一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统的制作方法
【专利摘要】一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，包括：监测盒与警示装置连接，所述数据处理中心与检测盒远程无线通信，数据处理中心与工程项目管理中心通过计算机云端实现数据的共享；本发明有益效果：本发明可实现对隧道围岩位移实施全天候、实时连续的监测与预警，广泛适应于公路隧道、铁路隧道、城市地铁隧道以及煤矿巷道中，实现远程监测围岩位移，实现监测数据科学存储、快速处理、及时分享，减少由于围岩大变形产生的塌方灾害，避免施工人员受到生命危险，减少机械设备损毁，提前预防围岩大变形产生的事故。
【专利说明】_种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种监测报警系统，尤其是一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与 预警系统。
【背景技术】
[0002] 在隧道修建过程中，隧道围岩位移的变化情况严重影响工程施工的安全与否。围 岩产生大变形，将会导致初期支护破裂，钢骨架发生扭曲变形，严重时会导致隧道塌方。隧 道产生塌方将会影响施工工期、增加工程建设费用、损坏机械设备，严重时会对施工人员的 生命构成危害。隧道围岩变形过大的现象在所有隧道施工过程中都会产生，导致最后发生 塌方的案例数不胜数。
[0003] 而现有技术对于围岩位移的监测还停留在依靠人员现场监测阶段，只能对发生围 岩大变形征兆的隧道段进行全面监测。由于受施工环境恶劣、现场人员与车辆来往等影响， 监测得到的数据往往有很大的误差，甚至监测人员由于视线受到影响而得到错误的数据， 影响监控量测工作的进行。
[0004] 另外，燧道内噪声大，施工人员难以顾及周边围岩潜在的发生大变形的现象，无法 准确判断施工环境是否安全，监测人员也无法实施全天候、实时连续的监测隧道围岩位移 变化，无法在施工环境恶劣的条件下辨识围岩大变形征兆，无法实现现场施工人员快速自 我预警并撤离，无法满足工程项目及时获取监测数据进行共享、处理分析以及数据资料存 储等问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决解决上述问题，提出了一种基于云端的隧道围岩位移远 程监测与预警系统。该系统结构简单、安装操作方便，监测与报警相结合，能够实现对隧道 围岩位移能实施全天候、实时连续的监测与预警。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] 一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，包括：监测盒、警示装置、具 有短信接收单元的数据处理中心、计算机云端以及工程项目管理中心；
[0008] 所述监测盒与警示装置连接，所述数据处理中心与检测盒远程无线通信，数据处 理中心与工程项目管理中心通过计算机云端实现数据的共享；
[0009] 所述监测盒包括：数据采集单元以及与其分别连接的位移传感器、数据处理单元 和短信发送单元，所述数据处理单元与阀值预警单元连接，阀值预警单元与警示装置连接。
[0010] 所述警示装置为指示灯，所述每个指示灯的发光颜色不同，不同的发光颜色表示 不同的预警等级。
[0011] 所述位移传感器为光栅位移传感器。
[0012] 所述短信发送单元及短信接收单元为F2003GSMDTU短信模块。
[0013]所述监测盒固定在隧道围岩的内表面，所述隧道围岩内具有通信信号覆盖。
[0014] 当隧道围岩发生位移变形时，位移传感器将获得的数据传给数据处理单元，数据 处理单元每隔一定时间将数据通过短信发送单元发送到配有短信接收单元的数据处理中 心。
[0015] 所述数据处理单元将数据信息传送到阀值预警单元，阀值预警单元将获得的数据 与内部预先设定的阀值数据进行对比，每个内置阀值数据对应一个警示灯,所述内置阀值 数据中与获得数据的阀值数据差最小的阀值数据对应的警示灯亮起进行预警。
[0016] 所述位移传感器包括：基座、套管、弹性体、光栅、传输光纤、钢绞线和固定端；
[0017] 所述套管的两端分别与基座滑动连接，所述弹性体和光栅位于套管内部，弹性体 的一端通过钢绞线与固定端连接、另一端与传输光纤连接，在所述弹性体与基座之间的传 输光纤上设置光栅。
[0018] 本发明有益效果：
[0019] 本发明可实现对隧道围岩位移实施全天候、实时连续的监测与预警，广泛适应于 公路隧道、铁路隧道、城市地铁隧道以及煤矿巷道中，实现远程监测围岩位移，实现监测数 据科学存储、快速处理、及时分享，减少由于围岩大变形产生的塌方灾害，避免施工人员受 到生命危险，减少机械设备损毁，提前预防围岩大变形产生的事故。
【专利附图】
【附图说明】：
[0020] 图1是本发明实施方式的原理示意图；
[0021] 图2是本发明位移传感器结构示意图；
[0022] 图3为本发明监测盒内部硬件与外部警示灯连接示意图；
[0023] 其中，1.工程项目管理中心；2.计算机云端；3.配有短信接收单元的电脑，4.警 示灯；5·监测盒，6.位移传感器，7.数据采集器，8.数据处理单元，9.阀值预警单元，10.短 信发送单元。
【具体实施方式】：
[0024] 下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的说明。
[0025] 基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，结合图1，包括工程项目管理中心 1 ;计算机云端2 ;配有短信接收单元的电脑3 ;警示灯4 ;监测盒5。监测盒5内部的位移传 感器6、数据采集器7、数据处理单元8、阀值预警单元9、短信发送单元10皆通过电路板连 接，警示灯4与监测盒5通过导线连接。配有短信接收单元的电脑3远程接收短信，并将数 据传输到计算机云端2与项目管理中心1进行数据分享。
