一种隧道围岩变形在线监测预警系统
技术领域
本发明涉及隧道围岩变形测绘
技术领域
，特别是涉及一种基于隧道围岩变形在线监测预警的安全保障系统。背景技术
随着经济社会的快速发展，以及国家大力普及城镇化的背景下，我国的公路、铁路、地下铁路和海底隧道等基础交通设施的建设也逐步加快，致使各类道路建设与运营的总里程数越来越长。在各类型的道路建设过程中，为了降低对环境的影响，隧道是一种经常采用的有效建造方式。随着隧道建设里程数的增加，隧道安全问题也日益突出。一旦隧道围岩变形发生塌方，不仅大幅度增加隧道工程维护费用，而且还会危及通行车辆和人员的安全。
目前，对隧道围岩变形监测的普遍方式，是采用接触装置与传感器配合的测量。该法存在的主要问题是接触装置受道路上粉尘等环境因素影响大，常常导致其可靠性不高。另外，隧道区域较长，数据采集点多，布置的传感器的数量多。传感器价格昂贵，容易受到盗窃或人为破坏，导致监测系统被破坏，从而失去自动预警的功能。
为了解决上述方法中，对隧道围岩变形监测准确性和可靠性的问题。本发明采用激光分层联动监测装置，开发出一套能实现隧道围岩变形实时在线监测的自动预警系统。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提供一种隧道围岩变形在线监测预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题，以及当前隧道围岩变形在线监测技术的不足。
(二)技术方案
本发明提供了一种隧道围岩变形在线监测预警系统，包括：
信号采集系统，所述信号采集系统用于获取隧道围岩局部区域变形的信息信号，并输出所述信息信号；
信号分析系统，所述信号分析系统接收所述信息信号，并对所述信息信号进行分析，得到隧道围岩局部区域变形的分析结果，并输出所述分析结果；
其中，所述隧道围岩局部区域变形的分析结果包括围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级；
中央控制系统，所述中央控制系统用于接收所述号分析系统，并根据分析结果与预设阈值进行的比对，当所述分析结果大于所述预设阈值时，触发所述中央控制系统发出预警指令；
信息显示系统，所述信息显示系统接收到所述预警指令后，信息显示系统显示所述分析结果；
信息声光警示系统，所述信息声光警示系统接收到所述预警指令后，所述信息声光警示系统通过声光信号进行预警；
安全屏蔽装置，所述安全屏蔽装置接收到所述预警指令后，所述屏蔽装置关闭隧道入口。
进一步的，还包括支架，所述支架设置在隧道入口。
进一步的，所述信号采集系统包括光束发生器、光信号传感装置，所述光束发生器设置在所述支架上，所述光束发生器从隧道入口处发射不可见光束，所述光束在隧道顶部的中间位置横贯整个隧道；所述光信号传感装置安装在隧道顶部，且所述光束的传递路径正好穿过所述光信号传感装置的中心位置。
进一步的，所述光信号传感装置由多圈不同直径的同心光感环组成，所述不同直径的光感环用于预测隧道围岩局部区域变形的信息信号；所述光信号传感装置数量为至少一个，所述光信号传感装置的安装数量，取决于被监测隧道的长度和预警精度范围。
进一步的，所述光信号传感装置包括传感头、伸缩连杆和基座，所述传感头通过所述伸缩连杆固定在所述基座上，所述伸缩连杆上设置有紧固螺钉，所述基座上对称设置有两个长条形通孔，所述基座通过至少两个螺栓穿过两个所述长条形通孔固定在隧道顶部。
进一步的，所述中央控制系统为控制室，所述控制室设置有控制平台，所述控制平台内置有控制器，所述控制器用于发出预警指令。
进一步的，所述信息显示系统包括设置在所述支架上的电子显示屏和设置在所述控制室的显示屏，当所述电子显示屏接收到所述预警指令时，所述电子显示屏上显示当前隧道的通行情况，警示经过隧道的车辆做好避险准备，同时，所述控制室内的显示屏上显示围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级，辅助隧道管理人员及时、准确定位隧道故障所在区域，并对隧道安全情况作出预判以及指导对隧道故障区域进行修复。
