城市地下管廊监测系统及其监测方法技术方案

本发明专利技术公开了城市地下管廊监测系统，包括：位移沉降传感器，其用于监测城市地下管廊的位移沉降；加速度传感器，其用于监测城市地下管廊的振动加速度；倾角传感器，其用于监测城市地下管廊的倾斜角度；土体压力传感器，其用于监测城市地下管廊受到的土体压力；外部环境监测模块，其用于监测城市地下管廊所处位置的外部环境。本发明专利技术还公开了城市地下管廊监测方法。

Monitoring System and Method of Urban Underground Pipe Gallery

The invention discloses a monitoring system for urban underground pipeline corridors, which includes: displacement and settlement sensors, which are used to monitor the displacement and settlement of urban underground pipeline corridors; acceleration sensors, which are used to monitor the vibration acceleration of urban underground pipeline corridors; inclination sensors, which are used to monitor the inclination angle of urban underground pipeline corridors; soil pressure sensors, which are used to monitor the soil subjected to urban underground pipeline corridors. Body pressure; external environment monitoring module, which is used to monitor the external environment of the location of urban underground pipeline corridor. The invention also discloses a monitoring method for urban underground pipeline corridors.

【技术实现步骤摘要】
城市地下管廊监测系统及其监测方法
本专利技术属于城市地下管廊监测
，特别涉及城市地下管廊监测系统及其监测方法。
技术介绍
城市地下管廊就是地下城市管廊综合走廊，即在城市地下建造一个隧道空间，将电力、通信，燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”。自然环境和人类活动都会对地城市地下管廊造成不同程度的影响，日积月累，会导致城市地下管廊的结构安全造成影响。而城市地下管廊的结构安全对城市地下管廊内部的管廊安全起着至关重要的作用。因此，城市地下管廊系统的结构健康状态进行监测是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术设计开发了城市地下管廊监测系统，其目的是通过数据采集对城市地下管廊的进行结构健康状态判断进而确保城市地下管廊的安全使用。本专利技术设计开发了城市地下管廊监测方法，其目的之一是通过计算外部环境影响指数和城市地下管廊的结构稳定性指数对城市地下管廊的健康状态进行判断。本专利技术设计开发了城市地下管廊监测方法，其目的之二是通过BP神经网络确定城市地下管廊的健康等级，进而能够及时发现城市地下管廊的存在的安全隐患。本专利技术提供的技术方案为：位移沉降传感器，其用于监测城市地下管廊的位移沉降；加速度传感器，其用于监测城市地下管廊的振动加速度；倾角传感器，其用于监测城市地下管廊的倾斜角度；土体压力传感器，其用于监测城市地下管廊受到的土体压力；外部环境监测模块，其用于监测城市地下管廊所处位置的外部环境。优选的是，所述城市地下管廊监测系统还包括：数据采集模块，其与所述位移沉降传感器、所述加速度传感器、所述倾角传感器、所述土体压力传感器和所述外部环境监测模块同时相连；数据输入模块，其用于输入所述城市地下管廊的信息数据；数据接收与存储模块，其接收所述数据采集模块和所述数据输入模块发送的信息；信息运算与处理模块，其接收所述数据接收与存储模块发送的信息，并将所述信息进行计算并输出城市地下管廊的结构健康状态等级；显示模块，其与所述信息运算与处理模块连接，用于显示所述结构健康状态等级。优选的是，所述外部环境监测模块包括：温度传感器，其用于监测城市地下管廊所在位置的地面以上的环境温度；湿度传感器，其用于监测城市地下管廊所在位置的地面以上的环境湿度；土壤紧实度检测仪，其用于监测城市地下管廊所在位置的上方土壤紧实度。