一种衬砌的形变检测方法、装置及存储介质与流程

本申请涉及工程技术领域，具体而言，涉及一种衬砌的形变检测方法、装置及存储介质。

背景技术：

隧道在建成后，由于围岩应力的进一步释放可能导致隧道衬砌变形，因此，需要对衬砌的形变进行监测。在传统的监测方法中，通常采用人工定期对衬砌变形进行监测。采用这种方式的弊端在于，一方面，其人力成本很高，另一方面，由于人工定期监测时隧道已投入正式使用，故测量人员在测量时的安全并不能完全得到保障。

技术实现要素：

本申请实施例的目的在于提供一种衬砌的形变检测方法、装置及存储介质，用以降低监测衬砌形变的成本，在实现监测衬砌形变的同时保证人员的安全。

第一方面，本申请实施例提供了一种衬砌的形变检测方法，所述方法包括：

确定出设置在隧道的衬砌上的风速计测得的列车行经所述风速计时产生的列车风的实际风速；

根据所述实际风速、理论风速、以及所述隧道的预设横截面积，确定出所述隧道的实际横截面积与所述预设横截面积的差异，其中，所述理论风速为所述列车以与实际相同的速度行进时理论上产生的列车风的风速。

在本申请实施例中，通过风速计测得的列车行进产生的列车风的实际风速，以及根据实际风速、理论风速、以及隧道的预设横截面积，便可确定出隧道的实际横截面积与预设横截面积的差异，即确定出衬砌的形变情况，在无需人工监测的情况下实现监测衬砌的形变，降低了测量成本，保证测量时人员的安全。

结合第一方面，在第一种可能的实现方式中，根据所述实际风速、理论风速、以及所述隧道的预设横截面积，确定出所述隧道的实际横截面积与所述预设横截面积的差异，包括：

确定出所述实际风速与所述理论风速的比值；

获取所述比值和所述预设横截面积的乘积，其中，所述乘积为所述实际横截面积；

确定出所述预设横截面积与所述预设横截面积的差异。

在本申请实施例中，由于衬砌的形变会导致横截面积改变，并相应导致风速的变化。因此，确定出的实际风速与理论风速的比值能够准确的反应横截面积的变化，进而准确的确定出衬砌的形变情况。

结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，在确定出所述隧道的实际横截面积与所述预设横截面积的差异之后，所述方法还包括：

根据所述差异，判断所述衬砌的形变是否正常。

在本申请实施例中，通过差异能够有效判断衬砌的形变是否在可控范围内，以及时确定衬砌的形变是否带来安全隐患。

结合第一方面，在第三种可能的实现方式中，所述衬砌上还设有压力波采集器，在根据所述实际风速、理论风速、以及所述隧道的预设横截面积，确定出所述隧道的实际横截面积与所述预设横截面积的差异之前，所述方法还包括：

根据所述压力波采集器采集的所述列车行驶时产生的压力波数据，确定出所述列车行驶的速度；

根据所述速度，确定出所述理论风速。

在本申请实施例中，由于每趟列车在行经风速计时的车速可能会有所不同，故可以通过列车行驶产生的压力波的压力波数据来准确的确定出列车实际的车速，进而准确的确定出理论风速，以保证形变测量的准确性。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，根据所述压力波采集器采集的所述列车行驶时产生的压力波数据，确定出所述列车行驶的速度，包括：

根据所述压力波数据，确定出膨胀波传播到所述压力波采集器处的第一时间点，以及确定出压缩波传播到所述压力波采集器处的第二时间点，其中，所述膨胀波为所述列车的车头驶入隧道产生的压力波经所述衬砌反射形成，所述压缩波为所述列车的车尾驶入所述隧道产生的压力波所述衬砌反射形成；

根据所述第一时间点和所述第二时间点之间的间隔，以及根据预设的所述列车的车体长度，确定出所述速度。

在本申请实施例中，由于列车的车头驶入隧道会产生压缩波，列车的车尾驶入隧道则会产生膨胀波，故确定出压缩波传播到压力波采集器与膨胀波传播到压力波采集器之间的时间差，即为确定出列车在这段时间差内行驶了车体长度的距离，因此可以准确的确定出列车的速度。

