专利名称：近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及地铁施工安全防护监测技术领域，特别是一种基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统。
背景技术：
现如今，在中国城市地铁大发展的时代，施工监测管理必须跟上建设的步伐。地铁在初建时大都是单层的，随着人口数量的快速增长和时代的发展，旅游业和运输事业逐渐膨胀起来，导致地铁运输量的供不应求，所以促使新增地铁线路，近接地铁隧道下穿、上跨地铁既有线等施工已经逐渐地出现在地铁建设施工工程中。在新建地铁隧道的过程中，由于下部岩土开挖、爆破振动等发生地应力改变、应力集中和卸荷现象，影响范围波及到与其近接的既有地铁隧道及线路，可能发生既有线路的下沉、倾斜、断裂等破坏，导致营业线轨道的轨距、高程、水平等参数超过技术要求，或引起轨枕下道碴不密实，造成新建隧道施工期间，既有地铁通行时出现晃车现象，这些影响破坏对于地铁既有线的安全运营是绝不可忽视的。鉴于传统的建设施工都是采用人工实地监测及单项监测，监测项目不全面，缺乏对比分析，监测效率低、误差大、费时费力，而且受监测场地的限制和列车经过的影响，为了避免更多的地铁施工事故的发生，保证地铁既有线顺利营业及车站人员安全，在新建地铁隧道的施工过程中必须建立针对近接地铁既有线的系统化实时自动化监测分析预警系统，及时精确及全方面地反馈地铁既有线及隧道机构的变化情况，并通过预警系统采取相应调整措施，提高地铁建设的安全性。考虑到既有地铁隧道洞内的GPRS网络信号微弱不稳定，而且很容易受到地铁运行的影响，又由于该既有隧道比较笔直且要求数据传输的高速率低延时，所以选择无线网桥来传输隧道洞内监测断面的监测数据。数据从地铁站口远程传输至监控中心时，会遇到许多墙壁、玻璃等障碍物，而无线网`桥不适用于中途有重重障碍物阻挡的数据传输，故选用GPRS模块作为中继传输设备，保证数据传输的可靠性。
发明内容本实用新型要解决的技术问题是:提供一种基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，该系统在新建地铁隧道施工进行的同时进行搭建，能够对近接地铁既有线进行必要的实时监测，从而优化施工方案，完善防护措施，科学的指导列车的行驶速度，安全高效的完成建设施工，同时也保证列车和行人的安全通行。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是:包括布置于地铁既有线隧道内的传感器、数据采集和传输设备以及监控中心的LabVIEW数据处理分析预警软件三部分，其中数据采集设备从现场获取数据之后通过电缆传至数据传输设备，数据传输设备利用网桥及GPRS无线网络与计算机通信。所述数据采集设备可以包括施工安全自动化采集仪和通过电缆与施工安全自动化采集仪的40通道信号接口相连的表面裂缝计、振弦式应变计、静力水准仪、爆破测振传感器、电容式位移计，所述表面裂缝计安装在地铁隧道围岩与衬砌之间，在地铁隧道拱顶、拱腰和拱脚均装有振弦式应变计，静力水准仪安装在地铁隧道拱腰侧壁，爆破测振传感器与隧道底部紧密安装结合，电容式位移计安装在地铁既有线两条铁轨之间。所述的施工安全自动化采集仪，其内部可以设有BGK-MICR0测量模块、网桥发射模块、电源模块和40通道信号接口，所述40通道信号接口通过电缆获取信号之后传入BGK-MICR0测量模块，经过BGK-MICR0测量模块调理之后由网桥发射模块传至地铁站口的网桥接收端。所述数据传输设备可以包括网桥发射模块、网桥接收模块、GPRS模块、GPRS网络以及信号发射塔和信号接收塔，其中网桥接收模块接收到采集信号后，转至GPRS模块，并将接收到信号通过GPRS网络传入信号发射塔，再通过GPRS网络由信号接收塔获取，最后在PC监控中心在线获取数据并分析预警。