专利名称：隧道综合信息监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种隧道综合信息监控系统，适用于隧道施工监控量测和预警预报， 属于隧道监测领域。
背景技术：
我国属于多山国家，隧道在我国山区铁路、公路的修建中占有很大比例。目前我国的隧道工程中越来越多地采用新奥法进行施工，新奥法构筑隧道的主要特点是通过许多量测手段对开挖后隧道围岩的动态进行监测，并以此来指导隧道支护结构的设计和施工。作为新奥法隧道施工的重要组成部分，隧道监控量测工作的准确、及时与否，直接关系着隧道施工的安全与进度。如何快速、准确的采集隧道监控量测数据，提高数据采集的精度，发明监控量测的新设备、新技术促进隧道工程的建设一直是工程界研究的重要课题。隧道综合信息智能化监控系统，是目前隧道监控领域研究的前沿课题，是21世纪隧道监控系统的重要发展方向，其目的是在当代科学技术充分发展进步的背景下，将先进的计算机信息技术、电子控制技术、无线传感技术、无线通信技术、网络技术等有效地综合应用于整个隧道施工安全监控和管理中。现有技术存在的问题如下I.数据采集过程人为影响因素和施工影响因素多，数据真实性不能得到保证，不能够准确反映围岩的变形情况。2.监控量测设备自动化、信息化程度低，数据后处理工作量大，占用很多人力、物力，不能及时反映工程结构变形情况。3.数据采集较慢，且隧道内较为昏暗，不以准确定位测量点，容易出现测量偏差。4.数据传输、存储、信息化管理不能适应信息化施工管理的要求，不能及时指导工程信息化设计和工程施工。5.无法对隧道进行视频监控，掌握画面信息。6.需要测量人员进入隧道工作，易对施工产生影响，且存在安全隐患。7.对监控量测所得数据无法在计算机上进行快速分析，预警预报。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种隧道综合信息监控系统，该系统通过在洞内布设传感器和监测仪器来实现远程无线监控，对围岩压力，岩体振动和净空变化几方面进行实施监控，然后通过WI-FI传输，把采得的数据传输到监控主机进行系统分析，隧道监控，预警预报。本发明的技术方案如下一种隧道综合信息监控系统，其特征在于所述隧道综合信息监控系统主要由频率自动监测仪、爆破振动自动监测仪、视频采集自动监控仪、三维断面自动监测仪、无线路由中继器、无线高速中继站、网络交换器以及监控主机组成；所述监控主机依次与网络交换器、无线高速中继站、无线路由中继器相连；所述无线路由中继器分别连接频率自动监测仪、爆破振动自动监测仪、视频采集自动监控仪、三维断面自动监测仪；所述频率自动监测仪连接有振弦式传感器；所述爆破振动自动监测仪连接有三向速度计或单向速度计。所述频率自动监测仪为2台，分别为8通道和16通道。所述爆破振动自动监测仪为2台，分别设置于隧道洞内和洞外，隧道洞内设置的爆破振动自动监测仪为8通道，隧道洞外设置的爆破振动自动监测仪为4通道。所述无线高速中继站为5台，依次相连。所述振弦式传感器为表面式应变计、混凝土应变计、钢筋应变计、内埋式裂缝计、 表面裂缝计、土压力盒或锚索计。各部件或仪器的功能如下I.频率自动监测仪频率自动监测仪用于静态应变/压力数据量测，共使用了 2 台，分别为8通道和16通道，可同时检测24个测点。配以高精度振弦式传感器主要是用来测量围岩压力和锚杆轴力。2.爆破振动自动监测仪爆破振动自动监测仪使用了 2台，分别用于隧道洞内测试和洞外测试。洞内测试为8通道，可安装2只三向速度计或者8只单向速度计；洞外测试为4通道，可安装I只三向速度计或者4只单向速度计。3.视频采集自动监控仪视频采集自动监控仪选用了 I台，用于采集掌子面施工情况的视频图像信号。4.三维断面自动监测仪三维激光断面扫描自动监测仪I台，用于隧道拱顶沉降和位移以及隧道收敛状态的监测等。5.无线路由中继器无线路由中继器用于无线数据的高速传输。6.无线高速中继站无线高速中继站5台，用于隧道内中继延伸的菊链型无线局域网(WI-FI)的组网和进行系统数据无线传输。7.监控主机用于对整个系统进行监控，其主机内设置便携数据采集应用软件， 采用中文操作界面，用以提供采集控制、前端调理系统控制、多通道波形实时显示、数据存储、数据回放、工程标定、时域统计分析、频域自功率谱分析、测试报告生成等功能。