[發明專利]基于傾角和參考點位置補償的隧道變形自動化監測系統

在審

• 申請號: 202210252142.1
• 申請日: 2022-03-15
• 公開（公告）號: CN114593708A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 耿科;袁義華;陳曉斌;王風棟;孫浩銘;郭衛東;葉暢
• 申請（專利權）人: 中鐵七局集團第四工程有限公司;中南大學
• 主分類號: G01B21/32
• 分類號: G01B21/32;G01B11/02;G01C9/00
• 代理公司: 廣州名揚高玥專利代理事務所(普通合伙) 44738
• 代理人: 馬坤

本發明公開了一種基于傾角和參考點位置補償的隧道變形自動化監測系統，包括電源、數據采集系統、數據傳輸系統、數據儲存系統、數據運算和訪問系統，數據采集系統包括多個傾角測量裝置、標靶和圖像采集設備，將多個傾角測量裝置首尾相連串聯安裝于隧道襯砌上，并在裝置一端固定一個標靶，洞口外固定圖像采集設備，圖像采集裝置通過對標靶的識別輸出標靶的位移數據，傾角測量裝置將傾角和裝置長度數據輸出，數據傳輸系統將圖像采集裝置和傾角測量裝置監測到的數據傳輸入數據儲存系統存儲，數據運算和訪問系統通過傾角測量裝置監測到的數據計算出隧道襯砌各點的位移，利用標靶的位移數據進行誤差補償，并通過遠程客戶端反映隧道斷面的變形情況。

技術領域

本發明涉及隧道施工工程領域，尤其涉及一種基于傾角和參考點位置補償的隧道變形自動化監測系統。

背景技術

目前山嶺隧道變形監測方法主要是通過人工進行監測，即利用收斂尺、全站儀等設備對隧道斷面的“監測點”進行測量，這種傳統的監測方法設備操作不便，監測數據間斷，依賴人工，具有眾多的局限性，無法進行長期自動化的監測。除了傳統人工監測手段外，目前也存在有自動化全站儀、激光測距法、攝影測量監測法等自動化監測方法，這些方法雖然可以實現自動化連續測量，但監測中布置監測點的數量較少，數據量不足；此外，我國本世紀初引進了巴塞特收斂系統，其利用傾角傳感器進行隧道收斂變形的監測，可以實現對隧道全斷面的監測，但其數據采集裝置結構復雜，占用工作面積大，同時，其在進行變形計算時需要假定一個固定不變的參考點，參考點的移動會嚴重影響拱頂沉降的計算結果，不適合大面積推廣使用。因此，現階段各種監測手段都很難滿足日漸提高的隧道監測需求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明設計了一種基于傾角和參考點位置補償的隧道變形自動化監測系統。

本發明采用如下技術方案：

一種基于傾角和參考點位置補償的隧道變形自動化監測系統，包括電源、數據采集系統、數據傳輸系統、數據儲存系統、數據運算和訪問系統，數據采集系統包括多個傾角測量裝置、標靶和圖像采集設備，將多個傾角測量裝置首尾相連串聯安裝于隧道襯砌上，并在裝置一端固定一個標靶，洞口外固定圖像采集設備，圖像采集裝置通過對標靶的識別輸出標靶的位移數據，傾角測量裝置將傾角和裝置長度數據輸出，通過數據傳輸系統將圖像采集裝置和傾角測量裝置監測到的數據傳輸入數據儲存系統存儲，數據運算和訪問系統通過傾角測量裝置監測到的數據計算出隧道襯砌各點的位移，利用標靶的位移數據進行誤差補償，并通過遠程客戶端反映隧道斷面的變形情況。

作為優選，所述傾角測量裝置包括外殼、外殼兩端鉸接設置的萬向節、外殼內部設置的傾角傳感器、激光位移計，傾角測量裝置一端設置有伸縮結構，激光位移計對應伸縮結構設置，用于測量傾角測量裝置的長度變化。

作為優選，所述數據傳輸系統采用CAN總線通訊和GPRS通訊技術進行數據傳輸，由CAN收發器、串口/網絡數據轉換器、DTU、工控機、交換機組成。

作為優選，所述數據儲存系統通過在云端服務器中安裝MySQL數據庫對數據進行儲存。

作為優選，所述數據運算和訪問系統內安裝有遠程客戶端，可以實現對數據的遠程訪問、系統設置、數據校正、輸出報表、設置預警值。

作為優選，所述萬向節和外殼均采用鋁合金材質。

作為優選，所述傾角傳感器采用三軸傾角傳感器，由基于MEMS的磁場感應模和加速度模塊制成，可以輸出傾角測量裝置在三維空間內的角度變化。

作為優選，所述標靶采用方形或圓形結構，在傾角測量裝置安裝好后安裝于裝置一端或預設好的參考點位置；標靶上印有易于識別的特定圖案，安裝時帶有圖案的一面面向隧道洞口。

作為優選，所述標靶上帶有熒光涂料，可以在夜間發光，以保證夜間的識別。