[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN111307092A - 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台 - Google Patents

一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台 Download PDF

Info

Publication number
CN111307092A
CN111307092A CN201911310765.4A CN201911310765A CN111307092A CN 111307092 A CN111307092 A CN 111307092A CN 201911310765 A CN201911310765 A CN 201911310765A CN 111307092 A CN111307092 A CN 111307092A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tunnel
monitoring
construction safety
sensor
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911310765.4A
Other languages
English (en)
Inventor
吴贤国
王洪涛
戴小松
朱宏平
陈虹宇
曾铁梅
徐文胜
吴克宝
冯宗宝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ccteb Infrastructure Construction Investment Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan Huazhong University of Science and Technology Civil Engineering Testing Center
Original Assignee
Ccteb Infrastructure Construction Investment Co ltd
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan Huazhong University of Science and Technology Civil Engineering Testing Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ccteb Infrastructure Construction Investment Co ltd, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan Huazhong University of Science and Technology Civil Engineering Testing Center filed Critical Ccteb Infrastructure Construction Investment Co ltd
Priority to CN201911310765.4A priority Critical patent/CN111307092A/zh
Publication of CN111307092A publication Critical patent/CN111307092A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00—Measuring angles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C5/00—Measuring height; Measuring distances transverse to line of sight; Levelling between separated points; Surveyors' levels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，属于隧道施工安全监控、预警领域，包括传感器单元、数据采集和传输单元、数据处理和控制单元及建设安全评估程序模块；所述传感器单元采集位移、应变、沉降和倾角监测信息；所述数据采集和传输单元包括传感器无线数据收发器、无线数据中继收发器，用于倾角监测信息在各个单元之间的无线收发；所述数据处理和控制单元包括计算机，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时，对位移、应变、沉降和倾角监测信息数据中的至少一个进行小波包分析，识别隧道结构损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度。本发明具有实时性、便捷性、高效性以及精确性。