本系统在技术上的实现途径通过在洞内布设传感器和监测仪器来实现远程无线监控，对围岩压力，岩体振动和净空变化几方面进行实施监控。然后通过WI-FI传输，把采得的数据传输到监控主机进行系统分析，隧道监控，预警预报。上述仪器均为现有技术或市场上能够购买到的成品，无特殊结构要求。本发明的系统能够达到实现以下效果或功能钢架内力及所承受的荷载量测频率自动监测仪是一种岩土原位监测仪器，用于自动化采集信号，前端可接振弦式传感器，频率采集范围可从500Hz 3500Hz，精度±0. IHz，分辨率±0. O IHz，它适用各类振弦式传感器采集频率信号，如表面式应变计、混凝土应变计、钢筋应变计、内埋式裂缝计、 表面裂缝计、土压力盒、锚索计等。利用这些传感器可对大坝、桥梁、堤防、引水工程、交通市政工程(船闸、铁道、地铁)以及高边坡等工程的应力、应变、变形、渗流、渗压等物理量监测和安全稳定分析，数据接口处设有防雷保护模块，保证了非电源线引发的瞬间过流疏通，可用于水工建筑物、高边坡、道路、桥梁、隧洞等使用环境恶劣的安全监测工程。该模块通讯接口采用通用 IEEE 802. llg、IEEE 802. Ilb ；IEEE 802. 3、IEEE802. 3u，并对数据进行加密处理，防止数据被盗或者丢失。振弦式传感器工作原理是由激振电路驱动电磁线圈，当信号的频率和振弦的固有频率相接近时，振弦迅速达到共振状态，振动产生的感应电动势通过检测电路滤波、放大、 整形送给单片机，单片机根据接收的信号，通过软件方式反馈给激振电路驱动电磁线圈。通过反馈，弦能在电磁线圈产生的变化磁场驱动下在本振频率点振动。当激振信号撤去后，弦由于惯性作用仍然振动。单片机通过测量感应电动势脉冲周期，即可测得弦的振动频率，最后将所测数据显示出来。I.洞内、外振动速度监测爆破振动自动监测仪采用ARM9为核心板设计，仪器具有体积小、重量轻、可电脑远程控制。软件根据现场的需要量身定做的数值分析和处理功能，可以根据观测结果进行数据的拟合分析和回归处理，建立计算机软件远程实时分析。将现场数只速度传感器连接到爆破振动自动监测仪进行数据采集和观测。本仪器可以在现场没有电脑的情况下，通过按键和液晶屏快速设置参数，从而达到信号快速、准确采集的目的。同时，仪器可以在现场通过仪器本身的功能读出特征值，还能大致预览到已经采集到的信号波形。根据实际的情况也可以现场对采集参数做调整。本采集模块部分，可对微小应变及超强应变进行测量。该产品面向爆破监测、工程环境监测、 建筑、机电设备、交通运输、机械等领域针对应变量动态过程的监测、记录、报警和分析。产品配套软件，能及时有效的对数据进行分析与预测，如选定某些特征点，对其周期性地进行重复观测，通过数据处理，研究被监测点爆破振动随时间变化规律，寻找一种能够较好反映数据变化规律的函数关系，对下一阶段的监测数据进行预测，预测监测点可能出现的最大爆破震动值，以预测构筑物和结构的安全状况，评价施工方法，确定工程措施。主机软件根据现场的需要量身定做的数值分析和处理功能，可以根据观测结果进行数据的拟合分析和回归处理，建立计算机软件远程实时分析和自动预报与预警系统。2.视频监控视频采集自动监控仪采用1/3英寸低照度感光器，具有更大的感光面积，在低照度下的成像效果远远高于普通高清红外摄像机。极大的改善低照度效果、提升画质、信噪比。为日夜两用型，白天彩色，晚上红外灯开启，配合超低照度感光器出色的画质，解决高清数字摄像机相对黑暗环境成像效果不清晰的现状。所有图像进行24小时的存储，存储周期可达15天的现场摄录数据。3.隧道断面检测三维断面自动监测仪采用无合作目标激光测距技术和精密测角技术，对隧道施工的全方位监控，将极坐标测量方法与计算机技术紧密结合，配合专业图形处理软件，可快速获得隧道封闭空间内部轮廓曲线，实时显示超欠挖值，同时可对收敛情况、开挖土石方量进行测量，能实现断面的快速精确检测，完成施工监测，竣工验收，质量控制等工作。4.数据传输无线高速中继站支持SSID隐藏、无线MAC地址过滤、64/128/152位WEP加密及 WPA-PSK/WPA2-PSK、WPA/WPA2安全机制，保障无线网络不被侵犯或盗用。
