一种隧道变形定量监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于隧道（如地下、山下、水下的公路、铁路隧道）的安全监测领域，特 别涉及一种隧道变形定量监测系统。
【背景技术】
[0002] 现在交通道路发展很快，而位于地下、山下、水下的公路、铁路隧道，因其位于地 下、水下或者山体内，随时可能发生坍塌或渗漏，威胁运行车辆和驾乘人员的生命财产安 全。例如2015年1月12日，美国首都华盛顿特区市中心的"朗方广场"地铁站冒出浓烟， 事故致1人死亡，84人不同程度受伤入院治疗，其中2人重伤，事后调查为渗漏引起的电路 故障导致电线起火冒烟。而在我国也经常发生隧道坍塌、渗水事故，事故虽然是在短时间内 发生的，但是，一般都有漫长的变化过程，因而对隧道的安全监控和变形预测十分必要，可 以及时消除隐患，减少损失。 【实用新型内容】
[0003] 为了达到上述目的，本实用新型采用无线传感网络和图像处理技术，并辅以一定 的预测方法，实现对隧道变化进行定量监测及其趋势预测。具体技术方案如下：
[0004] 一种隧道变形定量监测系统，由监测节点、网关节点和监测中心电子计算机组成， 其特征在于，监测节点分布设置在隧道内，监测节点为设置在隧道顶部的烟雾传感器、设置 在隧道底部的液位传感器和设置在隧道侧壁的摄像传感器，特别是隧道内壁产生的裂缝， 都要及时加装摄像传感器对其监测，各监测节点带有ZigBee无线传感网络节点，监测节点 经网关节点通过GPRS网络与Internet网络连接监测中心电子计算机，将隧道的图像信息 实时传输到监测中心电子计算机中，在计算机屏幕上自动显示所监测的各具体确实位置的 隧道的变化值，变化值超出规定阈值，计算机自动预警，同时将预警发送至管理人员手机 上，并利用计算机预测隧道的各种参数发展趋势。
[0005] 进一步的，监测节点由以下部件组成：烟雾传感器、液位传感器和摄像传感器、信 号调理电路、基于ZigBee通信协议的射频发射模块，其中摄像传感器通过信号调理电路与 基于ZigBee通信协议的射频发射模块连接；基于ZigBee通信协议的射频发射模块上连接 有液晶显示器和USB接口。
[0006] 优选的，摄像传感器为SAT系列红外探测器。
[0007] 优选的，基于ZigBee通信协议的射频发射模块是CC2430芯片。
[0008] 进一步的，网关节点由以下部件：基于ZigBee通信协议的射频接收模块、微处理 器、SM卡座、GPRS模块顺次连接而成，并由电源管理芯片统一执行供电管理。
[0009] 优选的，微处理器选用AT91RM9200芯片。
[0010] 进一步的，各监测节点也可有线传输到监测中心电子计算机（5)中。
[0011] 一种隧道变形定量监测系统的预测方法，运用灰色预测方法，拓灰色预测模型充 分利用变形或渗水的参数^&把随时间变化的数据累加求和，生成新的序列，用一条曲 线逼近，逼近曲线还原后即为拓灰色预测模型。
[0012] 有益效果
[0013] 本实用新型与现有技术相比具有以下积极效果：（1)采用烟雾传感器、液位传感 器和摄像传感器，对隧道进行监测，可以增加监测系统的可靠性，提高监测精度，可以做到 早发现早处理；（2)采用ZigBee网络协议，由于灵活的网络结构，超大的网络容量，特别适 合大面积多地段的安全监测；（3)采用无线传感网络或有线连接，技术成熟，施工方便；(4) 无需工作人员定期巡回检查监测系统，节约大量人力成本；（5)将ZigBee网络、GPRS网络 和Internet网络结合起来，适合大面积与多地段的安全监测；（6)采用红外摄像传感器可 不受环境亮度影响实施24小时监测。
【附图说明】
[0014] 图1是本实用新型的一种隧道变形定量监测系统示意图；
[0015] 图2是ZigBee网络监测节点原理图；
[0016] 图3是ZigBee网络网关节点原理图。
[0017] 其中，la.烟雾传感器，Ib.液位传感器，Ic.摄像传感器，2.网关节点，3. GPRS网 络，4. Internet网络，5.监测中心计算机，6.隧道，7.信号调理电路，8.基于ZigBee通信 协议的射频发射（接收）模块，9.液晶显示器，10. USB接口，11.电源，12.电源管理芯片， 13.微处理器，14. SM卡座，15. GPRS模块。
【具体实施方式】
[0018] 为使本实用新型的目的和技术方案更加清楚，以下结合附图对本申请的技术方案 进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例， 基于所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019] 实施例1 :一种隧道6变形定量监测系统，由监测节点、网关节点2、监测中心电子 计算机5组成，其特征在于，监测节点分布设置在隧道6内，监测节点包括设置在隧道顶部 的烟雾传感器la、设置在隧道底部的液位传感器Ib和设置在隧道侧壁的摄像传感器lc， 各监测节点传感器带有ZigBee无线传感网络节点，各监测节点经网关节点2通过GPRS网 络3与Internet网络4将隧道的信息实时传输到监测中心电子计算机5中，各监测节点也 可有线传输到监测中心电子计算机5中，在计算机屏幕上自动显示所监测的各具体确实位 置的变化值，当变化值超出规定阈值时，计算机上自动显示预警，同时将预警发送至操作人 员手机上，计算机能预测隧道的异常发展趋势。
[0020] (1)监测节点
[0021] 将烟雾传感器Ia隔设定距离安装在隧道顶部，通过监测烟雾的浓度或有毒有害 气体来实现预警、报警；将液位传感器Ib设置在隧道底部，当有积水时，液位传感器Ib发送 信息；将红外摄像传感器Ic安装在隧道6侧壁，对准所要监测的位置，其摄制的图像经信号 调理电路7处理后，由基于ZigBee通信协议的射频模块8发射图像信息。各监测节点连接 电源11，各监测节点的各个芯片型号可以作如下选择：CC2430是Chipcon公司生产的用来 实现嵌入式ZigBee应用的芯片系统，它支持2. 4GHz IEEE802. 15. 4/ZigBee协议，CC2430芯 片以强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试以遵从IDE的IAR工业标准为 支持，得到嵌入式机构的高度认可，CC2430芯片系统模块集成了 CC2420RF收发器，增强工 业标准的8051MCU. 32/64/128KB闪存，8KB SRAM等高性能模块，并内置ZigBee协议，加上超 低能耗，使得它可