Description

一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台
技术领域
本发明属于隧道施工安全监控、预警领域，更具体地，涉及一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台。
背景技术
地铁深隧道等工程施工由于其隐蔽性、不确定性和多变化性等特点，施工难度大，严重影响着工程施工进度、工程质量和施工安全。深隧工程施工监控的目的是及时监测掌握工程结构的应力、倾角等基本情况，用以指导工程施工，确保建设施工的安全。
由于深隧地下工程地质条件的复杂性、设计和施工方法的局限性以及各种不确定因素的影响，使得在设计阶段确定的参数在施工阶段往往可能达不到工程要求。目前隧道施工安全监控水平与信息化施工的要求还相差甚远，缺少一套统一化、标准化、科学化的研究体系，传统地下结构检测方法周期长、效率低下、维护费用高，信息化低以及隐蔽区域难以测量。因此进行隧道监控量测和信息化管理技术研究，及时进行隧道施工预警预报，指导隧道施工和优化施工方案的作用，是推动施工信息化、安全化的有效途径。
因此，亟需一种用于地铁深隧工程建设，能够解决深隧道工程施工过程中现有监控技术的效率低下、维护费用高、信息化低的安全自动连续监控系统。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台，其目的在于，基于无线组网进行软硬件设计，通过丰富的传感器搭配及无线网络传输，能够对基坑支护结构、隧道围护结构、周围环境以及岩土性质的变化进行实时监控，有利于工程人员根据监测信息实时动态调整施工、设计参数或运营维护计划，以确保工程安全及质量，由此解决现有监控技术效率低下、维护费用高、信息化低的技术问题。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，包括由传感器单元、数据采集和传输单元及数据处理和控制单元构成的监测组网，以及建设安全评估程序模块；
所述传感器单元包括数码位移传感器、数码动静态应变传感器、工程结构体挠度沉降测试仪和数码倾角传感器，分别用于采集位移、应变、沉降和倾角监测信息；
所述数据采集和传输单元包括传感器无线数据收发器、无线数据中继收发器；多个无线数据收发器分别与所述传感器单元中的各个传感器连接，以将采集的监测信息数据发送至无线数据中继收发器；
所述数据处理和控制单元包括计算机，无线数据中继收发器连接计算机，以将接收的监测信息数据传送至计算机；
所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时，对传感器所测得的位移、应变、沉降和倾角监测信息数据中的至少一个进行小波包分析，识别隧道结构损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度。
进一步地，识别隧道结构损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度的方法如下：对位移、应变、沉降和倾角监测信号进行连续采集，从而获得位移、应变、沉降和倾角的时域曲线；当隧道结构发生损伤时，隧道结构的响应信号会出现不连续的奇异点，将位移、应变、沉降和倾角的时域曲线中的任意一个作为隧道结构的响应信号y(t)进行小波包分析，从而得到响应信号y(t)的奇异点以及损伤前后各监测信号在不同频带内的能量变化；
其中，监测信号的奇异点对应于结构动力响应的奇异点，其出现的时间即为损伤的出现时间；具有奇异点的监测信号对应的传感器的安装位置即为损伤位置；损伤前后各监测信号在不同频带内的能量变化的大小即为损伤程度的高低。
进一步地，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时：
通过小波包变换将响应信号y(t)进行j层分解，得到2j个频带小波包分量
Figure BDA0002324460240000031
响应信号y(t)的能量公式如式(1)：
Figure BDA0002324460240000032
其中，Ex是响应信号y(t)的总能量，i＝1,2,…,2j，
Figure BDA0002324460240000033
是频带小波包分量
Figure BDA0002324460240000034
对应的能量，[-Y,Y]是积分区间。
进一步地，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机调用时，执行如下步骤：
(1)计算小波包分量各频带能量值
Figure BDA0002324460240000035
与总能量Ex之比
Figure BDA0002324460240000036
从而将小波包能量谱归一化：
Figure BDA0002324460240000037
(2)对于j层分解的小波包分量，按照
Figure BDA0002324460240000038
大小对能量谱进行重新排列，取
