隧道施工中地面沉降的监测与预警系统技术方案

本发明专利技术提供一种隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，包括：数据获取模块用于获取实时地面点云信息及多个地面监测点的实时三维坐标；数据处理模块用于校正实时地面点云信息；沉降确定模块用于基于校正后的实时地面点云信息及初始地面点云信息确定实时地面沉降；风险确定模块用于使用风险预测模型基于校正后的实时地面点云信息、多个历史时间点对应的校正后的地面点云信息、目标区域的地质信息集及多个未来时间点的施工参数集，确定多个未来时间点的沉降风险；风险提示模块用于在未来时间点的沉降风险大于预设沉降风险阈值，执行风险提示行为，具有提高地面沉降监测的精度，并对沉降风险进行提前预警的优点。对沉降风险进行提前预警的优点。对沉降风险进行提前预警的优点。

【技术实现步骤摘要】
隧道施工中地面沉降的监测与预警系统


[0001]本专利技术涉及数据处理领域，特别涉及一种隧道施工中地面沉降的监测与预警系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着铁路、公路、城市轨道交通、水利等基础建设的发展，大直径盾构越来越多的运用到城市轨道交通中，因此，盾构法施工对地表既有建(构)筑物的影响也在各工程中日益突显，在盾构法施工过程中，总会不可避免的引起施工隧道周围土体的松动和沉陷，造成地层的损失，从而引起地表的沉降。当沉降超过一定范围时，会影响沿线建筑物的稳定，更严重的会使得隧道坍塌，造成无法估计的严重后果。如何在盾构施工过程中有效地控制地面沉降以保护隧道临近既有结构物和地下管线的安全，已成为城市地下工程中必须解决的重要课题。
[0003]目前绝大多数采用人工精密水准测量，其缺点是效率不高，获取监测数据的时间很长，需要花费大量人力、实时性差、数据滞后、数据不够全面，而且通常用单点来代表大面积区域的沉降情况，监测精度较差。
[0004]因此，需要提供一种隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，用于提高地面沉降监测的精度，并对沉降风险进行提前预警。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，所述系统包括：数据获取模块，用于在盾构机进行隧道施工的过程中，获取目标区域的实时地面点云信息及多个地面监测点的实时三维坐标；数据处理模块，用于通过多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息；沉降确定模块，用于基于所述校正后的实时地面点云信息及初始地面点云信息，确定实时地面沉降；风险确定模块，用于使用风险预测模型基于所述校正后的实时地面点云信息、所述隧道施工的过程中的多个历史时间点对应的校正后的地面点云信息、所述目标区域的地质信息集及所述隧道施工的过程中的多个未来时间点的施工参数集，确定所述多个未来时间点的沉降风险；风险提示模块，用于在至少一个所述未来时间点的沉降风险大于预设沉降风险阈值，执行风险提示行为。
[0006]可选的，所述数据获取模块还用于获取所述目标区域的实时振动数据集，其中，所述实时振动数据集包括多个振动监测点的实时振动数据，所述多个振动监测点位于多个振动监测层，所述多个振动监测层分别位于地下的不同深度，每个所述振动监测层包括至少一个所述振动监测点。
[0007]可选的，所述数据处理模块通过多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息，包括：通过所述实时振动数据集及多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息。
[0008]可选的，所述数据处理模块通过所述实时振动数据集及多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息，包括：对所述实时地面点云信息进行聚类，确定多个点云聚类簇；对于每个所述点云聚类簇，基于所述点云聚类簇的聚类中心的实时三维坐标及所述多个地面监测点的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇对应的地面监测点，并确定每个所述地面监测点对应的点云聚类簇中的目标点，基于所述目标点的三维坐标及对应的地面监测点的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇的坐标第一校正参数；对所述目标区域的实时振动数据集进行去噪，获取去噪后的实时振动数据集；对于每个所述点云聚类簇，基于所述去噪后的实时振动数据集、所述多个振动监测点的实时三维坐标及所述点云聚类簇的聚类中心的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇的坐标第一校正参数；对于每个所述点云聚类簇，基于所述第一校正参数和所述第二校正参数，对所述点云聚类簇进行校正，获取校正后的点云聚类簇；基于每个所述点云聚类簇的聚类中心的校正后的实时三维坐标，对多个校正后的点云聚类簇进行拼接，生成所述校正后的实时地面点云信息。
[0009]可选的，所述对所述目标区域的实时振动数据集进行去噪，获取去噪后的实时振动数据集，包括：通过噪声确定模型基于实时施工参数集及所述多个振动监测层的地下深度信息，确定所述目标区域的实时振动数据集中的噪声数据；去除所述目标区域的实时振动数据集中的噪声数据，生成缺失形式的实时振动数据集；通过数据补全模型基于多个历史时间点的施工参数集、所述实时施工参数集及所述多个振动监测层的地下深度信息，对所述缺失形式的实时振动数据集进行数据补全，生成所述去噪后的实时振动数据集。
[0010]可选的，所述使用风险预测模型基于所述校正后的实时地面点云信息、所述隧道施工的过程中的多个历史时间点对应的校正后的地面点云信息、所述目标区域的地质信息集及所述隧道施工的过程中的多个未来时间点的施工参数集，确定所述多个未来时间点的沉降风险，包括：基于所述隧道施工的过程中的多个历史时间点对应的校正后的地面点云信息及所述校正后的实时地面点云信息，预测所述多个未来时间点的未来地面点云信息；基于所述目标区域的地质信息集及所述隧道施工的过程中的多个未来时间点的施工参数集，对所述多个未来时间点的未来地面点云信息进行校正，生成校正后的多个未来时间点的未来地面点云信息；基于所述校正后的多个未来时间点的未来地面点云信息及所述初始地面点云信息，确定所述多个未来时间点的沉降风险。