进一步的，所述信息声光警示系统包括设置在所述支架上的警示灯和设置在所述控制平台上的故障提示灯和蜂鸣器；当所述中央控制系统发出所述预警指令时，所述控制平台控制所述故障提示灯点亮且所述蜂鸣器接通，通过声光信息提醒隧道管理人员注意查看隧道故障信息，并辅助人员作出相应反映动作，同时所述警示灯不断闪烁，提醒尚未驶入隧道的车辆减速，并及时查看电子显示屏上给出隧道的当前是否符合通行的信息。
进一步的，所述安全屏蔽装置设置在隧道入口外，且与隧道入口具有一段安全距离，所述安全屏蔽装置为机械式安全屏蔽装置，当所述机械式安全屏蔽装置接收到所述预警指令时所述机械式安全屏蔽装置的屏蔽杆下移关闭隧道通行授权，阻止车辆驶入。
(三)有益效果
本发明提供了一种隧道围岩变形在线监测预警系统，包括：信号采集系统，所述信号采集系统用于获取隧道围岩局部区域变形的信息信号，并输出所述信息信号；信号分析系统，所述信号分析系统接收所述信息信号，并对所述信息信号进行分析，得到隧道围岩局部区域变形的分析结果，并输出所述分析结果；其中，所述隧道围岩局部区域变形的分析结果包括围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级；中央控制系统，所述中央控制系统用于接收所述号分析系统，并根据分析结果与预设阈值进行的比对，当所述分析结果大于所述预设阈值时，触发所述中央控制系统发出预警指令；信息显示系统，所述信息显示系统接收到所述预警指令后，信息显示系统显示所述分析结果；信息声光警示系统，所述信息声光警示系统接收到所述预警指令后，所述信息声光警示系统通过声光信号进行预警；安全屏蔽装置，所述安全屏蔽装置接收到所述预警指令后，所述屏蔽装置关闭隧道入口。
1.本发明中的光信号传感装置，主要是由多圈不同直径的同心光感环组成，不同直径的光感环能预测隧道围岩的不同变形量。此种传感装置可测出多组围岩的微小变形量，也可以作为隧道体的变形实时监测系统。
2.本发明中的光信号传感装置和信号分析系统，能对围岩故障所在的区域和方位作出精准判别。并根据采集到的信号进行分析，输出当前隧道围岩变形的危险等级。
3.本发明中给出了在隧道入口处，设置有当前隧道信息显示屏和故障警示灯。当高速公路上的隧道出现故障时，车辆在高速运行过程中能在离隧道较远的距离处，驾驶员就能清晰看见不断闪烁的警示灯。驾驶员以此降低车速，保证行车的安全。并且，当车辆低速靠近隧道入口处时，驾驶员就能有时间看清电子显示屏上给出隧道运行信息。
4.本发明中提供机械式的安全屏蔽装置，可根据中央控制器下达的指令，执行隧道封闭动作。而且，安全屏蔽装置距离隧道入口的距离值符合相关国家标准，能保证车辆在高速运行过程中满足车辆减速所需的最小安全距离。另外，屏蔽杆为塑料制品，在特种情况下车辆与屏蔽杆发生碰撞时，不会损坏车辆，也不会产生危及二次人身安全事故的发生。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统流程图。
图2为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统结构示意图。
图3为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的的支架结构示意图。
图4为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的光束发生器结构示意图。
图5为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的光信号传感装置的结构示意图。
图6为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的电子显示屏结构示意图。
图7为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的警示灯正面结构示意图。
图8为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系统的警示灯正背面结构示意图。
图9为本发明实施例中一种隧道围岩变形在线监测预警系的统机械式安全屏蔽装置结构示意图。
附图标记：
