一种固态激光雷达隧道安全预警系统的制作方法

本发明涉及隧道施工，具体涉及一种固态激光雷达隧道安全预警系统。

背景技术：

1、传统的隧道安全预警方法是通过监控量测的方法来实现的，通过全站仪按固定频率对隧道初支的各个断面上的测点进行监测，根据各测点的位移变形情况来实现监测的目的。该方法已几近成熟，并能够有效的预测各测点的变化趋势，对隧道的安全监测起到了重要的作用。

2、传统的监控量测方式依旧存在不足之处，主要分为三点：其一是其监测频率不够，隧道现场施工情况复杂多变，围岩动态时刻在变；其二是测点密度不够，不能够全面的监测围岩实际情况；其三是测点不易布设，且容易被破坏和遮挡，导致监测数据不连续。

3、因此提供一种新的监控量测方案，实时掌握围岩动态，使围岩状态实时化、可视化，了解支护结构在不同工况时的实时受力状态和应力分布，对围岩稳定性第一时间作出准确、快速的评价，达到优化施工组织设计、指导现场施工、确保隧道施工的安全与质量的效果，变得尤为重要。

4、综上所述，急需一种全新的固态激光雷达隧道安全预警系统以解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种固态激光雷达隧道安全预警系统，旨在解决传统监测方法存在的弊端，具体技术方案如下：

2、一种固态激光雷达隧道安全预警系统，包括：

3、前端采集装置：用于采集隧道初期支护及掌子面的点云数据；

4、边缘数据处理端：接收采集的点云数据并对其进行处理，将处理结果上传至监测云平台；

5、监测云平台：用于处理结果的展示和储存，并进行超限预警；

6、所述前端采集装置包括前端保护装置、数据采集盒和安装底座；所述前端保护装置包括带开口的盒体，所述安装底座包括设置于盒体内部的水平板和长度可调的支撑杆，所述水平板铰接设置且通过改变支撑杆的长度调节水平板与水平面的夹角，所述水平板上设有安装孔和以安装孔为圆心的圆弧槽，所述数据采集盒底部的两个安装点分别通过安装孔和圆弧槽进行安装，改变圆弧槽中安装点的位置实现数据采集盒绕安装孔旋转。

7、以上技术方案中优选的，所述前端采集装置设置于检查井或下台阶钢筋之间；前端采集装置设置于下台阶钢筋之间时，所述盒体的开口处可拆卸设置保护盖，所述保护盖用于防止数据采集盒被下台阶喷浆破坏。

8、以上技术方案中优选的，n个前端采集装置布置于隧道内部，实现隧道安全步距内轮廓视野的全覆盖；

9、当单个前端采集装置能覆盖隧道净空时，n个前端采集装置在隧道安全步距内的左、右两侧交错设置；

10、当单个前端采集装置不能覆盖隧道净空时，在同一桩号下对称安装两个前端采集装置，对两个前端采集装置采集的数据拼接获得隧道净空的点云数据；

11、前端采集装置的休眠时间大于等于n倍前端采集装置的开机时间，同一时间内仅开启一台前端采集装置进行采集。

12、以上技术方案中优选的，所述数据采集盒内部置有固态激光雷达、倾角仪、定时器和无线传输模块从机；所述固态激光雷达用于点云数据采集；所述倾角仪用于监控数据采集盒的姿态数据；所述定时器用于控制固态激光雷达的单次开机时长；所述无线传输模块从机实时传输固态激光雷达的点云数据和倾角仪的姿态数据至边缘数据处理端。

13、以上技术方案中优选的，所述数据采集盒的外部设有防爆玻璃、显示及输入组件和电池，所述显示及输入组件用于固态激光雷达、定时器和无线传输模块从机的参数显示以及进行参数配置，所述固态激光雷达透过防爆玻璃进行数据采集；所述电池设置于数据采集盒外部的插槽中，所述电池用于对数据采集盒供电。

14、以上技术方案中优选的，所述边缘数据处理端包括声光报警器、保护箱以及设置于保护箱内部的工控机、ups不间断电源、电源充电台和无线传输模块主机；所述工控机内置数据采集程序、数据处理程序、远程操控程序以及文件上传程序；所述ups不间断电源分别与电源充电台、工控机和无线传输模块主机连接；所述无线传输模块主机接收无线传输模块从机传输的点云数据和姿态数据；若数据处理程序判断当期数据存在变形超限时，通过声光报警器进行示警。

15、以上技术方案中优选的，所述数据采集程序接收前端采集装置实时传输的数据；其中，设定接收时间t小于前端采集装置的开机时长；

16、若在开机时长内接收到完整接收时间t的数据，即停止本次数据接收；若在开机时长内未接收到完整接收时间t的数据，但是开机时长已到，同样停止本次数据接收。

17、以上技术方案中优选的，所述数据处理程序能调用数据采集程序与文件上传程序；所述数据处理程序对每期点云数据进行预处理，根据姿态数据对预处理后的点云数据进行姿态改正，并提取隧道轮廓，同时进行断面计算、三维变形区域的识别以及超限判断；所述文件上传程序接收所述数据处理程序的数据处理结果，并上传至监测云平台；通过远程操控程序实现远程对所述工控机内置程序进行参数配置。

18、以上技术方案中优选的，所述数据采集盒的外部还设置有提手和天线插口；所述电源充电台还用于对电池充电。

19、以上技术方案中优选的，所述边缘数据处理端设置于二衬台车上；所述圆弧槽的一侧设有角度刻线。

20、应用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

21、本发明提供了一种基于固态激光雷达的隧道实时变形监测系统，可对隧道点云数据进行实时采集、处理、上传和展示，并能根据数据处理结果进行及时预警，对节省人力物力、提高监测效率、促进隧道安全监测信息化管理具有一定的实际运用价值。

22、通过调整水平板与水平面之间的夹角以及旋转数据采集盒，能获得最优的采集视野，以确保采集隧道完整断面轮廓；选择将前端采集装置设置于检查井或下台阶钢筋之间，能够实现对隧道安全步距内轮廓视野的全覆盖。

23、前端采集装置的休眠时间(即采集间隔时间)大于等于n倍前端采集装置的开机时间，同一时间内仅开启一台前端采集装置进行采集，以确保多台前端采集装置能连续不间断的采集数据，同时防止多台数据采集盒同时进行数据采集，造成无线传输通道拥挤，导致数据丢失。

24、通过设置接收时间t，能保证数据的正常接收传输；当本次数据接收停止后，可关闭固态激光雷达与无线传输模块从机以起到提高续航的作用。

25、前端采集装置通过集成固态激光雷达、倾角仪、定时器、无线传输模块从机、显示及输入组件，能够按隧道相关监测规范和要求实现对关键数据的自动采集、处理和传输，具备防爆、防尘、防水等高防护能力，满足施工隧道内复杂环境的的高可靠性。

26、边缘数据处理端集成工控机、ups不间断电源、电源充电台、声光报警器以及无线传输模块主机，实现了隧道点云数据的实时采集、处理、上传与预警，并实现了洞内循环使用，即数据采集、处理、上传和预警均在洞内进行处理，能够及时进行预警，确保洞内人员安全；电源充电台能对前端采集装置的电池进行充电，电池的替换无需出洞，确保数据采集连续；ups不间断电源能保证突发断电时，边缘数据处理端依然能正常工作，保证数据处理的稳定性。

27、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。