一种地铁隧道变形在线监测系统及监测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种地铁隧道变形在线监测系统及监测方法，所述监测系统包括数据信息采集子系统、数据通讯子系统、数据汇集及分析子系统、监测报警子系统；通过监测系统实时在线采集地铁隧道变形数据信息，并结合地铁隧道现状条件对采集的地铁隧道变形数据信息进行集中分析处理，进行预警和报警等；基于物联网技术实现地铁运营安全在线监测，具有结构简单、成本低、节省人力、数据采集全面、效率高、人性化、智能化等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种地铁隧道变形在线监测系统及监测方法
本专利技术涉及地铁隧道安全监测领域，具体涉及一种地铁隧道变形在线监测系统及监测方法。
技术介绍
地铁隧道的运营极大的缓解了城市交通压力，给人们的日常出行带来便利，但是，地铁隧道极易受不同因素的影响，如地铁隧道往往穿越不良地质地段(回填区、流沙层、采空区、软岩段和断裂带等)，列车运行过程中的震动荷载，将使不良地质地段产生活化，从而使轨道发生变形；再如，其他线路施工和其他外荷载如新建建筑物会对已运行的地铁隧道线路造成不良影响，这些影响因素会使隧道结构体、地铁轨道、地铁路基产生变形、倾斜、位移、隆起或沉降等，这将严重影响列车的行驶安全。因此，实现地铁隧道安全运营的监测关乎公民的生命安全。地铁隧道安全运营在线监测的研究属于前沿性课题，是一个复杂的综合性课题。由于地铁隧道结构的复杂性，目前对地铁隧道的监测大都停留在定性分析和人工监测的水平上。人工监测不仅费时费力而且容易出错，不利于沉降变形的全面了解和整体把握，沉降观测还是用通常的工程测量手段，即沿隧道纵向每间隔几十米设置一个观测点，利用普通水准仪或全站仪进行逐点观测，经计算分析得到各点的沉降量(单次沉降量及累计沉降量)，判断其是否超限，是否影响地铁运营及其影响程度。但是地铁隧道不同于地面工程，采用通常的工程测量手段往往很难满足目前地铁隧道沉降的观测工作，通常面临以下问题：(1)隧道内通视条件差。即使在开灯条件下也是光线昏暗，不利于普通水准仪或全站仪观测。(2)洞内观测的“时间窗口”短暂，在一天中三分之二以上的时间里，地铁隧道处于全封闭的运营状态，只能在地铁停运的开窗期进入隧道作业，每次观测时间持续较长。地铁隧道区间多为1km左右，一次观测需要2-3天。(3)而且，当地铁轨道发生变形的时候无法短时间内察觉并通知管理人员，无法进行有效的人员、资源调度及迅速出台处理方案并快速执行，对危险的预警及相关人员的调度方面也存在滞后性，严重影响地铁安全运营及公民的人身安全。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中对地铁隧道的变形、沉降监测采用人工监测的方式，不利于沉降变形的全面了解和整体把握，导致地铁隧道安全运营仍然存在一定的安全隐患，提出一种基于地铁隧道变形在线监测系统及监测方法，通过在线自动监测、采集隧道差异沉降数据信息，并自动对隧道差异沉降数据信息分析计算，实现地铁隧道变形在线监测和安全评估，有效保障地铁隧道的安全运营。为了达到上述目的，本专利技术提出一种基于地铁隧道变形在线监测系统，包括：数据信息采集子系统：实时在线采集地铁隧道变形数据信息；数据汇集及分析子系统：结合地铁隧道现状条件对采集的地铁隧道变形数据信息进行集中分析处理，得到分析处理后的监测信息；数据通讯子系统：实现对采集的地铁隧道变形数据信息及分析处理后的监测信息的传输；监测报警子系统：根据监测信息进行监测预警或报警，并自动生成处理方案；所述数据信息采集子系统通过数据通讯子系统与数据汇集及分析子系统连通，数据汇集及分析子系统将分析处理后的监测信息通过数据通讯子系统传送给监测报警子系统。数据汇集及分析子系统更具人性化，可根据不同的需要进行计算机编程设计，通过自建局域网采集各种数据信息，并根据采集的信息数据和地铁隧道现状条件对数据信息进行集中分析处理，从而实时在线判断和显示地铁隧道的安全状态。进一步的，所述数据信息采集子系统通过压阻式静力水准仪对地铁隧道变形数据信息进行采集，体积小、易安装、精度高，成本低，可操作性强，可以永久性的长期埋入地铁隧道中，不影响地铁的正常运行。进一步的，所述数据汇集及分析子系统包括数据信息汇集模块，数据分析运算模块以及分析结果反馈模块。进一步的，所述数据分析运算模块包括沉降量分析模块、水平移动分析模块、水平变形分析模块以及倾斜变形分析模块，沉降量是监测点相对于基准点高度的变化量，当变化量超过一定的限值时，将严重影响列车的行驶安全；倾斜变形是指相邻监测点在竖直方向的下沉差与两相邻监测点间水平距离的比值。进一步的，所述监测报警子系统包括预警模块、报警模块，并自动生成紧急处理方案，所述紧急处理方案是专业人士根据不同的地铁变形状况通过计算机编程预存于计算机中，当地铁隧道发生不同位置或不同程度的形变时，计算机可自动生成处理方案，并对相关人员进行合理调度与分配。