结晶监测系统及方法与流程

本申请涉及隧道排水系统技术领域，特别是涉及一种结晶监测系统及方法。

背景技术：

我国岩溶地区分布较广，除了西南地区具有分布普遍的喀斯特地质条件以外，在我国北方地区也有较为广泛的碳酸盐岩地层，近年来随着隧道修建速度的加快，在以上岩溶分布地区中投入运营的隧道数量、规模也日渐增多。岩溶地区隧道中经常容易出现的问题是排水系统中易被地下水中析出的碳酸钙结晶物堵塞，造成排水系统淤堵、隧道内渗水区域扩大、水压累积等问题，影响隧道的运营使用功能甚至衬砌结构安全，近年来频繁发生隧道渗漏水加剧、隧道衬砌掉块的问题，已经引起了隧道行业的关注和重视。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请的目的在于，提供一种结晶监测系统及方法以改善上述问题。

本申请实施例提供一种结晶监测系统，用于对隧道排水系统内岩溶水的结晶进行监测，所述隧道排水系统设置于隧道洞内，所述结晶监测系统包括：

气象监测装置，设置于所述隧道洞外，用于采集所述隧道洞周围环境的第一环境指标数据；

第一监测装置，设置于所述隧道洞内，用于采集所述隧道洞内的第二环境指标数据；

第二监测装置，设置于所述隧道排水系统内，用于采集所述隧道排水系统内的第三环境指标数据；

多个数据采集器，各数据采集器分别与所述气象监测装置、第一监测装置以及第二监测装置连接，用于接收所述气象监测装置、第一监测装置以及第二监测装置分别发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据发送至服务器，其中，各所述数据采集器为处理器。

进一步地，所述数据采集器包括第一数据采集器，所述气象监测装置包括雨量器、第一温湿度计以及第一二氧化碳浓度测量仪，所述雨量器、第一温湿度计以及第一二氧化碳浓度测量仪分别与所述第一数据采集器连接。

进一步地，所述数据采集器包括第二数据采集器，所述第一监测装置包括第二温湿度计、第二二氧化碳浓度测量仪以及风速计，所述第二温湿度计、第二二氧化碳浓度测量仪以及风速计分别与所述第二数据采集器连接。

进一步地，所述数据采集器包括第三数据采集器，所述第二监测装置包括第三温湿度计以及第三二氧化碳浓度测量仪，所述第三温湿度计以及第三二氧化碳浓度测量仪分别与所述第三数据采集器连接。

进一步地，所述结晶监测系统还包括网关设备及服务器；

所述网关设备分别与各所述数据采集器及所述服务器通信连接，用于接收各所述数据采集器发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据转发至所述服务器；

所述服务器通过所述网关设备与各所述数据采集器通信连接，用于接收并存储所述环境指标数据。

进一步地，各所述数据采集器通过电缆与所述网关设备连接，或各所述数据采集器通过无线传输设备与所述网关设备通信连接。

进一步地，所述隧道排水系统包括排水管、盖板以及沟道，所述盖板设置于所述沟道上，所述排水管容置于所述沟道内，所述结晶监测系统还包括图像采集设备，所述图像采集设备设置于所述盖板的靠近所述排水管的一侧，用于每间隔预设时长采集所述排水管管壁表面的岩溶水的结晶图像。

进一步地，所述结晶监测系统还包括与所述服务器通信的用户终端，用于获取所述服务器中的所述环境指标数据及输入的水质结晶信息，对所述环境指标数据及所述水质结晶信息进行分析处理得到所述隧道排水系统内岩溶水的结晶规律。

进一步地，所述水质结晶信息包括所述隧道排水系统内积水的水质信息、所述隧道排水系统内岩溶水的结晶发育程度信息以及结晶产物成分分析信息，其中，所述水质信息包括水中的钙离子浓度、ph值、溶解体固体含量以及碳酸氢根离子浓度。

本申请实施例还提供一种结晶监测方法，应用于结晶监测系统，所述结晶监测系统用于对隧道排水系统内岩溶水的结晶进行监测，所述隧道排水系统设置于隧道洞内，所述结晶监测系统包括设置于所述隧道洞外的气象监测装置、设置于所述隧道洞内的第一监测装置、设置于所述隧道排水系统内的第二监测装置以及多个数据采集器，各所述数据采集器分别与所述气象监测装置、第一监测装置以及第二监测装置连接，所述方法包括：