无线路由中继器支持IP与MAC地址绑定功能，可以将内网电脑的IP地址与MAC 地址进行绑定，有效防止伪造数据包，从而有效遏制内网ARP攻击，保证内网数据安全。无线路由中继器支持DOS攻击防范，具有病毒自动隔离功能，能够自动防范内网的病毒，保障内网通信安全、稳定的运行。5.系统软件结构与功能监控主机的系统软件结构主要包含两个数据波形窗口显示及回放控制功能模块、数据实时记录控制模块、数据分析处理模块、工程测试单位折算模块及相应的生成测试报告模块等。便携数据采集应用软件具有中文操作界面，提供采集控制、前端调理系统控制、多通道波形实时显示、数据存储、数据回放、工程标定、时域统计分析、频域自功率谱分析、测试报告生成等功能。
图I为本发明的系统结构图；图中1、监控主机；2、网络交换器；3、无线高速中继站；4、无线路由中继器；5、频率自动监测仪；6、爆破振动自动监测仪；7、视频采集自动监控仪；8、三维断面自动监测仪。
具体实施例方式本发明的隧道综合信息监控系统结构图参见图1，所述隧道综合信息监控系统主要由频率自动监测仪5、爆破振动自动监测仪6、视频采集自动监控仪7、三维断面自动监测仪8、无线路由中继器4、无线高速中继站3、网络交换器2以及监控主机I组成；所述监控主机I依次与网络交换器2、无线高速中继站3、无线路由中继器4相连；所述无线路由中继器4分别连接频率自动监测仪5、爆破振动自动监测仪6、视频采集自动监控仪7、三维断面自动监测仪8 ;所述频率自动监测仪连接有振弦式传感器(图中未示出)；所述爆破振动自动监测仪6连接有三向速度计或单向速度计(图中未示出)。其中，频率自动监测仪5为2 台，分别为8通道和16通道，爆破振动自动监测仪6为2台，分别设置于隧道洞内和洞外， 隧道洞内设置的爆破振动自动监测仪为8通道，隧道洞外设置的爆破振动自动监测仪为4 通道，无线高速中继站为5台，依次相连。振弦式传感器为表面式应变计、混凝土应变计、钢筋应变计、内埋式裂缝计、表面裂缝计、土压力盒或锚索计。以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。
权利要求
1.一种隧道综合信息监控系统，其特征在于所述隧道综合信息监控系统主要由频率自动监测仪(5)、爆破振动自动监测仪(6)、视频采集自动监控仪(7)、三维断面自动监测仪(8)、无线路由中继器(4)、无线高速中继站(3)、网络交换器(2)以及监控主机(I)组成；所述监控主机(I)依次与网络交换器(2)、无线高速中继站(3)、无线路由中继器(4)相连；所述无线路由中继器(4)分别连接频率自动监测仪(5)、爆破振动自动监测仪(6)、视频采集自动监控仪(7)、三维断面自动监测仪(8);所述频率自动监测仪(5)连接有振弦式传感器； 所述爆破振动自动监测仪(6)连接有三向速度计或单向速度计。
2.根据权利要求I所述的隧道综合信息监控系统，其特征在于所述频率自动监测仪(5)为2台，分别为8通道和16通道。
3.根据权利要求I所述的隧道综合信息监控系统，其特征在于所述爆破振动自动监测仪(6)为2台，分别设置于隧道洞内和洞外，隧道洞内设置的爆破振动自动监测仪(6)为 8通道，隧道洞外设置的爆破振动自动监测仪(6)为4通道。
4.根据权利要求I所述的隧道综合信息监控系统，其特征在于所述无线高速中继站(3)为5台，依次相连。
5.根据权利要求I所述的隧道综合信息监控系统，其特征在于所述振弦式传感器为表面式应变计、混凝土应变计、钢筋应变计、内埋式裂缝计、表面裂缝计、土压力盒或锚索计。
全文摘要
本发明涉及隧道综合信息监控系统，其主要由频率自动监测仪、爆破振动自动监测仪、视频采集自动监控仪、三维断面自动监测仪、无线路由中继器、无线高速中继站、网络交换器以及监控主机组成；所述监控主机依次与网络交换器、无线高速中继站、无线路由中继器相连；所述无线路由中继器分别连接频率自动监测仪、爆破振动自动监测仪、视频采集自动监控仪、三维断面自动监测仪；所述频率自动监测仪连接有振弦式传感器；所述爆破振动自动监测仪连接有三向速度计或单向速度计。本发明的系统可对围岩压力，岩体振动和净空变化几方面进行实施监控、预警预报。
文档编号G05B19/418GK102608963SQ20111044809
公开日2012年7月25日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年12月28日
发明者叶春琳, 叶锦华, 吕嘉, 周世生, 孙景凤, 孙西濛, 张宇华, 李志星, 李杨, 石效民, 邓洪亮, 高文学 申请人:北京工业大学, 北京市公路桥梁建设集团有限公司