Figure BDA0002324460240000039
较大的前m个小波包分量计算能量谱变化偏差ED和能量谱方差EV：
Figure BDA00023244602400000310
Figure BDA00023244602400000311
其中，i＝1,2,…,m，
Figure BDA00023244602400000312
是能量谱重排列前全部2j个小波包分量归一化后的均值，
Figure BDA0002324460240000041
是能量谱重排列后前m个小波包分量归一化后的均值；
(3)选取98％置信概率的预警参数UL1和UL2，作为最终隧道健康监测预警阈值：
Figure BDA0002324460240000042
Figure BDA0002324460240000043
(4)将UL1和UL2与预设的健康状况下的对应值进行比较，当UL1和UL2超出预设的对应值时，说明结构可能出现损伤。
进一步地，分析位移、应变、沉降和倾角对损伤识别的灵敏度，取灵敏度最高的监测数据作为小波包分析对象。
进一步地，包括多个无线数据中继收发器；各传感器无线数据收发器分别与对应的传感器进行模块化集成，以根据隧道监测范围需求，通过各无线数据中继收发器接入或撤出监测组网。
进一步地，所述数据处理和控制单元还包括有限元模型修正程序模块，用于根据实测位移、应变、沉降和倾角监测信息修正地铁隧道监测区间的有限元模型；修正地铁隧道监测区间的有限元模型方法如下：
对于地铁隧道区间的理论有限元模型，在采集实测数据位移、应变、沉降和倾角监测信息的同时，采集由隧道运营带来的载荷变化信息；以隧道运营带来的载荷变化信息为输入，通过调节地铁隧道区间的理论有限元模型的刚度、质量、边界约束和/或几何尺寸，使该理论有限元模型输出的位移、应变、沉降和倾角数据与实测结果一致，从而得到修正后的地铁隧道监测区间的有限元模型。
进一步地，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时，根据接收的位移、应变、沉降和倾角监测信息数据与预设风险区间进行比对，得到隧道结构风险等级。
进一步地，包括红外线遥控器，用于控制各个传感器的启停。
为了实现上述目的，本发明还提供了一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控信息平台，包括数据库以及如前任意一项所述的地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统；所述传感器单元采集的监测信息、所述数据处理和控制单元对所述传感器单元采集的监测信息处理后获得的数据，均传输至所述数据库进行存储，以供本地和/或云端查阅、调用、编辑和/或计算。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明提出的地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，基于完全的无线监测网络组网方案，集成监测项目与对应传感器形成的网络，结合现代传感技术、网络通讯技术以及小波分析智能信息处理技术，搭建了一套深隧工程建设安全监控单元，能够实现基坑支护结构、隧道围护结构、周围环境以及岩土性质的变化进行实时监控，并进行损伤的自动识别，可以高效、实时地监测深隧工程结构以及工程环境的安全状态，提高了安全监控单元的先进性与科学性，提高了深隧施工、维护的安全性及便利性，给施工安全提供保障，减少可能发生的生命财产损失。本发明相对于传统监测手段具有实时性、便捷性、高效性以及精确性，适用范围广，后续维护费用低。
2.本发明通过连续采集获得位移、应变、沉降和倾角的时域曲线作为隧道结构的响应信号，进而通过小波包分析进行响应信号的奇异点识别，能够快速识别出损伤发生的时间、位置以及程度，达到实时预警的效果，安全高效。
3、本发明通过响应信号能量的计算，能够真实反映结构的损伤对响应信号频谱的幅值改变造成的能量波动，从而直观展示损伤是否发生以及发生的强度。
4、本发明通过对频带能量归一化，将一个无量纲的参数——小波包分量各频带能量值与总能量之比作为预警指标的计算参数，对健康预警结果的均一性和精确性有大大的提升；基于归一化处理的能量谱进行排序筛选，在降低样本容量的同时仍可保持样本的可靠性；采用能量谱的偏差和方差进行98％置信概率的预警参数UL1和UL2的计算，在排序筛选减小样本容量的情况下，仍以具有极高置信概率的双参数设计确保健康监测预警的准确性。
5、基于灵敏度进行筛选，仅对灵敏度最高的监测数据进行小波包分析，可以进一步减少计算量，在提高实时性的同时确保损伤识别的高灵敏度及准确性。
6、通过模块化集成获得无线传感器，进而通过无线数据中继收发器实现检测区域的自由扩展，可以灵活适用于各种在建、已建、维护中的不同监测区间长度的隧道实时监控。
7、基于实测数据进行有限元模型修正，大大减少了后续新建隧道有限元建模的实验难度，取得了宝贵的实践经验数据；还能够通过修正后的有限元模型直观展示隧道结构状况及损伤状况，以及有利于提前通过有限元模拟分析进行寿命及损伤预测。