城市地下管廊监测方法，使用所述的城市地下管廊监测系统，包括如下步骤：步骤一、采集城市地下管廊的外部环境信息，根据所述城市地下管廊的外部环境信息得到外部环境影响指数ψ；步骤二、采集所述城市地下管廊的位移沉降、所述城市地下管廊的振动加速度、所述城市地下管廊的倾斜角度，根据所述城市地下管廊的位移沉降、所述城市地下管廊的振动加速度及所述城市地下管廊的倾斜角度得到城市地下管廊的结构稳定性指数γ；步骤三、获取城市地下管廊受到的土体压力P及城市地下管廊的建筑年龄Y，根据所述城市地下管廊受到的土体压力P及所述城市地下管廊的建筑年龄Y、所述外部环境影响指数ψ和所述结构稳定性指数γ对所述城市地下管廊的结构健康状态进行判断。优选的是，所述外部环境影响指数为：其中，T为环境温度，RH为环境湿度，Ps为土壤紧实度，T0为设定的标准环境温度，RH0为设定的标准环境湿度，Ps-0为设定的标准土壤紧实度，ω1、ω1和ω3为常数，ω1＝0.3～0.5，ω2＝0.2～0.3，ω3＝0.6～0.8。优选的是，所述结构稳定性指数为：其中，dh为监测的一年内的位移沉降，dh0为一年内的标准位移沉降；a为监测的地下管廊振动加速度，a0为地下管廊标准振动加速度，dθ为监测的一年内的倾斜角度变化量，dθ0为一年内的标准倾斜角度变化量；e为自然对数的底数。优选的是，在所述步骤三中，通过BP神经网络模型对所述城市地下管廊的结构健康状态进行判断，包括如下步骤：步骤1、按照采样周期，获取所述城市地下管廊受到的土体压力P、所述城市地下管廊的建筑年龄Y、所述外部环境影响指数ψ和所述结构稳定性指数γ；步骤2、依次将获取的参数进行规格化，确定三层BP神经网络的输入层神经元向量x＝{x1,x2,x3,x4}，其中，x1为土体压力系数、x2为城市地下管廊的建筑年龄系数、x3为外部环境影响指数系数、x4为结构稳定性指数系数；步骤3、所述输入层向量映射到隐层，所述隐层向量y＝{y1,y2,…,ym}，m为隐层节点个数；步骤4、得到输出层神经元向量o＝{o1,o2,o3,o4}；其中，o1为设定的第1健康等级，o2为设定的第2健康等级，o3为设定的第3健康等级，o4为设定的第4健康等级，所述输出层神经元值为k为输出层神经元序列号，k＝{1,2,3,4}，i为设定的第i个健康等级，i＝{1,2,3,4}，当ok为1时，此时，待监城市地下管廊处于ok对应的健康等级；步骤5、所述信息运算与处理模块根据输出的健康等级判断健康状态，所述显示模块显示健康状态；其中，所述第1健康等级为健康状态优，城市地下管廊结构处于最佳状态；第2健康等级为健康状态良，城市地下管廊结构处于较安全状态，能够正常使用；所述第3健康等级为健康状态较差，需要对城市地下管廊结构加强监管；所述第4健康等级为健康状态差，城市地下管廊结构存在安全隐患，需要进行检修。优选的是，在所述步骤3中，所述隐层节点个数m满足：其中n为输入层节点个数，p为输出层节点个数。优选的是，在所述步骤2中，将所述城市地下管廊受到的土体压力P、所述城市地下管廊的建筑年龄Y、所述外部环境影响指数ψ和所述结构稳定性指数γ进行规格化的公式为：其中，xj为输入层向量中的参数，Xj分别为测量参数P、Y、ψ、γ，j＝1,2,3,4；Xjmax和Xjmin分别为相应参数的最大值和最小值。优选的是，所述隐层及所述输出层的激励函数均采用S型函数fj(x)＝1/(1+e-x)。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的城市地下管廊监测系统，能够通过数据采集对城市地下管廊的进行结构健康状态判断进而确保城市地下管廊的安全使用。本专利技术提供的城市地下管廊监测方法，通过计算外部环境影响指数和城市地下管廊的结构稳定性指数对城市地下管廊的健康状态进行判断；并且通过BP神经网络确定城市地下管廊的健康等级，进而能够及时发现城市地下管廊的存在的安全隐患。具体实施方式下面对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。本专利技术提供了城市地下管廊监测系统，包括：位移沉降传感器，其设置于地下管廊的下部管壁内侧面，用于监测城市地下管廊的位移沉降；加速度传感器，其设于地下管廊的上部管壁内侧面，用于监测城市地下管廊的振动加速度；倾角传感器，其设置于地下管廊的中部或下部管壁内侧面，用于监测城市地下管廊的倾斜角度；土体压力传感器，其设置于地下管廊的上部管壁外侧面，用于监测城市地下管廊受到的土体压力；外部环境监测模块，其用于监测城市地下管廊所处位置的外部环境。其中，在城市地下管廊的沿线上设置多组监测系统，分别用于监测其所在的每段地下管廊的结构健康状态。每组监测系统中的位移沉降传感器、加速度传感器、倾角传感器和土体压力传感器分别位设置于地下管廊的同一管壁横截面上。其中，采用的位移沉降传感器、加速度传感器、倾本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.城市地下管廊监测系统，其特征在于，包括：位移沉降传感器，其用于监测城市地下管廊的位移沉降；加速度传感器，其用于监测城市地下管廊的振动加速度；倾角传感器，其用于监测城市地下管廊的倾斜角度；土体压力传感器，其用于监测城市地下管廊受到的土体压力；外部环境监测模块，其用于监测城市地下管廊所处位置的外部环境。

