一种隧道运营阶段的安全监测系统的制作方法

本实用新型属于隧道安全的技术领域，尤其涉及一种用于隧道运营阶段的安全监测系统。

背景技术：

近年来我国隧道建设呈现大规模的高速发展趋势，隧道工程基础设施建成后，随着使用年限增加，隧道中结构的老化问题日益凸显，寒冷地区的天然气隧道经常会发生衬砌开裂、衬砌漏水、围岩冻胀、水沟冻结等问题，隧道的安全不仅关系着人民的生产生活，也影响着社会的发展。

为保证隧道的运营安全，必须进行长期的安全监测，以此了解隧道结构在严酷环境中的受力及内环境状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况、内环境做出评估并加以有效处理，目前，还未有完善且有效的隧道运营阶段安全监测系统来对隧道的安全状态进行实时的监测。

技术实现要素：

基于上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种完善、有效且结构简单的监测系统，能够实时地、真实的反应隧道运营阶段的安全状态，有效保证隧道的运营安全。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为，一种隧道运营阶段的安全监测系统，包括GPS监测系统、DT监测系统、数据处理中心、中心控制平台和预警装置；所述GPS监测系统包括GPS现场监测模块、发射天线、接收天线，所述GPS监测系统将GPS现场监测模块的监测数据实时传输给数据处理中心；所述DT监测系统包括隧道状态采集装置、智能采集器和微控制模块，所述DT监测系统将隧道状态采集装置的监测数据实时传输给数据处理中心；所述中心控制平台通过无线网络与数据处理中心进行通信；所述中心控制平台根据数据处理中心的处理结果来控制预警装置的开启和关闭。

GPS监测系统通过GPS现场监测模块对隧道进出口洞门以及洞内围岩进行监测并将获取的隧道洞门以及隧道体的三维变形信息实时传输给数据处理中心。DT监测系统可以通过隧道状态采集装置实时监测隧道环境并将监测结果实时传输至数据处理中心。中心控制平台实时接收GPS现场监测模块和隧道状态采集装置的监测数据及数据处理中心的处理结果并以数字或时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等图表形式实时显示和记录，实现信息的管理与反馈，当隧道现场的超限浓度、超限时间、变形量、变形速率中任一指标大于预设阈值时，中心控制平台向预警装置发送警报信息，从而避免发生事故。进一步，所述中心控制平台还可控制GPS现场监测模块和/或隧道状态采集装置的运行或停止。进一步，所述接收天线和发射天线之间通过GPS卫星传输监测数据和/或中心控制平台下达的指令。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，还包括移动设备端，所述移动设备端通过短信和/或无线网络与中心控制平台进行通信。所述中心控制平台可发送短信或通过无线网络将隧道的安全状况发送给移动设备端，便于相关人员远程监控，有助于及时发现和排除安全隐患。移动设备端的相关人员也可通过短信或无线网络发送指令给中心控制平台，中心控制平台可以根据远程指令开启安全监测系统或作出其他相关行为。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，还包括太阳能供电系统；所述太阳能供电系统为GPS监测系统、DT监测系统、数据处理中心和预警装置中任意几个供电。通过设置太阳能供电系统可以降低供电施工难度与费用。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述隧道状态采集装置包括全站仪、裂缝仪、混凝土应变计、一氧化碳传感器、甲烷传感器、温度传感器、流速流量计和渗压计。所述全站仪用于监测隧道的拱顶沉降和周边收敛程度；所述裂缝仪、混凝土应变计用于全程动态监测隧道结构的受力；所述流速流量计、渗压计用于对隧道渗流进行监测，以分析渗流场的分布规律。上述各个装置协同作用，能在最大程度上将可能存在的安全隐患及时传输给数据处理中心进行分析，有助于提升隧道运营的安全性。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述全站仪监测所需布置的棱镜位于隧道的拱顶和/或拱腰处，在拱顶处设置的三维激光断面仪可以监测隧道的下沉量，在拱腰处设置的三维激光断面仪可对隧道的周边收敛程度进行监测；所述裂缝仪、混凝土应变计位于隧道洞内衬砌结构外表面；所述流速流量计、渗压计位于隧道洞内的排水沟、洞口集水井、洞外排水管、洞内衬砌结构内表面中的至少一处。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述GPS现场监测模块设于隧道洞口处；所述GPS现场监测模块包括GPS静态监测点和GPS动态监测点。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述GPS静态监测点为至少两个；所述GPS动态监测点为至少两个。优选地，所述GPS静态监测点为至少四个，以获得更为精准的三维变形信息。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述发射天线和/或接收天线采用AR10天线，该天线为直径为2.4m的抛物面天线；所述中心控制平台采用NMOS监测软件，便于自动化管理监测数据、分析和预测；所述智能采集器采用DT80智能采集器，DT80智能采集器具有128MB大容量的备用内部数据存储器，具有18位高分辨率A/D转换，并具有自检、自诊断功能；所述全站仪采用TCA全站仪，其智能化程度和精度高，可全天候地监测相关的隧道数据。上述各种型号的设备均为现有设备，但是实践结果显示，上述设备更加适用于隧道的安全监测。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述隧道状态采集装置通过CAN总线与智能采集器连接。通过CAN总线传输数据的安全性高且准确度高，有助于及时准确地传输监测数据。所述CAN总线是控制器局域网络的简称，是国际上应用最为广泛的现场总线之一。