本专利技术另外还提出一种基于上述监测系统的地铁隧道变形在线监测方法，包括以下步骤：(1)、监测并采集地铁隧道变形数据信息；(2)、对地铁隧道变形数据信息进行汇集与实时分析，得到分析处理后的监测数据信息；(3)、根据监测数据信息自动发布预警信息或报警信息，并启动应急预案处理方案。进一步的，所述步骤(1)中，对地铁隧道变形数据信息通过压阻式静力水准仪进行采集。进一步的，所述步骤(1)之前还包括布设地铁道床基准点及监测点，安装压阻式静力水准仪的步骤。进一步的，所述步骤(2)中，对数据实时分析包括沉降量分析和倾斜变形分析。优选的，所述倾斜变形分析采用以下方法：设A、B为两相邻监测点，A、B点间的倾斜变形为其中SA表示测点A的下沉值；SB表示测点B的下沉值，其下沉差为ΔSAB,lAB表示A、B点间的水平距离。与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果在于：1、本专利技术提供的监测系统包括，数据信息采集子系统，数据通讯子系统，数据汇集及分析子系统和监测报警子系统，可对实现对监测数据的自动采集，自动传输，自动分析并自动预警报警，并可根据预先的设置自动启动应急方案，人员调度分配合理迅速；尤其是监测地铁轨道的差异性沉降，具有很强的针对性；对地铁隧道安全实现24小时在线监测，能较好地保障地铁运营的安全性；2、另外，本专利技术基于物联网技术与计算机技术实现地铁运营安全在线监测，具有结构简单、成本低、节省人力、数据采集全面、效率高、人性化、智能化等优点，系统集中对各传感器监测数据、分析、报警处理，形成生产运行电子档案，对故障分析与判断提供技术支持和理论指导，实施准确的得到精确的监测数据保障地铁的安全运营。附图说明图1是本专利技术实施例一中所述的监测系统结构示意图；图2为本专利技术实施例二所述道床监测图；图3为本专利技术实施例二隧道与车站交接处差异性沉降布点示意图；图4为本专利技术实施例二隧道区段道床差异性沉降布点示意图；图5为本专利技术是实施例一数据信息的无线传输结构示意图；图6为本专利技术实施例一监测预报警子系统结构示意图；图7为本专利技术实施例二涉及的监测方法工作流程原理示意框图；其中：1、轨道；2、沉降测点；3、隧道地板；4、道床；5、交接缝；6、上行线隧道；7、下行线隧道；8、监测点；9、地铁车站。具体实施方式本专利技术提供一种基于地铁安全运营的地铁隧道变形在线监测系统及检测方法，下面结合不同实施例对本专利技术做进一步地说明。实施例一、参考图1，基于地铁安全运营的隧道变形在线监测系统，包括数据信息采集子系统、数据通讯子系统、数据汇集及分析子系统、监测报警子系统，所述数据信息采集子系统通过数据通讯子系统与数据汇集及分析子系统连通，数据汇集及分析子系统将分析处理后的监测信息通过数据通讯子系统传送给监测报警子系统，完成对地铁隧道系统的全自动安全在线监测。本实施例中，数据汇集及分析子系统主要包括三大模块：①数据信息汇集模块；②数据分析运算模块；③分析结果反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种地铁隧道变形在线监测系统，其特征在于，包括：数据信息采集子系统：实时在线采集地铁隧道变形数据信息；数据汇集及分析子系统：结合地铁隧道现状条件对采集的地铁隧道变形数据信息进行集中分析处理，得到分析处理后的监测信息；数据通讯子系统：实现对采集的地铁隧道变形数据信息及分析处理后的监测信息的传输；监测报警子系统：根据监测信息进行监测预警或报警，并自动生成处理方案；所述数据信息采集子系统通过数据通讯子系统与数据汇集及分析子系统连通，数据汇集及分析子系统将分析处理后的监测信息通过数据通讯子系统传送给监测报警子系统。

【技术特征摘要】
1.一种地铁隧道变形在线监测系统，其特征在于，包括：数据信息采集子系统：包括设置在各个采集点的压阻式静力水准仪，以实时在线采集地铁隧道变形数据信息，所述采集点包括布设的地铁道床基准点及监测点，基准点固定在相对稳定、地质条件良好地下车站处的隧道岩体上，所述监测点布设在道床两轨道的中间，监测点之间与基准点之间用液体联通管相连；数据汇集及分析子系统：包括数据信息汇集模块，数据分析运算模块以及分析结果反馈模块，数据分析运算模块包括沉降量分析模块、水平移动分析模块、水平变形分析模块以及倾斜变形分析模块；结合地铁隧道现状条件对采集的地铁隧道变形数据信息进行集中分析处理，得到分析处理后的监测信息；数据通讯子系统：实现对采集的地铁隧道变形数据信息及分析处理后的监测信息的传输；监测报警子系统：包括预警模块、报警模块，以根据监测信息进行监测预警或报警，通过对在线监测系统中预设的监测指标预警值与汇集得到的监测数据进行比较和判断，并自动生成处理方案；所述数据信息采集子系统通过数据通讯子系统与数据汇集及分析子系统连通，数据汇集及分析子系统将分析处理后的监测信息通过数据通讯子系统传送给监测报警子系统。2.一种地铁隧道变形在...

【专利技术属性】
技术研发人员：于广明，李冰冰，袁长丰，潘永战，高丽燕，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37