【技术特征摘要】
1.城市地下管廊监测系统，其特征在于，包括：位移沉降传感器，其用于监测城市地下管廊的位移沉降；加速度传感器，其用于监测城市地下管廊的振动加速度；倾角传感器，其用于监测城市地下管廊的倾斜角度；土体压力传感器，其用于监测城市地下管廊受到的土体压力；外部环境监测模块，其用于监测城市地下管廊所处位置的外部环境。2.根据权利要求1所述的城市地下管廊监测系统，其特征在于，还包括：数据采集模块，其与所述位移沉降传感器、所述加速度传感器、所述倾角传感器、所述土体压力传感器和所述外部环境监测模块同时相连；数据输入模块，其用于输入所述城市地下管廊的信息数据；数据接收与存储模块，其接收所述数据采集模块和所述数据输入模块发送的信息；信息运算与处理模块，其接收所述数据接收与存储模块发送的信息，并将所述信息进行计算后输出城市地下管廊的结构健康状态等级；显示模块，其与所述信息运算与处理模块连接，用于显示所述结构健康状态等级。3.根据权利要求2所述的城市地下管廊监测系统，其特征在于，所述外部环境监测模块包括：温度传感器，其用于监测城市地下管廊所在位置的地面以上的环境温度；湿度传感器，其用于监测城市地下管廊所在位置的地面以上的环境湿度；土壤紧实度检测仪，其用于监测城市地下管廊所在位置的上方土壤紧实度。4.城市地下管廊监测方法，其特征在于，使用如权利要求3所述的城市地下管廊监测系统，包括如下步骤：步骤一、采集城市地下管廊的外部环境信息，根据所述城市地下管廊的外部环境信息得到外部环境影响指数ψ；步骤二、采集所述城市地下管廊的位移沉降、所述城市地下管廊的振动加速度、所述城市地下管廊的倾斜角度，根据所述城市地下管廊的位移沉降、所述城市地下管廊的振动加速度及所述城市地下管廊的倾斜角度得到城市地下管廊的结构稳定性指数γ；步骤三、获取城市地下管廊受到的土体压力P及城市地下管廊的建筑年龄Y，根据所述城市地下管廊受到的土体压力P及所述城市地下管廊的建筑年龄Y、所述外部环境影响指数ψ和所述结构稳定性指数γ对所述城市地下管廊的结构健康状态进行判断。5.根据权利要求4所述的城市地下管廊监测方法，其特征在于，所述外部环境影响指数为：其中，T为环境温度，RH为环境湿度，Ps为土壤紧实度，T0为设定的标准环境温度，RH0为设定的标准环境湿度，Ps-0为设定的标准土壤紧实度，ω1、ω1和ω3为常数，ω1＝0.3～0.5，ω2＝0.2～0.3，ω3＝0.6～0.8。6.根据权利要求5所述的城市地下管廊监测方法，其特征在于，所述结构稳定性指数为：其中，dh为监测的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立辉，王庆纲，王锐，周佳峰，孙明阳，王新英，魏立明，韩成浩，岳俊华，赵阳，李春良，郭秀娟，
申请(专利权)人：吉林建筑大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22