1.机械式安全屏蔽装置、2.支架、3.光束发生器、4.光信号传感装置、5.电子显示屏、6.警示灯、7.传感头、8.伸缩连杆、9.基座、10.长条形通孔、11.螺栓、12.屏蔽杆、13.紧固螺钉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-9所示，本发明实施例提供了一种隧道围岩变形在线监测预警系统，包括：信号采集系统，所述信号采集系统用于获取隧道围岩局部区域变形的信息信号，并输出所述信息信号；信号分析系统，所述信号分析系统接收所述信息信号，并对所述信息信号进行分析，得到隧道围岩局部区域变形的分析结果，并输出所述分析结果；其中，所述隧道围岩局部区域变形的分析结果包括围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级；中央控制系统，所述中央控制系统用于接收所述号分析系统，并根据分析结果与预设阈值进行的比对，当所述分析结果大于所述预设阈值时，触发所述中央控制系统发出预警指令；信息显示系统，所述信息显示系统接收到所述预警指令后，信息显示系统显示所述分析结果；信息声光警示系统，所述信息声光警示系统接收到所述预警指令后，所述信息声光警示系统通过声光信号进行预警；安全屏蔽装置，所述安全屏蔽装置接收到所述预警指令后，所述屏蔽装置关闭隧道入口。
其中，还包括支架2，所述支架2设置在隧道入口。
本实施例的支架可以为由包括方钢或圆钢或者两者的组合焊接，或可拆卸组装而成，其竖立在隧道的入口处，其底部安装在地基预埋的安装座上，可以通过焊接或者螺纹连接等方式进行固定安装，所述支架包括竖立隧道入口两边的竖立部分和固定在两个竖立部分的横向横向部分，所述支架包括多个加强杆，用于增强支架结构的稳定性。
其中，所述信号采集系统包括光束发生器3、光信号传感装置4，所述光束发生器3设置在所述支架2上，所述光束发生器3从隧道入口处发射不可见光束，所述光束在隧道顶部的中间位置横贯整个隧道；所述光信号传感装置4安装在隧道顶部，且所述光束的传递路径正好穿过所述光信号传感装置4的中心位置。
光束发生器3安装在支架2横向部分，光束发生器3发出的光能射到隧道内，且穿透整个隧道。所述光信号传感装置4安装在隧道顶部且为多个。多个光信号传感装置4沿光束发生器3发出的光同轴设置。光束发生器3可以包括发射部分，杆和与支架2横向部分安装部分，与支架2与安装部分可以通过螺栓等可拆卸连接，方便后期检修和更换配件。发射部分，杆和与支架2横向部分安装部分也可以可拆卸连接，方便后期检修和更换配件。
其中，所述光信号传感装置4由多圈不同直径的同心光感环组成，所述不同直径的光感环用于预测隧道围岩局部区域变形的信息信号；当光束发生器3发出的光能处于越内层时，变形越小，当光束发生器3发出的光能处于越内外层时，变形越大，所述光信号传感装置4数量为至少一个，所述光信号传感装置4的安装数量，取决于被监测隧道的长度和预警精度范围。被监测隧道的长度越长时所述光信号传感装置4数量相应的需要安装更多。要求预警精度的精度越高时相应的需要安装更多。
其中，所述光信号传感装置4包括传感头7、伸缩连杆8和基座9，所述传感头7通过所述伸缩连杆8固定在所述基座9上，所述伸缩连杆8上设置有紧固螺钉13，所述基座9上对称设置有两个长条形通孔10，所述基座9通过至少两个螺栓11穿过两个所述长条形通孔10固定在隧道顶部。
将光束发生器3安装固定后，光信号传感装置4在安装过程中可以通过松开紧固螺钉13调试光信号传感装置4接收部分的高度，调试需要的高度后，旋紧光信号传感装置4对伸缩连杆8进行紧固，可以通过两个长条形通孔10移动将光束发生器3与螺栓11的相对位置调整光信号传感装置4相对隧道两边侧壁的距离，最终调试到所有光信号传感装置4接收部分的中心与光束发生器3发出的光束同轴即与光信号传感装置4的多圈不同直径的同心光感环同轴。
光束发生器3与控制平台可通信连接。光信号传感装置4与控制平台可通信连接。
其中，所述中央控制系统为控制室，所述控制室设置有控制平台，所述控制平台内置有控制器，所述控制器用于发出预警指令。在控制室的控制平台上的故障提示灯点亮，且蜂鸣器接通，通过声光信息提醒隧道管理人员注意查看隧道故障信息，并辅助人员作出相应反映动作。
本实施例的控制平台可以是计算机，工控机等。
本实施例的控制器可以是指按照预定顺序改变主电路或控制电路的接线和改变电路中电阻值来控制电动机的启动、调速、制动和反向的主令装置。由程序计数器、指令寄存器、指令译码器、时序产生器和操作控制器组成，它是发布命令的"决策机构"，即完成协调和指挥整个计算机系统的操作。例如CPU等。