作为上述一种隧道运营阶段的安全监测系统的进一步改进，所述预警装置包括LED报警灯和/或蜂鸣报警器。通过LED报警灯在视觉上的警示功能以及蜂鸣报警器在听觉上的警示功能，可以确保工作人员在紧急情况下及时应对；所述无线网络为GPRS和/或3G网络，以确保在任何情况下都可实时传输监测数据并下发相应指令。

附图说明

图1为实施例1的一种隧道运营阶段的安全监测系统的结构示意图。

图2为实施例2的一种隧道运营阶段的安全监测系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的监测系统，包括GPS监测系统、DT监测系统、中心控制平台、预警装置、数据处理中心和太阳能供电系统；

所述GPS监测系统包括GPS现场监测模块、发射天线、接收天线和GPS卫星，所述GPS监测系统将GPS现场监测模块的监测数据实时传输给数据处理中心，其中，所述GPS现场监测模块设于隧道洞口处，包括4个GPS静态监测点和2个GPS动态监测点，所述发射天线和接收天线均采用AR10天线。

所述DT监测系统包括隧道状态采集装置、DT80智能采集器和微控制模块，所述DT监测系统将隧道状态采集装置的监测数据实时传输给数据处理中心，其中，所述隧道状态采集装置包括TCA全站仪、裂缝仪、混凝土应变计、一氧化碳传感器、甲烷传感器、温度传感器、流速流量计和渗压计，所述TCA全站仪监测所需布置的棱镜位于隧道的拱顶和/或拱腰处；所述裂缝仪、混凝土应变计位于隧道洞内衬砌结构外表面；所述流速流量计、渗压计位于隧道洞内的排水沟、洞口集水井、洞外排水管、洞内衬砌结构内表面中的至少一处；所述隧道状态采集装置通过CAN总线与DT80智能采集器连接。

所述中心控制平台采用NMOS监测软件，通过GPRS网络与数据处理中心进行通信，一来可以接收数据处理中心传输而来的监测数据和处理结果，二来可以控制GPS现场监测模块和隧道状态采集装置的运行和停止，三来可根据数据处理中心的处理结果来控制预警装置的开启和关闭。所述预警装置包括LED报警灯和蜂鸣报警器。所述太阳能供电系统设于隧道洞口处以为GPS监测系统、DT监测系统、数据处理中心和预警装置供电。

首先，GPS现场监测模块将洞口处的4个GPS静态监测点和2个GPS动态监测点监测的实时位移数据通过IP接入控制器送入路由器，路由器将数字信号送入调制解调器，经调制解调器的基带处理和调制处理后转换为中频信号，经射频子系统送入发射天线发向GPS卫星，接收天线收到GPS卫星转发来的信号，经射频子系统分路处理后送入各调制解调器，经调制解调器解调、基带处理后，转换为数据信号送入路由器，经过路由器处理后将信号送入数据处理中心，数据处理中心通过GPRS网络将监测数据发送至中心控制平台。

同时，隧道状态采集装置将实时采集的隧道运营阶段的衬砌裂缝、一氧化碳浓度、甲烷浓度、温度、地下水状态、混凝土应变等实时数据通过CAN总线传送至DT80智能采集器，DT80智能采集器将采集的数据有线传输给微控制模块，微控制模块将监测数据用GPRS网络发送至数据处理中心，数据处理中心对原始数据进行滤波、计算等处理并将监测数据通过GPRS网络发送至中心控制平台。

随后，中心控制平台在接收到数据处理中心传输过来的监测数据后，将监测数据保存在多种数据库内，并同时按照不同的隧道进行管理，进行历史数据查询，数据以时间历程曲线图、X/Y坐标图、模拟图、直方图等形式实时显示和记录，当隧道现场的超限浓度、超限时间、变形量、变形速率中任一指标大于对应的预设阈值时，中心控制平台将报警指令通过GPRS网络发送到预警装置，预警装置立即发出强烈闪光和高音警铃声提醒值班人员，现场的值班人员根据预警装置及时采取相对措施，保障了隧道运营安全。

实施例2

与实施例1相比，本实施例的监测系统还进一步包括移动设备端，所述中心控制平台可发送短信或通过无线网络将隧道的安全状况发送给移动设备端，便于相关人员远程监控，有助于及时发现和排除安全隐患。移动设备端的相关人员也可通过短信或无线网络发送指令给中心控制平台，中心控制平台可以根据远程指令开启监测系统。