所述气象监测装置采集所述隧道洞周围环境的第一环境指标数据；

所述第一监测装置采集所述隧道洞内的第二环境指标数据；

所述第二监测装置采集所述隧道排水系统内的第三环境指标数据；

各所述数据采集器接收所述气象监测装置、第一监测装置以及第二监测装置分别发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据发送至服务器，其中，各所述数据采集器为处理器。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的结晶监测系统及方法，通过设置于隧道外的隧址区的气象监测装置，设置于隧道洞内的第一监测装置以及设置于隧道排水系统内的第二监测装置，来全方位获得不同环境综合作用下的环境指标数据，并将环境指标数据通过数据采集器发送至服务器以便于后期数据分析，从而便于工作人员积极主动地对隧道排水系统中出现结晶的问题进行及时干预，抑制隧道排水系统中的结晶现象和程度，为隧道养护提供有效的指导和依据，节约养护资金和保证隧道的运营安全。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的结晶监测系统的连接示意图之一。

图2为本申请实施例提供的结晶监测系统的功能模块连接示意图之一。

图3为本申请实施例提供的结晶监测系统的功能模块连接示意图之二。

图4为本申请实施例提供的结晶监测系统的功能模块连接示意图之三。

图5为本申请实施例提供的结晶监测系统的连接示意图之二。

图6为本申请实施例提供的结晶监测方法的流程图。

图标：1-结晶监测系统；10-气象监测装置；11-雨量器；12-第一温湿度计；13-第一二氧化碳浓度测量仪；20-第一监测装置；21-第二温湿度计；22-第二二氧化碳浓度测量仪；23-风速计；30-第二监测装置；31-第三温湿度计；32-第三二氧化碳浓度测量仪；41-第一数据采集器；42-第二数据采集器；43-第三数据采集器；50-网关设备；60-服务器；70-用户终端；2-隧道；3-隧道排水系统；4-无线传输设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

发明人研究发现，目前针对隧道排水系统中出现的结晶问题，该领域人员正在积极寻求解决措施，但目前主要的技术思路还是在于提出隧道排水系统的检查和清洗以清除排水系统中出现的结晶物。也就是说，目前的解决方式主要还是集中在隧道排水系统中出现了结晶之后的被动应对措施，尚未从岩溶水结晶机理上去提出和采取主动干预措施。使得隧道养护工作的针对性和计划性不强。

以上技术现状，往往是在隧道排水系统中出现大规模的结晶现象后才采取措施进行处置，且由于相应的检查、清洗手段也有限，解决问题的效果不佳，贻误了最佳处理时期，造成养护资金浪费或隧道病害加剧。

因此，针对上述研究发现提出的问题，本申请实施例提出了一种结晶监测系统及方法，该系统对隧道排水系统以及隧道所处的内外环境指标进行监测，以根据采集到的信息综合判断隧道排水系统中出现结晶的时机和结晶规律，为隧道的养护工作提供有效的指导和依据。下面对上述设计进行详细阐述。

请参阅图1，为本申请实施例提出的一种结晶监测系统1，用于对隧道排水系统内岩溶水的结晶进行监测，所述隧道排水系统设置于隧道洞内，所述结晶监测系统1包括：

气象监测装置10，设置于所述隧道洞外，用于采集所述隧道洞周围环境的第一环境指标数据。

第一监测装置20，设置于所述隧道洞内，用于采集所述隧道洞内的第二环境指标数据。第一监测装置20可安装在隧道洞内的隧道衬砌壁面上，以避免监测装置受到地面积水或其他影响，使得采集到的第二环境指标数据更加准确。

第二监测装置30，设置于所述隧道排水系统内，用于采集所述隧道排水系统内的第三环境指标数据。可选地，第二监测装置30可安装在隧道排水系统内，例如，中心排水沟的检查井处，如此，使得采集到的第二环境指标数据更加准确。

多个数据采集器，各数据采集器分别与所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30连接，用于接收所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30分别发送的环境指标数据(即第一环境指标数据、第二环境指标数据以及第三环境指标数据)，并将所述环境指标数据发送至服务器60，其中，各所述数据采集器为处理器。

可选地，所述处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，cpu)、网络处理器(networkprocessor，np)以及微处理器等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本申请实施例通过设置于隧道周围的气象监测装置10，设置于隧道洞内的第一监测装置20以及设置于隧道排水系统内的第二监测装置30，来全方位获得不同环境综合作用下的环境指标数据，并将环境指标数据通过数据采集器发送至服务器60以便于后期数据分析，从而便于工作人员积极主动地对隧道排水系统中出现结晶的问题进行及时干预，抑制隧道排水系统中的结晶现象和程度，为隧道养护提供有效的指导和依据，节约养护资金和保证隧道的运营安全。

可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述结晶监测系统1还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

碳酸钙(岩溶水中的主要成分)在排水管壁上结晶析出将经历如下过程：首先，要产生微小的粒子作为晶核，然后晶核再生长成微晶粒，微晶粒在溶液以及管壁中相互碰撞，使小晶体不断变为大晶体。

