一种智能化隧道岩体监测方法与流程

本发明涉及隧道监测的领域，尤其涉及一种智能化隧道岩体监测方法。

背景技术：

1、隧道贯穿山体设置，使得隧道的壁面会受到来自山体内部岩体的压迫作用，在理想情况下，隧道受到岩体的压迫作用应当是均匀的，这样保证隧道的壁面维持自支撑的状态。在实际情况下，山体受到风化雨水的侵蚀，其内部岩体会发生结构变化，使得岩体对隧道壁面施加的作用发生变化，容易导致隧道发生坍塌的事故。为此现有技术会对隧道进行定期的检查维修，但都只局限在对隧道的内壁面进行检查和加固，其并未对与隧道接触的岩体进行深层次持续的监测，无法及时准确地查找出隧道因岩体变化而产生的风险因素，降低隧道结构监测的效率和可靠性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供智能化隧道岩体监测方法，其对隧道内壁面进行视觉采集分析，得到内壁面表面轮廓数据，以此构建隧道的内壁面表面轮廓模型继而确定隧道内壁面存在的变形区域，实现对内壁面的结构变形识别；还对变形区域进行非接触检测，得到变形区域的表面结构数据，以此确定变形区域的结构缺陷存在状态信息，并预测变形区域的结构缺陷变化趋势，对隧道内部结构演变状态进行准确识别；还基于结构缺陷变化趋势，获取变形区域对应的岩体部分的动态数据，以此得到岩体部分的结构状态特征信息，从而判断隧道是否发生岩体非均匀作用情况，对隧道岩体部分进行深层次分析，再进行预警通知，从外到内对隧道进行结构监测，提高监测的效率和可靠性。

2、本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种智能化隧道岩体监测方法，包括：

4、对隧道内壁面进行视觉采集，得到内壁面影像；对所述内壁面影像进行分析，得到内壁面表面轮廓数据；基于所述内壁面表面轮廓数据，构建所述隧道的内壁面表面轮廓模型，对所述内壁面表面轮廓模型进行演变处理，确定所述隧道内壁面存在的变形区域；

5、对所述变形区域进行非接触检测，得到所述变形区域的表面结构数据；对所述表面结构数据进行分析，得到所述变形区域的结构缺陷存在状态信息；再基于所述结构缺陷存在状态信息，预测所述变形区域的结构缺陷变化趋势；

6、基于所述结构缺陷变化趋势，获取所述变形区域对应的岩体部分的动态数据，对所述动态数据进行分析，得到所述岩体部分的结构状态特征信息；再基于所述结构状态特征信息，判断所述隧道是否发生岩体非均匀作用情况；

7、基于所述岩体非均匀作用情况的判断结果，进行相应的预警通知。

8、可选地，对隧道内壁面进行视觉采集，得到内壁面影像；对所述内壁面影像进行分析，得到内壁面表面轮廓数据，包括：

9、对隧道内壁面进行双目扫描拍摄，得到所述隧道内壁面的双目扫描影像；基于所述双目扫描影像的双目视差，生成关于所述隧道内壁面的三维影像；对所述三维影像进行轮廓深度识别处理，得到所述隧道内壁面的全局表面轮廓数据；其中，所述全局表面轮廓数据包括所述隧道内壁面的全局范围内每个表面位置的轮廓形状数据。

10、可选地，基于所述内壁面表面轮廓数据，构建所述隧道的内壁面表面轮廓模型，对所述内壁面表面轮廓模型进行演变处理，确定所述隧道内壁面存在的变形区域，包括：

11、对所述隧道内壁面的全局表面轮廓数据进行坏点数据剔除后，对所述全局表面轮廓数据进行连续化拟合处理，构建所述隧道的内壁面表面轮廓三维模型；

12、将所述内壁面表面轮廓三维模型与所述隧道的原始内壁面表面轮廓三维模型进行对比，得到所述隧道内壁面沿所述隧道长度方向依次分布的所有内壁面子区域各自在三维空间的实际扭转角度；将所述实际扭转角度大于预设角度阈值，则将对应的内壁面子区域确定为变形区域；否则，不将对应的内壁面子区域确定为变形区域。

13、可选地，对所述变形区域进行非接触检测，得到所述变形区域的表面结构数据；对所述表面结构数据进行分析，得到所述变形区域的结构缺陷存在状态信息，包括：

14、对所述变形区域进行结构光扫描照射检测，得到所述变形区域对结构光的反射光分布图像；对所述反射光分布图像进行光强分布识别，得到所述变形区域整体范围对所述结构光的反射光强分布数据；并基于所述反射光强分布数据，得到所述变形区域的表面结构裂纹形态数据；其中，所述表面结构裂纹形态数据包括所述变形区域存在的裂纹所在位置数据和裂纹形状尺寸数据；