结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述方法还包括：

在所述压力波采集器采集到所述压力波数据时，控制所述风速计开始工作；

根据所述速度、所述风速计距所述隧道入口的距离、以及所述列车的车体长度，确定出所述风速计的工作时长；

确定所述风速计在开始工作后已经工作了所述工作时长，控制所述风速计停止工作，其中，在所述风速计停止工作时，所述列车的车尾已经驶过所述风速计。

在本申请实施例中，通过控制风速计在列车驶入隧道时开时工作，以及在列车的车尾已经驶过风速计时，控制风速计停止工作，实现保证正常测量的同时，极大的缩短的风速计的工作时长，有效的降低能耗。

第二方面，本申请实施例提供了一种衬砌的形变检测装置，包括：设置在隧道的衬砌上的风速计，与所述风速计连接的处理器；

所述风速计，用于在列车行经所述风速计时，采集所述列车行驶产生的列车风的实际风速，并将所述实际风速发送至所述处理器；

所述处理器，用于根据所述实际风速，执行如第一方面至第一方面的第二种可能的实现方式中任一种所述的衬砌的形变检测方法。

结合第二方面，在第二种可能的实现方式中，所述装置还包括：设置在所述衬砌上的压力波采集器，所述压力波采集器分别与所述风速计和所述处理器连接；

所述压力波采集器，用于采集所述列车行驶产生的压力波数据，将所述压力波数据发送至所述处理器；

所述处理器，还用于根据所述压力波数据，执行如第一方面的第三种可能的实现方至第一方面的第五种可能的实现方式中任一种项所述的衬砌的形变检测方法。

结合第二方面，在第三种可能的实现方式中，所述装置还包括：设置在所述衬砌上的压力波采集器，所述压力波采集器与所述风速计连接；

所述压力波采集器，用于在采集到所述列车行驶产生的压力波数据时，触发所述风速计开始工作；

所述风速计，用于确定在开始工作后已经工作了设定的工作时长，控制自身停止工作，其中，在所述风速计停止工作时，所述列车的车尾已经驶过所述风速计。

在本申请实施例中，在列车驶入隧道时，通过压力波采集器触发风速计开时工作，以及在列车的车尾已经驶过风速计时，风速计根据自身的计时而停止工作，实现保证正常测量的同时，极大的缩短的风速计的工作时长，有效的降低能耗。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读储存介质，所述存储介质上存储有程序代码，当所述程序代码被所述计算机运行时，执行如第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的衬砌的形变检测方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请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申请的某些实施例，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一种衬砌的形变检测装置的安装示意图；

图2为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第一结构框图；

图3为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第一应用场景图；

图4为本申请实施例中风速的第一波形图；

图5为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第二应用场景图；

图6为本申请实施例中风速的第二波形图；

图7为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第三应用场景图；

图8为本申请实施例中风速的第三波形图；

图9为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置中第一种预设横截面积的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置中第二种预设横截面积的示意图；

图11为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第二结构框图；

图12为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第四应用场景图；

图13为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第五应用场景图；

图14为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第六应用场景图；

图15为本申请实施例中压力波的第一波形图；

图16为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的第七应用场景图；

图17为本申请实施例中压力波的第二波形图；

图18为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测装置的结构示意图；

图19为本申请实施例提供的一种衬砌的形变检测方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种衬砌的形变检测装置100，衬砌的形变检测装置100可以设置在被测隧道的衬砌上，例如设置在衬砌的顶部或侧部。

本实施例中，在列车行经隧道时，一般情况下衬砌的侧部与列车之间的空间小于衬砌的顶部与列车之间的空间，较小的空间能够产生量值较大且比较稳定的列车风(列车风由列车行驶产生)，稳定的列车风能够使得测量出的风速更准确。因此，可以将衬砌的形变检测装置100设置在衬砌的侧部，以实现准确的确定出风速。当然，将衬砌的形变检测装置100设置在衬砌的侧部为一种示例性的设置方式，并不作为对本实施例的限定，例如在衬砌的顶部与列车之间的空间小于衬砌的侧部与列车之间的空间时，也可以将衬砌的形变检测装置100设置在衬砌的顶部。

请参阅图2，衬砌的形变检测装置100可以包括：风速计110，与风速计110连接的处理器120。

风速计110可以采用热线风速计或者也可以采用超声波风速计，当然，上述型号为举例说明，并不作为对本实施例的限定。风速计110，用于持续的采集隧道s中的风速，并将风速实时的发送至处理器120。

处理器120可以为cpu(centralprocessingunit，中央处理器)、np(networkprocessor，网络处理器)等；还可以为dsp(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)、asic(applicationspecificintegratedcircuit，专用集成电路)、fpga(field－programmablegatearray，现成可编程门阵列)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。