在此过程中，碳酸钙结晶的形成历经晶核生成(结晶诱导期)、结晶层形成(结垢诱导期)这两个关键阶段，在到达结垢诱导期的终点时，结晶的生产速率将有一个突跃。在此过程中，若知晓环境条件对结晶的生长发育的影响，则对监测结晶的研究分析更有帮助。

因此，更进一步地，为了使得对隧道内岩溶水的结晶规律和结晶现象得到更准确的数据，本申请实施例中还对隧道排水系统内的水质结晶信息进行了采集。以综合所述环境指标数据及所述水质结晶信息进行分析处理得到所述隧道排水系统内岩溶水的结晶规律。

需要说明的是，所述水质结晶信息包括所述隧道排水系统内积水的水质信息、所述隧道排水系统内岩溶水的结晶发育程度信息以及结晶产物成分分析信息。其中，所述水质信息包括水中的钙离子浓度、ph值、溶解体固体含量(tds)以及碳酸氢根离子浓度。

作为一种实施方式，所述隧道排水系统内岩溶水的结晶发育程度信息可以通过图像设备自动采集。

例如，所述隧道排水系统包括排水管、盖板以及沟道，所述盖板设置于所述沟道上，所述排水管容置于所述沟道内，所述结晶监测系统1还包括图像采集设备，所述图像采集设备设置于所述盖板的靠近所述排水管的一侧，用于每间隔预设时长采集一次所述排水管管壁表面的岩溶水的结晶图像。

如此，通过图像采集设备自动获取结晶图像，根据图像判断结晶现象以及结晶发育程度。图像采集设备可以是现有技术中任意型号的无线图像采集设备。

作为另一种实施方式，所述隧道排水系统内岩溶水的结晶发育程度信息还可以通过人工检测的方式获得。例如，通过内窥镜对排水管管壁表面的岩溶水的结晶或隧道排水系统中的施工缝的底部排水管内的岩溶水结晶进行观察拍摄。所述内窥镜可以是现有技术中的任意型号的转向工业内窥镜。

可以理解，结晶成分信息和水质信息中的钙离子浓度、ph值、溶解体固体含量(tds)以及碳酸氢根离子浓度等信息则是通过人工采集结晶和隧道中的岩溶水后，使用相应的设备对结晶成分和水质成分进行分析而获得的。其中分析结晶成分和水质成分的具体流程和原理可参考现有技术，在此不做赘述。

进一步地，预设时长可以是一个周、一个月或两个月。通过连续一年及以上的监测和分析，掌握隧道排水系统内出现结晶的时机和规律，以便于隧道养护部门及时采取主动干预的措施(如排水系统清洗、阻垢剂投放等)，保证隧道排水系统的畅通和隧道运营安全。

在岩溶地区，地下水中富含钙、镁等金属离子和碳酸根离子，由于环境条件，如，温度、湿度、降雨等因素的变化，会出现碳酸钙等产物的结晶析出的现象。因此本申请实施例中，不同监测装置还包括了可采集不同类型环境信息的数据采集设备。

请结合参阅图1与图2，具体地，所述数据采集器包括第一数据采集器41，所述气象监测装置10包括雨量器11、第一温湿度计12以及第一二氧化碳浓度测量仪13，所述雨量器11、第一温湿度计12以及第一二氧化碳浓度测量仪13分别与所述第一数据采集器41连接。

如此，可通过雨量器11采集隧道周围环境中的降雨量，通过第一温湿度计12采集隧道周围环境中的温度以及湿度，通过第一二氧化碳浓度测量仪13采集隧道周围环境中的二氧化碳浓度。在采集上述数据时，可每间隔设定时长采集一次并发送至第一数据采集器41。设定时长可以是10分钟、20分钟、30分钟或任意时长。可以理解，预设设定时长越短，在时间长度一定的情况下，采集到的数据就越多，分析得出的结论也就越精确。

请结合参阅图1与图3，具体地，所述数据采集器包括第二数据采集器42，所述第一监测装置20包括第二温湿度计21、第二二氧化碳浓度测量仪22以及风速计23，所述第二温湿度计21、第二二氧化碳浓度测量仪22以及风速计23分别与所述第二数据采集器42连接。

如此，可通过第二温湿度计21获得隧道洞内环境中的温度以及湿度，通过第二二氧化碳浓度测量仪22采集隧道洞内环境中的二氧化碳浓度，通过风速计23采集隧道洞内环境中的风速。在采集数据时，同样每间隔设定时长采集一次并发送至第二数据采集器42。设定时长可以是10分钟、20分钟、30分钟或任意时长。

请结合参阅图1与图4，具体地，所述数据采集器包括第三数据采集器43，所述第二监测装置30包括第三温湿度计31以及第三二氧化碳浓度测量仪32，所述第三温湿度计31以及第三二氧化碳浓度测量仪32分别与所述第三数据采集器43连接。

