[發(fā)明專利]一種基于物聯(lián)網(wǎng)的巖溶隧道突水感知預警系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2014-07-08
• 公開（公告）號: CN104141510A
• 公開（公告）日: 2014-11-12
• 發(fā)明（設計）人: 李利平;袁永才;周宗青;李術才;張乾青;石少帥;雷霆;王升
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E21F17/18
• 分類號: E21F17/18
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的巖溶隧道突水感知預警系統(tǒng)及方法。

背景技術

物聯(lián)網(wǎng)是一種物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術，將隧道施工安全與互聯(lián)網(wǎng)融合，形成基于互聯(lián)網(wǎng)的一種隧道物聯(lián)網(wǎng)技術。

在巖溶地區(qū)修建隧道的過程中，經(jīng)常發(fā)生突水、突泥等災害。災害發(fā)生將會影響隧道施工工期、增加工程建設費用、損壞機械設備，嚴重時會對施工人員的生命構成危害。隧道突水發(fā)生時會伴隨多種前兆信息的改變，例如圍巖位移、應力應變、滲透壓、溫度場等發(fā)生變化。

目前，物聯(lián)網(wǎng)技術在隧道中的應用還處于起步階段，主要針對隧道運營期間內(nèi)部照明、溫度、濕度及車流量等信息的監(jiān)測。而在隧道修建期間，采用物聯(lián)網(wǎng)技術對各種突發(fā)災害的預測預警尚未涉及。本文中，針對突水災害的預測預警技術還不成熟，突水前兆信息的獲取方式尚未完善，造成發(fā)生突水災害時無法準確進行預警及時撤離，而隧道內(nèi)施工環(huán)境復雜多樣，多種干擾信息源并存，影響施工安全人員的準確辨識部分突水前兆信息的改變，監(jiān)測人員又無法做到對隧道圍巖位移、應力場、溫度場、滲透壓等進行實時、連續(xù)、動態(tài)的監(jiān)測，更不能滿足工程項目中對監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享以及實時處理等問題，基于隧道物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)明一套巖溶隧道突水感知預警技術。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決監(jiān)測人員無法實施全天候、實時連續(xù)的監(jiān)測隧道圍巖位移變化，突水前兆多元信息獲取困難，無法在施工環(huán)境惡劣的條件下獲得準確的突水前兆多元信息場數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)進行存儲、分析耗時費力，數(shù)據(jù)分析結果反饋延時，無法實現(xiàn)災害預警后現(xiàn)場施工人員快速撤離等問題。

本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的巖溶隧道突水感知預警系統(tǒng)及方法。集突水前兆信息采集于一體，兼顧數(shù)據(jù)安全快速存儲與分析，通過云計算服務快速反饋多元前兆信息分析結果，并形成四色預警指示，及時采取突水災害防治措施。在此過程中，實現(xiàn)隨開挖進程實時監(jiān)控，動態(tài)連續(xù)感知預警。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的巖溶隧道突水感知預警系統(tǒng)，包括隧道突水前兆多元信息感知平臺層，感知數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸、存儲及分析層及災害分級預警層；

所述隧道突水前兆多元信息感知平臺層利用傳感終端采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)分布式的接入感知數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸、存儲及分析層，感知數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸、存儲及分析層接收隧道突水前兆多元信息感知平臺層傳送的數(shù)據(jù)并存儲至空間數(shù)據(jù)倉庫，利用云計算服務平臺對數(shù)據(jù)進行分析處理，通過災害分級預警層將分析結果發(fā)布預警指示。

所述傳感終端包括位移傳感器、溫度傳感器、應力傳感器及水壓傳感器。

所述數(shù)據(jù)分布式的接入感知數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸、存儲及分析層具體采用WiFi、Bluetooth、RFID、ZigBee以及以太網(wǎng)。

所述隧道突水前兆多元信息感知平臺層利用無線廣域專網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳送至感知數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸、存儲及分析層。

所述位移傳感器為光纖光柵位移傳感器，應力傳感器為光纖光柵應力傳感器，溫度傳感器為光纖光柵溫度傳感器，水壓傳感器為光纖光柵水壓傳感器，由于巖溶隧道突水位置的不確定性，多場信息獲取需要再隧道邊墻、拱頂及掌子面處大量、分散地布設傳感器，進行同步、連續(xù)測量。

所述災害分級預警層包括工程項目管理中心及四色預警發(fā)布平臺。

一種基于物聯(lián)網(wǎng)的巖溶隧道突水感知預警方法，包括：

隧道突水前兆多元信息感知平臺通過傳感終端獲取多元信息數(shù)據(jù)，多元信息數(shù)據(jù)具體包括位移、溫度、應力及水壓；以WiFi、Bluetooth、RFID、ZigBee以及以太網(wǎng)對傳感終端進行組網(wǎng)，實現(xiàn)多場信息網(wǎng)絡化分布式監(jiān)測；

通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡將多元信息數(shù)據(jù)傳輸至空間數(shù)據(jù)倉庫并存儲，采用云計算服務平臺進行數(shù)據(jù)的機器學習、模式識別、統(tǒng)計分析、參數(shù)反演及模型擬合分析，將分析結果及時傳送至工程項目管理中心，根據(jù)分析結果在四色預警發(fā)布平臺發(fā)布預警指示。

所述四色預警發(fā)布平臺的警示燈由藍、黃、橙、紅四色警示燈組成。

多元信息數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡化進行數(shù)據(jù)傳輸。

具體技術流程為：隧道突水前兆多元信息感知平臺獲取多元信息數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡將多元信息數(shù)據(jù)傳輸至空間數(shù)據(jù)倉庫并存儲，采用云計算服務平臺進行數(shù)據(jù)的機器學習、模式識別、統(tǒng)計分析、參數(shù)反演及模型擬合分析，將分析結果及時傳送至工程項目管理中心，根據(jù)分析結果發(fā)布預警指示。

本發(fā)明的有益效果：