其中，所述信息显示系统包括设置在所述支架2上的电子显示屏5和设置在所述控制室的显示屏，当所述电子显示屏5接收到所述预警指令时，所述电子显示屏5上显示当前隧道的通行情况，警示经过隧道的车辆做好避险准备，同时，所述控制室内的显示屏上显示围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级，辅助隧道管理人员及时、准确定位隧道故障所在区域，并对隧道安全情况作出预判以及指导对隧道故障区域进行修复。
电子显示屏5与控制平台可通信连接。
其中，所述信息声光警示系统包括设置在所述支架2上的警示灯6和设置在所述控制平台上的故障提示灯和蜂鸣器；当所述中央控制系统发出所述预警指令时，所述控制平台控制所述故障提示灯点亮且所述蜂鸣器接通，通过声光信息提醒隧道管理人员注意查看隧道故障信息，并辅助人员作出相应反映动作，同时所述警示灯6不断闪烁，提醒尚未驶入隧道的车辆减速，并及时查看电子显示屏5上给出隧道的当前是否符合通行的信息。设置有当前隧道信息显示屏和故障警示灯。当高速公路上的隧道出现故障时，车辆在高速运行过程中能在离隧道较远的距离处，驾驶员就能清晰看见不断闪烁的警示灯。驾驶员以此降低车速，保证行车的安全。并且，当车辆低速靠近隧道入口处时，驾驶员就能有时间看清电子显示屏上给出隧道运行信息。
其中，所述安全屏蔽装置设置在隧道入口外，且与隧道入口具有一段安全距离，所述安全屏蔽装置为机械式安全屏蔽装置1，当所述机械式安全屏蔽装置1接收到所述预警指令时所述机械式安全屏蔽装置1的屏蔽杆12下移关闭隧道通行授权，阻止车辆驶入。
机械式安全屏蔽装置1与控制平台可通信连接。
本实施例的机械式安全屏蔽装置1为现有的起降杆装置。
而且，安全屏蔽装置距离隧道入口的距离值符合相关国家标准，能保证车辆在高速运行过程中满足车辆减速所需的最小安全距离。另外，屏蔽杆为塑料制品，在特种情况下车辆与屏蔽杆发生碰撞时，不会损坏车辆，也不会产生危及二次人身安全事故的发生。
需要说明的是各设备之间设置本发明说我方案实施的有必要的电连接或通信连接。
综上所述，本发明提供了一种隧道围岩变形在线监测预警系统，包括：信号采集系统，所述信号采集系统用于获取隧道围岩局部区域变形的信息信号，并输出所述信息信号；信号分析系统，所述信号分析系统接收所述信息信号，并对所述信息信号进行分析，得到隧道围岩局部区域变形的分析结果，并输出所述分析结果；其中，所述隧道围岩局部区域变形的分析结果包括围岩局部区域变形的变形量、围岩变形的方位和危险等级；中央控制系统，所述中央控制系统用于接收所述号分析系统，并根据分析结果与预设阈值进行的比对，当所述分析结果大于所述预设阈值时，触发所述中央控制系统发出预警指令；信息显示系统，所述信息显示系统接收到所述预警指令后，信息显示系统显示所述分析结果；信息声光警示系统，所述信息声光警示系统接收到所述预警指令后，所述信息声光警示系统通过声光信号进行预警；安全屏蔽装置，所述安全屏蔽装置接收到所述预警指令后，所述屏蔽装置关闭隧道入口。
1.本发明中的光信号传感装置，主要是由多圈不同直径的同心光感环组成，不同直径的光感环能预测隧道围岩的不同变形量。此种传感装置可测出多组围岩的微小变形量，也可以作为隧道体的变形实时监测系统。
2.本发明中的光信号传感装置和信号分析系统，能对围岩故障所在的区域和方位作出精准判别。并根据采集到的信号进行分析，输出当前隧道围岩变形的危险等级。
3.本发明中给出了在隧道入口处，设置有当前隧道信息显示屏和故障警示灯。当高速公路上的隧道出现故障时，车辆在高速运行过程中能在离隧道较远的距离处，驾驶员就能清晰看见不断闪烁的警示灯。驾驶员以此降低车速，保证行车的安全。并且，当车辆低速靠近隧道入口处时，驾驶员就能有时间看清电子显示屏上给出隧道运行信息。
4.本发明中提供机械式的安全屏蔽装置，可根据中央控制器下达的指令，执行隧道封闭动作。而且，安全屏蔽装置距离隧道入口的距离值符合相关国家标准，能保证车辆在高速运行过程中满足车辆减速所需的最小安全距离。另外，屏蔽杆为塑料制品，在特种情况下车辆与屏蔽杆发生碰撞时，不会损坏车辆，也不会产生危及二次人身安全事故的发生。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