如此，可通过第三温湿度计31获得隧道排水系统中的温度以及湿度，通过第三二氧化碳浓度测量仪32采集隧道排水系统中的二氧化碳浓度。在采集数据时，同样每间隔设定时长采集一次并发送至第三数据采集器43。间隔时长可以是10分钟、20分钟、30分钟或任意时长。

可选地，上述雨量器11的型号可以是td-xyl67，可连接gprs-dtu接口实现降雨量远程传输。

上述温湿度计的型号(包括第一温湿度计12、第二温湿度计21以及第三温湿度计31)可以是dht系列产品，如dht11。也可以是htu系列产品，如，htu21d。还可以是sht系列产品，如，sht21d。

上述二氧化碳浓度测量仪(包括第一二氧化碳浓度测量仪13、第二二氧化碳浓度测量仪22、第三二氧化碳浓度测量仪32)的型号可以是固定式二氧化碳浓度测量仪，也可以是便携式二氧化碳浓度测量仪，如，est-10-co2二氧化碳浓度测量仪。

上述风速计23的型号可以是ey1电传风向风速计、qdf-2b热球式风速计以及zrqf-d10j智能热球式风速计。

可以理解，雨量器11、温湿度计、二氧化碳浓度测量仪以及风速计23的型号还可以是任意现有技术中的其他型号，在此不做限定。

进一步地，所述结晶监测系统1还包括网关设备50及服务器60。

所述网关设备50分别与各所述数据采集器及所述服务器60通信连接，用于接收各所述数据采集器发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据转发至所述服务器60。

所述服务器60通过所述网关设备50与各所述数据采集器通信连接，用于接收并存储所述环境指标数据。其中，网关设备50可以是路由器。

可选地，所述结晶监测系统1还包括与所述服务器60通信的用户终端70，用于获取所述服务器60中的所述环境指标数据及输入的水质结晶信息(该水质结晶信息包括的具体内容已在上述内容中进行过说明，在此不再赘述)，对所述环境指标数据及所述水质结晶信息进行分析处理得到所述隧道排水系统内岩溶水的结晶规律。

可选地，所述用户终端70的具体类型不受限制，例如，可以是，但不限于，智能手机、个人电脑(personalcomputer，pc)及平板电脑等具有处理功能的设备。

作为一种实施方式，各所述数据采集器通过电缆与所述网关设备50连接。

请参阅图5，作为另一种实施方式，各所述数据采集器通过无线传输设备4与所述网关设备50通信连接。无线传输设备4可以是gprs通讯模块或蓝牙通信模块。

请参阅图6，本申请实施例还提供了一种结晶监测方法，应用于结晶监测系统1，所述结晶监测系统1用于对隧道排水系统内岩溶水的结晶进行监测，所述隧道排水系统设置于隧道洞内，所述结晶监测系统1包括设置于所述隧道洞外的气象监测装置10、设置于所述隧道洞内的第一监测装置20、设置于所述隧道排水系统内的第二监测装置30以及多个数据采集器，各所述数据采集器分别与所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30连接，所述方法包括：

s1，所述气象监测装置10采集所述隧道洞周围环境的第一环境指标数据。

s2，所述第一监测装置20采集所述隧道洞内的第二环境指标数据。

s3，所述第二监测装置30采集所述隧道排水系统内的第三环境指标数据。

s4，各所述数据采集器接收所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30分别发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据发送至服务器60，其中，各所述数据采集器为处理器。

可以理解的是，本实施例中的各方法步骤的具体实施原理和有益效果可参照上述结晶监测系统1实施例中相应的详细描述，在此不再重复赘述。

综上所述，本申请实施例提供了一种结晶监测系统1及方法，用于对隧道排水系统内岩溶水的结晶进行监测，所述隧道排水系统设置于隧道洞内，所述结晶监测系统1包括：气象监测装置10，设置于所述隧道洞外，用于采集所述隧道洞周围环境的第一环境指标数据。第一监测装置20，设置于所述隧道洞内，用于采集所述隧道洞内的第二环境指标数据。第二监测装置30，设置于所述隧道排水系统内，用于采集所述隧道排水系统内的第三环境指标数据。多个数据采集器，各数据采集器分别与所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30连接，用于接收所述气象监测装置10、第一监测装置20以及第二监测装置30分别发送的环境指标数据，并将所述环境指标数据发送至服务器60，其中，各所述数据采集器为处理器。基于上述设计，将环境指标数据通过数据采集器发送至服务器60以便于后期数据分析，可为隧道养护提供有效的指导和依据，节约养护资金和保证隧道的运营安全。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。