[0011]可选的，所述目标区域的地质信息集至少包括隧道顶部地质、隧道底部地质和/或地下水位；所述施工参数集至少包括隧道轴线深度、掘进距离、工作面压力、推进速度、俯仰角、盾尾注浆压力和/或盾尾注浆填充率。
[0012]可选的，所述数据获取模块获取目标区域的实时地面点云信息及多个地面监测点的实时三维坐标，包括：通过激光雷达扫描装置对所述目标区域的地面进行实时扫描，获取所述目标区域的实时地面点云信息，其中，所述激光雷达扫描装置包括激光雷达扫描仪及位置调整设备，所述激光雷达扫描仪设置在所述位置调整设备上，所述位置调整设备包括X轴调整组件、Y轴调整组件及Z轴调整组件，所述X轴调整组件、所述Y轴调整组件及所述Z轴调整组件分别用于调整所述激光雷达扫描仪的X轴坐标、Y轴坐标及Z轴坐标；通过多个全站仪获取所述多个地面监测点的实时三维坐标，其中，所述全站仪与所述地面监测点一一对应。
[0013]可选的，所述数据获取模块获取多个地面监测点的实时三维坐标，包括：使用蒙特卡罗模型生成多个监测方案，其中，每个所述监测方案包括所述多个地面监测点的候选二维坐标，任意两个所述监测方案中，存在至少一个所述地面监测点对应的候选二维坐标不同；通过准确度确定模型基于所述目标区域的地质信息集及所述隧道施工的过程中的多个时间点的施工参数集，预测每个所述监测方案与所述地面沉降的相关度；基于每个所述监测方案与所述地面沉降的相关度，从所述多个监测方案中确定目标监测方案；基于所述目标监测方案包括的多个地面监测点的候选二维坐标，获取所述多个地面监测点的实时三维坐标。
[0014]可选的，所述数据获取模块基于每个所述监测方案与所述地面沉降的相关度，从所述多个监测方案中确定目标监测方案，包括：将相关度最大的监测方案作为所述目标检测方案。
[0015]相比于现有技术，本专利技术提供的一种隧道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，其特征在于，包括：数据获取模块，用于在盾构机进行隧道施工的过程中，获取目标区域的实时地面点云信息及多个地面监测点的实时三维坐标；数据处理模块，用于通过多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息；沉降确定模块，用于基于所述校正后的实时地面点云信息及初始地面点云信息，确定实时地面沉降；风险确定模块，用于使用风险预测模型基于所述校正后的实时地面点云信息、所述隧道施工的过程中的多个历史时间点对应的校正后的地面点云信息、所述目标区域的地质信息集及所述隧道施工的过程中的多个未来时间点的施工参数集，确定所述多个未来时间点的沉降风险；风险提示模块，用于在至少一个所述未来时间点的沉降风险大于预设沉降风险阈值时，执行风险提示行为。2.根据权利要求1所述的隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，其特征在于，所述数据获取模块还用于获取所述目标区域的实时振动数据集，其中，所述实时振动数据集包括多个振动监测点的实时振动数据，所述多个振动监测点位于多个振动监测层，所述多个振动监测层分别位于地下的不同深度，每个所述振动监测层包括至少一个所述振动监测点。3.根据权利要求2所述的隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，其特征在于，所述数据处理模块通过多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息，包括：通过所述实时振动数据集及多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息。4.根据权利要求3所述的隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，其特征在于，所述数据处理模块通过所述实时振动数据集及多个地面监测点的实时三维坐标校正所述实时地面点云信息，获取校正后的实时地面点云信息，包括：对所述实时地面点云信息进行聚类，确定多个点云聚类簇；对于每个所述点云聚类簇，基于所述点云聚类簇的聚类中心的实时三维坐标及所述多个地面监测点的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇对应的地面监测点，并确定每个所述地面监测点对应的点云聚类簇中的目标点，基于所述目标点的三维坐标及对应的地面监测点的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇的坐标第一校正参数；对所述目标区域的实时振动数据集进行去噪，获取去噪后的实时振动数据集；对于每个所述点云聚类簇，基于所述去噪后的实时振动数据集、所述多个振动监测点的实时三维坐标及所述点云聚类簇的聚类中心的实时三维坐标，确定所述点云聚类簇的坐标第二校正参数；对于每个所述点云聚类簇，基于所述第一校正参数和所述第二校正参数，对所述点云聚类簇进行校正，获取校正后的点云聚类簇；基于每个所述点云聚类簇的聚类中心的校正后的实时三维坐标，对多个校正后的点云聚类簇进行拼接，生成所述校正后的实时地面点云信息。5.根据权利要求4所述的隧道施工中地面沉降的监测与预警系统，其特征在于，所述对
所述目标区域的实时振动数据集进行去噪，获取去噪后的实时振动数据集，包括：通过噪声确定模型基于实时施工参数集及所述多个振动监测层的地下深度信息，确定所述目标区域的实时振动数据集中的噪声数据；去除所述目标区域的实时振动数据集中的噪声数据，生成缺失形式的实时振动数据集；通过数据补全模型基于多个历史时间点的施工参数集、所述实时施工参数...

【专利技术属性】
技术研发人员：何会齐，刘动，
申请(专利权)人：深圳市岩土综合勘察设计有限公司，
类型：发明
国别省市：