所述LabVIEW数据处理软件通过INTERNET在线调用数据并分析、预警、存储、评估及生广报表等。本实用新型与现有技术相比，主要有以下的优点:1.选用高精度的多传感器对既有地铁隧道结构和道床结构的变化进行自动化监测，避免了传统监测的不安全、不及时和精度低等缺点，更加有力地保证地铁既有线的运营和新建隧道的施工；2.对新建地铁隧道施工过程中的近接地铁既有线行进行实时的数值监测，保证行人和列车的通行安全，监控中心通过LabVIEW软件从互联网获取数据并进行安全分析评估，保证监测对象在施工期间的安全；3.提高对运营列 车通过时既有地铁隧道及线路结构的掌控力:监测系统建立之后，通过计算机虚拟仪器软件能够对监测对象和监测位置进行全方面的了解，并且能够在新建开挖隧道和列车通过时对监测对象进行实时分析，对列车的安全运行和地铁车站行人的通行提供科学的指导意见；4.通过自动化系统对监测项目的监测，进行数据分析和处理，并结合地铁隧道及地铁线各参数的安全标准达到预警预报的目的，可以对列车的限速行驶提供实时的反馈和限速值的改善，更好的指导列车行驶，提高各部门的经济效益；5.数据的采集和传输采用施工安全自动化采集仪，能够实现无线网络传输，更符合现场施工特点，避免了现场的干扰及不安全因素给数据传输带来的影响，保证监测的及时性和连续性；6.现场施工条件复杂，利用PVC管将传感器管线和信号线包装，不但易于操作，还保证了地铁既有线路的安全，监测装置外部的护壳方便拆装，对装置具有较好的保护作用，具有施工简单、易于掌握、便于拆装，循环使用等特点。
图1为本实用新型传感器数据采集原理图。图2为新旧地铁线剖面图。图3为本实用新型地铁既有隧道断面传感器布置图。[0021]图4为本实用新型近接地铁施工安全监测数据采集和处理系统图。图5为本实用新型监控中心LabVIEW软件控制模块图。图6为本实用新型PC监控中心显示的静力水准仪监测数据曲线图。图中:1.地铁既有线铁轨；2.地铁隧道衬砌；3.表面裂缝计；4.振弦式应变计；
5.静力水准仪；6.固定支架；7.螺栓；8.爆破测振传感器；9.电容式位移计；10.施工安全自动化采集仪；11.信号接口 ；12.网桥发射模块；13.电缆；14.地铁站口信号机箱；15.信号发射塔；16.信号接收塔；17.PC监控中心；18.地表；19.地铁既有左线；20.地铁既有右线；21.新建地铁线。
具体实施方式
本实用新型根据施工现场的实际情况，运用安全学理论以及相关力学理论，对监测项目进行分析和选取，利用传感器技术、智能采集模块技术、测试技术、网桥技术、GPRS无线网络传输技术以及LabVIEW虚拟仪器技术建立多传感器自动化实时监测系统，完成施工安全监测自动化采集仪的设计和完善，实现计算机监控中心与采集前端传感器之间的通信，完成多传感器 自动化实时监测。本实用新型根据近接地铁线施工安全防护监测的实际要求，对施工中可能造成的变形影响进行了全面地安全监测分析预警，利用多传感技术、网桥及GPRS传输技术、虚拟仪器技术设计了一种基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统。核心技术要点在于近接地铁既有线路施工防护中多传感器自动化监测系统设计完善与监测信号的智能分析处理。下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，其工作过程如图1所示，传感器在监测断面捕捉测点的信号，传输至施工安全自动化采集仪10，然后通过网桥、GPRS网络发送至上位机PC监控中心17。本实用新型涉提供的基于LabVIEW的近接地铁线施工防护多传感器自动化监测系统，其结构如图3-图5所示，包括布置于地铁既有隧道断面的传感器、数据采集和传输设备以及计算机监控中心数据处理分析预警软件三部分，其中数据采集设备从现场传感器获取数据信息之后通过电缆传至数据传输设备，数据传输设备利用网桥及GPRS无线网络与计算机通信。