处理器120，用于根据风速计110采集到的风速，确定出列车行经风速计110时产生的列车风的实际风速，以及再根据理论风速，以及隧道s的预设横截面积，从而确定出隧道s的实际横截面积与预设横截面积之间的差异。从而通过该差异便可以确定出衬砌的形变量是否正常。其中，理论风速为列车以与实际相同的速度行进时在理论上产生的列车风的风速。

下面将结合附图对处理器120如何确定出差异进行详细地说明。

在列车200还未行经风速计110时，风速计110测得的风速一般为自然风的风速，即风速计110测得风速一般很小。但在列车200行经风速计110时，列车200行驶产生的列车风风速较快，因此风速计110测得的风速会明显增大。基于此，为便于确定出风速计110测得的风速是否为列车风的风速，处理器120中预设了风速阈值，该风速阈值可以大于自然风的风速且小于列车风的风速。处理器120将风速计110测得的风速与该风速阈值比较，以判断风速计110测得的风速是否初次变化到大于风速阈值。若大于，确定风速计110测得的风速为列车风的风速，反之，则确定不为列车风的风速。

如图3所示，列车200朝向x方向行驶，并驶入隧道s。在图3中，由于列车200还未行经风速计110，风速计110测得的风速的曲线可以如图4所示。处理器120将风速计110测得的风速与该风速阈值比较，可以确定风速计110测得的风速小于风速阈值，即确定风速计110当前未测得列车风的风速。

如图5所示，随着列车200的继续行驶，在列车200的车头行经到风速计110处时，列车200产生列车风的风速则被风速计110采集到。如图6所示，相应的，风速计110测得的风速的曲线可以在图4的曲线基础上出现明显的增大。此时，处理器120将风速计110测得的风速与该风速阈值比较，可以确定风速计110测得的风速初次增大到大于风速阈值，即确定风速计110当前测得列车风的风速。

进一步的，处理器120可以根据风速计110测得风速，确定出列车风的实际风速。

作为确定出列车风的实际风速的一种可选方式，在确定风速计110测得的风速初次增大到大于风速阈值时(初次表示在本次测量中第一次增大到阈值)，处理器120可以获取此刻风速计110测得的风速，该风速即为列车风的实际风速。

作为确定出列车风的实际风速的另一种可选方式，在确定风速计110测得的风速初次增大到大于风速阈值后，处理器120可以继续获取风速计110测得的风速，并持续的判断风速计110测得的风速由大于风速阈值初次变化到小于等于风速阈值时。

如图7所示，随着列车200的继续行驶，在列车200的车尾刚驶过风速计110时，风速计110不能再采集到该列车200产生列车风的风速，如图8所示，相应的，风速计110测得的风速的曲线可以在图6的曲线基础上出现明显的减小。此时，处理器120可以确定风速计110测得的风速由大于风速阈值初次变化到小于等于风速阈值。

进一步的，处理器120可以确定出t1到t2这段时间内风速计110测得的风速的平均值，该平均值则为列车风的实际风速。

本实施例中，由于隧道s属于较为特殊的路段，需要限制列车200在隧道s中的通行速度，比如限定列车200需要以120km/h的速度通过隧道s，以使列车200以限定的速度通过隧道s。换言之，列车200实际经过隧道s的实际速度与其理论速度相同或非常相近。

进一步的，为便于确定出隧道s的实际横截面积，处理器120可以基于理论速度预设理论风速，其中，该理论风速为列车200以理论速度(理论速度与实际相同或非常相近)行进时在理论上产生的列车风的风速。以及，处理器120还可以预设隧道s的预设横截面积，其中，该预设横截面积可以是隧道s的整个横截面的面积，即预设横截面积可以为图9中虚线填充的m区域的面积；或者，可以是隧道s与列车200之间形成的环状区域的面积，即预设横截面积可以为图10中n区域的面积。

进一步的，基于确定出实际风速和预设的理论风速，处理器120可以确定出所述实际风速与理论风速的比值，再将比值乘以预设横截面积获得乘积，该乘积即为隧道s的实际横截面积。处理器120确定出预设横截面积与预设横截面积的差异，该差异即为衬砌的形变量。

