接收设备发送警报信息。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集终端确定变形信息大于预设阔值后， 根据变形信息生成处置信息，向服务端发送变形信息和处置信息，W使服务端将变形信息 和处置信息显示，并向其他接收设备发送处置信息。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采集终端获取监测点的数据信息，并根据 数据信息采用围岩变形回归分析模型获得变形信息，所述变形回归分析模型为：其中，A，B为回归参数，X为监测点距开挖掌子面距离，U为位移值，（xo，Uo)为拐点X0处的 位移值化。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在采集终端获取监测点的数据信息之前， 采集终端从服务端获取监测点信息，或采集终端设置监测点信息，并发送给服务端。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变形信息包括变形量和变形速率。6. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，采集终端向服务端发送变形信息、处置 信息和报警信息时，包括对信息进行加密的步骤。7. -种隧道围岩变形预警系统，其特征在于，包括： 全站仪，用于在隧道的预设位置处布设监测点； 采集终端，连接全站仪，用于获取全站仪对监测点检测的数据信息，并根据数据信息获 得变形信息；当确定变形信息大于预设阔值，向服务端发送变形信息和警报信息，所述数据 信息包括采集点到监测点的距离值； 服务端，与采集终端无线连接，用于将获取的变形信息显示，并向其他接收设备发送警 报信息。8. 根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述采集终端还用于当确定变形信息大于 预设阔值后，根据变形信息生成处置信息，向服务端发送变形信息和处置信息。9. 根据权利要求8所述的系统，其特征在于，服务端还用于将获取的变形信息和处置信 息显示，并向其他接收设备发送处置信息。10. 根据权利要求7或8所述的系统，其特征在于，还包括加密模块，用于在变形信息、处 置信息和报警信息传输前进行信息加密。
【文档编号】E21F17/18GK105937408SQ201610425198
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】王万齐, 王辉麟, 卢文龙, 解亚龙, 郭歌, 梁策, 牛鸿睿, 郝蕊, 鲍榴, 徐晓磊, 王超, 王楠, 索宁, 王志华, 白平, 王荣波, 刘北胜, 张敬涵
【申请人】中国铁道科学研究院电子计算技术研究所, 北京经纬信息技术公司, 中国铁道科学研究院