所述的地铁既有隧道断面的传感器，通过电缆13与施工安全自动化采集仪10连接，电缆13和水管线外层利用PVC管进行保护。所述数据采集设备如图3所示，包括施工安全自动化采集仪10和通过电缆13与施工安全自动化采集仪10的信号接口 11 (40通道信号接口)相连的表面裂缝计3、振弦式应变计4、静力水准仪5、爆破测振传感器8、电容式位移计9。所述的施工安全自动化采集仪10即数据采集和传输装置，其内部可以设有BGK-MICR0测量模块、网桥发射模块12、电源模块和40通道信号接口 11，所述40通道信号接口 11通过电缆13获取信号之后传入BGK-MICR0测量模块，经过BGK-MICR0测量模块调理之后由网桥发射模块12传至地铁站口的网桥接收端。所述的施工安全自动化采集仪10，主要包括数据采集模块、网桥模块和电池模块，数据采集和传输装置通过网桥网络将采集的数据信息传输至上网桥接收端，然后再通过GPRS模块利用GPRS网络将打包的数据信息传输至上位机即PC监控中心17。所述数据传输设备包括网桥发射模块12、网桥接收模块、GPRS模块、GPRS网络以及信号发射塔15和信号接收塔16，其中网桥接受模块和GPRS模块内置于地铁站口信号机箱14中，网桥接收模块接收到采集信号后，转至GPRS模块，并将接收到信号通过GPRS网络传入信号发射塔15，再通过GPRS网络由信号接收塔16获取，最后PC监控中心17在线获取数据并分析预警。本实用新型提供的基于LabVIEW的近接地铁线施工防护多传感器自动化监测系统，该系统在地铁运行与安全施工领域引入虚拟仪器软件LabVIEW进行自动化监控软件平台的开发设计和改进中的应用。本实用新型提供的基于LabVIEW的近接地铁线施工防护多传感器自动化监测系统，该系统的具体实现步骤如下:1.根据新建地铁隧道施工时，近接地铁营业线施工防护的要求，参考图2分析现场施工环境，包括地表18、地铁既有左线19、地铁既有右线20、新建地铁线21 ;然后确定监测项目，选择相应的传感器，包括表面裂缝计3、振弦式应变计4、静力水准仪5、爆破测振传感器8、电容式位移计9，并确定布置位置及数量，不同的近接地铁隧道施工可以适量增减；2.确定传感器安装位置，并用进行安装固定，参考图3，其中:表面裂缝计3安装在地铁隧道围岩与衬砌2之间；在地铁隧道拱顶、拱腰和拱脚均装有振弦式应变计4，静力水准仪5安装在地铁隧道拱腰侧壁，爆破测振传感器8与隧道底部紧密安装结合，电容式位移计9安装在地铁既有线两条铁轨I之间，但不影响列车运行；现场测试确定传感器能够正常工作，另外还要做好传感器防水防雷等保护措施；3.将施工安全自动化采集仪10放置在隧道拱腰侧壁合适位置，并将地铁既有线的各个监测断面所安装的传感器采集信号线通过电缆13接入施工安全自动化采集仪10的信号接口 11中，使信号接口 11符合对应连接，保证接线的可靠性；采集仪机型封装并进行相应的防护加工处理，达到一定的防护等级，满足现场的条件；
·[0037]4.启动施工安全自动化采集仪10，采集仪内部信号智能混合采集模块和扩展模块会根据信号的类型进行自动选择，并进行相应的处理，以每3-5秒/次的速度对监测对象进行扫描，将数据进行缓存，然后打包进入网桥发射模块12，网桥发射模块开始以特定IP地址和地铁车站出口处的网桥接收端通信，网桥接收端与GPRS模块通信，供电采用施工安全自动化采集仪10和地铁站口信号机箱14内部的电源模块；5.确保GPRS模块与上位机通信，利用PC监控中心17计算机和软件对GPRS模块的传输参数进行设置，基于LabVIEW开发的软件监测平台对传输至PC机上的监测数据进行在线测量，实时下载、存储、调用数据，并根据工程实际需要暂停和触发传感器进行数据采集以及采集频率设置，参考图4 ；6.