为实现及时发现衬砌的形变是否带来安全隐患，处理器120中还预设了衬砌形变的正常值，并判断该差异是否大于该正常值。若不大于，表示衬砌的形变在正常范围内，处理器120不执行告警流程。若大于，表示衬砌的形变超出正常范围，存在安全隐患，故处理器120可以向用户(隧道s的施工或管理人员)发送衬砌的形变异常的告警信息。

请参阅图11，理论上，列车200的实际速度应当与理论速度相同，但由于实际的环境因素，列车200的实际速度往往与理论速度存在一定的差异，该差值会导致确定出的理论风速存在一定误差。虽然该误差可接受，且不会对衬砌形变的测量造成实质性影响，但为实现确定出更准确的理论风速，以实现更准确测量，在本实施例的一些实施方式中，还可以通过实际测量列车200的实际速度来动态的确定理论风速。

具体的，衬砌的形变检测装置100还可以包括：与处理器120连接的压力波采集器130。

压力波采集器130，用于持续的采集的列车200行驶产生的压力波数据，并将压力波数据实时的发送至处理器120。

处理器120，用于根据压力波数据，确定出列车200实际行驶的速度。

下面将结合附图对处理器120如何根据压力波数据确定出列车200实际行驶的速度进行详细地说明。

结合图11，参阅图12和图13，压力波包含压缩波b1和/或膨胀波b2。在列车200的车头驶入隧道s时，由于列车200的车头会挤压隧道s内的空气，空气被挤压则会在列车200的车头处产生压缩波，该压缩波经衬砌反射后形成负压的膨胀波b1，该经反射形成的膨胀波b1朝压力波采集器130方向传播过去。随后，在列车200的车尾驶入隧道s时，列车200的车尾处形成负压区，负压区则可以生成膨胀波，该膨胀波经衬砌反射后形成正压的压缩波b2，该经反射形成的压缩波b2也朝着压力波采集器130方向传播过去。

结合图11，参阅图14和图15，在膨胀波b1传播到压力波采集器130处之前，压力波采集器130未采集到列车200产生的压力波，故压力波采集器130采集的压力波数据为正常数据。随着膨胀波b1和压缩波b2传播，膨胀波b1会先于压缩波b2传播到压力波采集器130处。压力波采集器130相应的采集到该压缩波b1，并使得压力波数据明显减小，并初次减小到波谷值(初次减小到波谷值表示在方法本次的执行流程中第一次减小到波谷值)。

压力波采集器130通过将采集的压力波数据实时的发送给处理器120，以便处理器120实时分析压力波数据增减。

作为实时分析压力波数据增减的示例性方式。

处理器120中可预先设置第一比较阈值，该第一比较阈值可以略大于实际中产生的膨胀波b1的大小，例如第一比较阈值可以为膨胀波b1的大小的120％。处理器120实时的将接收到的压力波数据与第一比较阈值比较，以判断压力波数据是否初次减小到小于第一比较阈值。

相应的，在压力波采集器130采集到膨胀波b1时，压力波数据由于压缩波b1为负压而明显减小，故处理器120可以确定压力波数据初次减小到小于第一比较阈值，即确定压力波数据初次减小到波谷值。以及，处理器120还确定出压力波数据初次减小到波谷值的时间点t3(第一时间点)，该时间点t3为膨胀波b1传播到压力波采集器130处的时间点。

结合图11，参阅图16和图17，随着压缩波b2传播，压缩波b2会后于膨胀波b1传播到压力波采集器130处，以使压力波采集器130也采集到该压缩波b2。由于波的叠加效应，且压缩波b2的正压会使得压力波数据会明显增大，并在减小到波谷值后初次增加到波峰值(初次增加到波峰值表示在方法本次的执行流程中第一次增加到波峰值)。

也作为实时分析压力波数据增减的示例性方式。

处理器120中还可以预先设置第二比较阈值，该第二比较阈值可以略小于实际中产生的压缩波b1的大小和膨胀波b2的叠加值，例如第二比较阈值可以为叠加值的120％。处理器120还可以实时的将接收到的压力波数据与第二比较阈值比较，以判断压力波数据是否初次增加到大于第二比较阈值。

相应的，由于压缩波b2传播到压力波采集器130处时，采集的压力波数据为膨胀波b1和压缩波b2的叠加值，故处理器120可以确定压力波数据初次增加到大于第二比较阈值，即确定压力波数据初次增加到波峰值。以及，处理器120还确定出压力波数据初次增加到波峰值的时间点t4(第二时间点)，该时间点t4为压缩波b2传播到压力波采集器130处时的时间点。