15、对所述表面结构裂纹形态数据进行分析，得到对所述变形区域产生不可逆结构破坏的裂纹存在状态信息。

16、可选地，基于所述结构缺陷存在状态信息，预测所述变形区域的结构缺陷变化趋势，包括：

17、基于所述裂纹存在状态信息包含的裂纹所在位置和裂纹形状尺寸，对所述变形区域进行裂纹应力演变预测，得到所述变形区域的裂纹增大扩展趋势；其中，所述裂纹增大扩展趋势包括所述变形区域的裂纹增大对应延伸的区域和裂纹增大覆盖的面积。

18、可选地，基于所述结构缺陷变化趋势，获取所述变形区域对应的岩体部分的动态数据，对所述动态数据进行分析，得到所述岩体部分的结构状态特征信息，包括：

19、基于所述变形区域的裂纹增大扩展趋势，确定所述变形区域产生新裂纹对应的位置信息；基于所述位置信息，从预先埋设在所述隧道外侧对应岩体区域的分布式光纤光栅设备中提取相应的岩体部分的位移动态数据；

20、对所述位移动态数据进行分析，得到所述岩体部分在三维空间的位移量信息和位移方向信息；基于所述位移量信息和位移方向信息，得到所述岩体部分的岩体内部空隙分布和尺寸特征信息。

21、可选地，基于所述结构状态特征信息，判断所述隧道是否发生岩体非均匀作用情况，包括：

22、基于所述岩体内部空隙分布和尺寸特征信息，得到所述岩体部分在与所述隧道外侧面接触区域对所述隧道施加的作用力分布信息；再基于所述作用力分布信息，判断所述岩体部分是否对所述隧道施加均匀作用力。

23、可选地，基于所述岩体非均匀作用情况的判断结果，进行相应的预警通知，包括：

24、当所述岩体部分未对所述隧道施加均匀作用力，则基于所述岩体部分与所述隧道外侧面接触区域对应于所述隧道内壁面的位置信息，生成相应的预警通知消息并发送至相应的监测平台。

25、可选地，将相应的预警通知消息发送至相应的监测平台，包括：

26、通过电磁波发射传感器将生成的相应的预警通知消息发送至隧道外的电磁波接收传感器上，并且电磁波接收传感器与4g模块相连，通过4g模块将接收到的相应的预警通知消息发送至相应的监测平台，包括，

27、步骤s1，当电磁波接收传感器在接收相应的预警通知消息前，先接收到一串重复3次的特定信号，从而确定开始接收相应的预警通知消息，从电磁波接收传感器接收到第一串特定信号开始起，利用下面公式（1），根据后续接收到的信号，控制是否切换至开启接收相应的预警通知消息的状态，

28、  （1）

29、在上述公式（1），表示是否切换至开启接收相应的预警通知消息的状态的控制值；表示特定信号的二进制形式；表示从电磁波接收传感器接收到第一串特定信号开始再次接收到的第位至第位的二进制数据；表示特定信号的总位数；表示从电磁波接收传感器接收到第一串特定信号开始起再次接收到的第位至第位的二进制数据；表示求取绝对值；

30、若，则控制切换至开启接收相应的预警通知消息的状态；

31、若，则控制不切换至开启接收相应的预警通知消息的状态；

32、步骤s2，当电磁波接收传感器将相应的预警通知消息传输至4g模块后，利用下面公式（2），根据预警通知中的预警等级，控制是否开启北斗短报文通信方式将相应的预警通知消息发送至相应的监测平台，

33、 （2）

34、在上述公式（2）中，表示北斗短报文的开启控制值；表示所述相应的预警通知消息的预警等级值；表示所述预警通知的最大预警等级值；表示所述4g模块的信号强度值；表示所述4g模块在满信号状态下的最大信号强度值；表示自然常数；

35、若，则开启北斗短报文通信方式将相应的预警通知消息发送至相应的监测平台；

36、若，则不开启北斗短报文通信方式将相应的预警通知消息发送至相应的监测平台；

37、步骤s3，利用下面公式（3），根据4g模块当前的信号状态，控制4g模块发送至相应的监测平台的发送次数，

38、  （3）

39、在上述公式（3）中，表示4g模块发送至相应的监测平台的发送次数；表示4g模块预设发送的最少次数；表示4g模块预设发送的最多次数；表示向上取整。

40、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

41、本技术提供的智能化隧道岩体监测方法对隧道内壁面进行视觉采集分析，得到内壁面表面轮廓数据，以此构建隧道的内壁面表面轮廓模型继而确定隧道内壁面存在的变形区域，实现对内壁面的结构变形识别；还对变形区域进行非接触检测，得到变形区域的表面结构数据，以此确定变形区域的结构缺陷存在状态信息，并预测变形区域的结构缺陷变化趋势，对隧道内部结构演变状态进行准确识别；还基于结构缺陷变化趋势，获取变形区域对应的岩体部分的动态数据，以此得到岩体部分的结构状态特征信息，从而判断隧道是否发生岩体非均匀作用情况，对隧道岩体部分进行深层次分析，再进行预警通知，从外到内对隧道进行结构监测，提高监测的效率和可靠性。