在PC监控中心17利用LabVIEW软件及数据库ACESS软件对现场监测对象进行实时监测和数据分析，生成报表并提供预报预警，参考附图5。本实用新型的工作原理为:布置在监测对象上的传感器捕获到信号之后，由信号线电缆接入施工安全自动化采集仪，随后通过智能测量模块将信号通过网桥发射模块无线传输到接收端，网桥接收端的信号再通过GPRS模块远程无线发射至互联网。计算机LabVIEff软件通过互联网接收信号数据，并进行数据处理、分析，实现远程触发控制和预警，判断施工和列车行人通行的安全性。[0041]以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。 ·
权利要求1.近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，其特征是一种基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，包括布置于地铁既有线隧道内的传感器、数据采集和传输设备以及监控中心的LabVIEW数据处理分析预警软件三部分，其中数据采集设备从现场获取数据之后通过电缆传至数据传输设备，数据传输设备利用网桥及GPRS无线网络与计算机通信。
2.根据权利要求1所述的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，其特征是所述数据采集设备包括施工安全自动化采集仪(10)和通过电缆(13)与施工安全自动化采集仪(10)的40通道信号接口(11)相连的表面裂缝计(3)、振弦式应变计(4)、静力水准仪(5)、爆破测振传感器(8)、电容式位移计(9)，所述表面裂缝计(3)安装在地铁隧道围岩与衬砌(2)之间，在地铁隧道拱顶、拱腰和拱脚均装有振弦式应变计(4)，静力水准仪(5)安装在地铁隧道拱腰侧壁，爆破测振传感器(8)与隧道底部紧密安装结合，电容式位移计(9)安装在地铁既有线两条铁轨(I)之间。
3.根据权利要求2所述的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，其特征是所述的施工安全自动化采集仪(10)，其内部设有BGK-MICRO测量模块、网桥发射模块、电源模块和40通道信号接口(11)，所述40通道信号接口通过电缆获取信号之后传入BGK-MICR0测量模块，经过BGK-MICR0测量模块调理之后由网桥发射模块传至地铁站口的网桥接收端。
4.根据权利要求1所述的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，其特征是所述数据传输设备包括网桥发射模块、网桥接收模块、GPRS模块、GPRS网络以及信号发射塔(15)和信号接收塔(16)，其中网桥接收模块接收到采集信号后，转至GPRS模块，并将接收到信号通过GPRS网络传入信号发射塔(15)，再通过GPRS网络由信号接收塔(16)获取，最后在PC监控中心(17)在·线获取数据并分析预警。
专利摘要本实用新型是一种基于LabVIEW的近接地铁线施工安全多传感器自动化监测系统，该系统包括布置于地铁既有线隧道内的传感器、数据采集和传输设备以及监控中心的LabVIEW数据处理分析预警软件三部分，其中数据采集设备从现场获取数据之后通过电缆传至数据传输设备，数据传输设备利用网桥及GPRS无线网络与计算机通信。本实用新型具有可重复使用性，基于LabVIEW开发的软件监测平台可依据监测项目的变化及时扩展，进而达到一次投入，多次使用的效果。
文档编号G01D21/02GK203132582SQ20132006598
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月5日 优先权日2013年2月5日
发明者任高峰, 胡仲春, 张卅卅, 韩高升, 刘永成, 吕均琳 申请人:武汉理工大学