进一步的，由于压缩波b1是由列车200的车头进入隧道s产生，膨胀波b2是由列车200的车尾进入隧道s产生，故在时间点t3至时间点t4的这段时间内，列车200行驶的距离为自身的车体长度。因此，处理器120通过确定出时间点t3和时间点t4之间间隔的时长t，并将车体长度除以该间隔的时长t，便确定出列车200实际的速度。

进一步的，处理器120中预设了多种速度，以及预设了每种速度下产生的理论风速。处理器120从多种速度中确定出与列车200实际的速度相同的速度，并获取该相同的速度对应的理论风速，即实现确定出本次测量所需的理论风速。

为实现不影响风速计110正常工作的情况下，降低风速计110的工作时长，以降低风速计110的耗能，在本实施例的一些可选实施方式中，可以由处理器120控制风速计110的开始和停止工作。

具体的，处理器120在压力波采集器130初次采集到列车200行驶产生的压力波数据时(即确定压力波数据减小到波谷值时)，处理器120可以控制风速计110开始工作。由于压缩波b1的传播速度大于列车200的车速，在确定压力波数据初次增大到波峰值时，列车200还未行驶到风速计110处，故风速计110开始工作后能够及时的采集列车风的风速。

此外，处理器120根据压力波数据确定出列车200实际的速度后，处理器120还可以根据列车200实际的速度，动态的确定出风速计110的工作时长。

作为动态确定工作时长的示例性方式，处理器120中还预设了风速计110距离隧道s入口的距离(隧道s入口为列车200的驶入口)。根据风速计110距离隧道s入口的距离，处理器120确定出该距离与车体长度的和值，并将该和值除以列车200实际的速度而确定出工作时长。该工作时长能够保证在风速计110停止工作时，列车200的车尾已经驶过风速计110。

进一步的，处理器120确定风速计110在开始工作后已经工作了工作时长，则控制风速计110停止工作。

当然，确定工作时长的方式也不限于上述方式，例如，也可直接设定一个工作时长，该工作时长的大小保证在风速计110停止工作时，列车200的车尾已经驶过风速计110即可。

在本实施例的另一些可选实施方式中，还可以由压力波采集器130控制风速计110开始工作，并由风速计110自己对停止工作进行控制。

具体的，压力波采集器130可以具备压力触发功能，即在压缩波b1传播到压力波采集器130时，由于压力明显增大，压力波采集器130自我触发开始采集压力波数据。与此同时，压力波采集器130还触发风速计110开始工作。

风速计110自带有计时功能，且计时的时长为前述的工作时长。通过计时，风速计110确定在开始工作后已经工作了设定的工作时长，便控制自身停止工作。

请参阅图18，为便于衬砌的形变检测装置100的安装，衬砌的形变检测装置100还可以包括：封闭式的壳体140。壳体140可以通过固定件例如膨胀螺栓安装在衬砌上。压力波采集器130和风速计110可以设置壳体140的外表面，以便于压力波采集器130和风速计110采集数据。处理器120可以设置壳体140内，以保护该处理器120。

请参阅图19，基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种衬砌的形变检测方法，该衬砌的形变检测方法包括：步骤s100和步骤s200。

步骤s100：确定出设置在隧道的衬砌上的风速计测得的列车行经所述风速计时产生的列车风的实际风速。

步骤s200：根据所述实际风速、理论风速、以及所述隧道的预设横截面积，确定出所述隧道的实际横截面积与所述预设横截面积的差异，其中，所述理论风速为所述列车以与实际相同的速度行进时理论上产生的列车风的风速。

需要说明的是，由于所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述方法的具体流程，可以参考前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，在此不再赘述。

本申请一些实施例还提供了一种计算机可执行的非易失的程序代码的计算机可读储存介质，该存储介质能够为通用的存储介质，如移动磁盘、硬盘等，该计算机可读存储介质上存储有程序代码，该程序代码被计算机运行时执行上述任一实施方式的衬砌的形变检测方法的步骤。

本申请实施例所提供的衬砌的形变检测方法的程序代码产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供了一种衬砌的形变检测方法、装置及存储介质，通过风速计测得的列车行进产生的列车风的实际风速，以及根据实际风速、理论风速、以及隧道的预设横截面积，便可确定出隧道的实际横截面积与预设横截面积的差异，即确定出衬砌的形变情况，在无需人工监测的情况下实现监测衬砌的形变，降低了测量成本，保证测量时人员的安全。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，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，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。