[0026] 位移传感器6剖面图如图2所示，a为固定端，b为钢绞线，c为弹性体，d为套管， e为布拉格光栅（FBG)，f为基座，g为传输光纤，其中弹性体是位移敏感元件，布拉格光栅 (FBG)为传感元件，基座处为待测点，套管为保护装置。基座和套管滑动连接，光栅的一端固 定在基座上，另一端和弹性体连接。
[0027] 数据采集器7由信号变送器、A/D转换单元及只读存储器（ROM)、可读写存储器 (RAM)组成，信号变送器连接A/D转换单元，同时接入存储器，既可以进行数据采集与传输， 同时又可以进行数据的存储。
[0028] 该系统的数据处理单元8采用的是单片机8031。
[0029] 阀值预警单元9则包含数据接收处理器及指令处理器。数据接收处理器连接数据 采集器7中的A/D转换单元，将接收的数据处理后接入指令处理器，进而根据指令发出预警 信号。
[0030] 监测时将由位移传感器6、数据采集器7、数据处理单元8、阀值预警单元9、短信发 送单元10组成的监测盒固定在隧道围岩的内表面，将位移传感器 6、数据采集器7、数据处 理单元8、阀值预警单元9、短信发送单元10以及外部的警示灯4连接到外部电源，形成闭 合回路。
[0031] 图3是监测盒内部硬件与外部警示灯4的硬件电路图，反映了一种数据监测传输 预警的实现方式。光栅位移传感器6、数据采集器7、数据处理单元 8和阀值预警单元9依 次连接，阀值预警单元9的输出端分别连接外部警示灯4和短信发送单元10。
[0032] 位移传感器为光栅位移传感器6,通过测量隧道围岩的应变分布，预知围岩的载荷 及变形状况，方便测量隧道围岩变形大小。
[0033] 所述短信发送单元10及短信接收单元为F2003GSMDTU短信模块，用于将检测到的 数据传送给远程计算机，便于技术人员实时获得隧道内数据，及时预警隧道内危险情况的 发生。
[0034] 隧道围岩位移远程监测与预警系统必须安装于通信信号覆盖的隧道中，便于数据 的顺利传输。
[0035] 本发明包括监测盒内部的位移传感器6、数据采集器7、数据处理单元8、阀值预警 单元9、短信发送单元10皆通过导线连接，警示灯4与监测盒5通过导线连接。电脑远程接 收短信，并将数据传输到计算机云端2与项目管理中心1进行分享。
[0036]当隧道围岩发生位移变形时，位移传感器6将获得的数据传给数据处理单元8,数 据处理单元8将每隔一定时间将数据通过短信发送单元10发送到配有短信接收单元的电 脑3上，技术人员通过电脑3进行数据的存储、整理与分析，更快捷获得危险数据，从而针 对危险数据进行相应的支护加固与安排人员撤离，提早防范事故灾害的发生，同时技术人 员也会实时将数据传输到计算机云端2,保证工程项目管理中心获取数据，了解工程施工安 全，指导工程施工。
[0037] 同时数据处理单元8也会将数据信息直接传送到阀值预警单元9,阀值预警单元9 将获得的数据与内部设置的阀值数据进行对比，每个内置阀值数据对应一个警示灯4，按照 接收的数据更接近的那个阀值点亮警示灯4进行预警。警示灯4由绿、橙、红三色警示灯组 成。警示灯4点亮，会给予隧道现场施工人员警示，提醒围岩处于变形状态。绿、橙、红危险 等级依次递增，当红色警示灯点亮时，施工人员必须快速撤离，防止发生塌方，造成人身伤 亡。
[0038]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【权利要求】
1. 一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征是，包括：监测盒、警示 装置、具有短信接收单元的数据处理中心、计算机云端以及工程项目管理中心； 所述监测盒与警示装置连接，所述数据处理中心与检测盒远程无线通信，数据处理中 心与工程项目管理中心通过计算机云端实现数据的共享； 所述^测盒包括：数据采集单元以及与其分别连接的位移传感器、数据处理单元和短 信发送单元，所述数据处理单元与阀值预警单元连接，阀值预警单元与警示装置连接。
2. 如权^利要求1 ^述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，所述警示装置为指示灯，所述每个指示灯的发光颜色不同,不同的发光颜色表示不同的 预警等级。
3. 如权利要求1所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，所述位移传感器为光栅位移传感器。
4·女时又利要求^所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，所述短信发送单元及短信接收单元为F2003GSMDTU短信模块。
5.如权利要求1所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，所述监测盒固定在隧道围岩的内表面，所述隧道围岩内具有通信信号覆盖。 6_如权利要求1所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，当隧道围岩发生位移变形时，位移传感器将获得的数据传给数据处理单元，数据处理单 元每隔一定时间将数据通过短信发送单元发送到配有短信接收单元的数据处理中心。
7·如权利要求t所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统,其特征 是，所述数据处理单元将数据信息传送到阀值预警单元，阀值预警单元将获得的数据与内 部预先设定的阀值数据进行对比，每个内置阀值数据对应一个警示灯，所述内置阀值数据 中与获得数据的阀值数据差最小的阀值数据对应的警示灯亮起进行预警。
8·如权利要求1所述的一种基于云端的隧道围岩位移远程监测与预警系统，其特征 是，所述位移传感器包括：基座、套管、弹性体、光栅、传输光纤、钢绞线和固定端； 所述套管的两端分别与基座滑动连接，所述弹性体和光栅位于套管内部，弹性体的一 端通过钢绞线与固定端连接、另一端与传输光纤连接，在所述弹性体与基座之间的传输光 纤上设置光栅。
【文档编号】G05B19/418GK104216365SQ201410415888
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】袁永才, 周宗青, 李术才, 李利平, 张乾青, 石少帅, 雷霆, 王升 申请人:山东大学