8、直接通过数值比较的方式获得风险等级，相比于前述小波包分析虽然不能直接给出是否发生损伤的结论，却能以最快的速度进行风险评估，长期处于高风险状态下的隧道结构自然是重点维护和监控对象，配合前述基于小波包分析的损伤识别技术，能够更加科学、合理地安排监控、施工、维护工作，例如，仅在某区域检测为高风险状态时启动小波包分析，则既可以节约能源，又可以避免监控遗漏。
9、本发明的地铁深隧工程建设安全自动连续监控信息平台，基于上述实时、便捷的优势，结合数据库的交互作用，能够进一步实现地铁安全运营、预警技术的信息化，实现本地、远程的交互管理。
附图说明
图1是本发明的系统组成示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示的一种地铁深邃工程建设安全自动连续监控系统，所述的安全自动连续监控系统包括HY-65050F数码位移传感器、HY-65DJB3000B数码动静态应变传感器、HY-RC65D工程结构体挠度沉降测试仪、HY-65QJ数码动静高品质倾角传感器、传感器无线数据收发器、无线数据中继收发器、磁性固定表座、红外线遥控器、计算机、12V电源。该单元主要由传感器单元、数据采集和传输单元、数据处理和控制单元和建设安全评估程序模块组成。在保证结构正常施工条件下，在地铁施工现场根据监测内容以及监测对象实际工程情况确定测点布设方案并以此布置各类传感器，设定不同的监测频率和监测时间间隔，接通传感器的电源，各类传感器分别用来监测结构体的位移、应力、挠度沉降值、倾角，得到大量连续的监测数据，并将数据通过无线数据收发器传送到计算机客户端，计算机客户端根据结构状况和病害类型，建立地铁隧道区间有限元模型，并根据实测数据修正有限元模型；根据传感器所测得的损伤指标数据，再利用基于损伤指标的损伤识别和基于智能计算的损伤识别来评估整体结构性能。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。当有危险事故征兆时，则需进行连续监测。以此达到高效、实时地监测深隧工程结构以及工程环境的安全状态的目的。
所述的HY-65050F数码位移传感器被套进磁性表座的可旋转支干上，稍微压缩一点HY-65F050直线数码位移计的可伸缩测杆，可使其测杆与被测点垂直或水平接触好。用于测量被测点发生的位移。
所述的HY-65DJB3000B数码动静态应变传感器，其应变传感器宝石测头与微动测头在接受到结构体表面变形时，其变形会被传递到宝石测头，宝石测头带动内置钐钴合金材料移动，霍尔芯片在永久磁场中移动产生电压信号。此电压信号通过内置16位单片机经过非线性编码调制成RS485标准数字信号输出。A/D转换在传感器内部完成，从传感器出来的数字信号通过电脑中的采样分析软件自动记录、显示和存储。
所述的HY-RC65D工程结构体挠度沉降测试仪，其本身固定于被测结构体上，用沉降仪与静止参考基准之间的相对位移变化来测得被测结构体的沉降、挠度值。使用时，测试仪安装于被测工程结构体各挠度(或沉降)测点上，将测试仪及其旋臂杆调整至与钢丝合适距离，旋臂杆以自身重力与钢丝滑动接触。当被测体在荷载或其他受力作用下发生位移时，旋臂杆与静止的钢丝发生相对运动。此值即为被测体的受力形变位移值(挠度或沉降值)。
所述的HY-65QJ数码动静高品质倾角传感器，内部由摆杆、钐钴合金材料、霍尔芯片、16位单片机组成。传感器安放在被测结构体上，随结构一起倾斜。内部摆杆上固定霍尔芯片在磁场内移动，利用霍尔效应输出电压信号，该信号直接进入16位单片机进行采样，转换成数字信号后，对其位置非线性编码，最后直接以RS485标准输出位移数字量。
所述的传感器无线数据收发器主要用于把传感器监测的数据进行无线接收并传送。
所述的无线数据中继收发器主要用于接收传感器发送的数据并将数据传送到计算机客户端。
所述的磁性固定表座主要用于安装各类传感器。
所述的红外线遥控器主要用于控制传感器的接通和关闭。
所述的计算机主要用于对无线数据中继收发器传送的数据进行实时监测并对数据进行处理，具体的数据处理方式有如下几种：
1、根据接收的位移、应变、沉降和倾角数据，由监测的数据，如位移过大则结构状况差，其中应变可以转换为强度应力比来作为标准衡量，以此得到结构状况和病害类型，常用的划分等级标准见表1，其中I、II、III、IV级分别表示结构状况安全、低风险、中风险、高风险，根据不同的风险等级，采取的安全措施不同，具体风险情形对应的处理措施按照本领域常规方式处理即可，故不赘述。
表1隧道结构风险等级划分
I级 II级 III级 IV级
竖向位移/mm 0-10 10-15 15-20 20-30
水平位移/mm 0-10 10-15 15-20 20-30
强度应力比 >0.8 0.6-0.8 0.32-0.6 0.18-0.32
沉降/mm 0-5 5-10 10-20 20-30
倾角/° 0-0.1 0.1-0.2 0.2-0.4 0.4-0.8
2、建立地铁隧道区间有限元模型后，根据实测数据位移、应变、沉降和倾角等修正有限元模型。修正地铁隧道监测区间的有限元模型方法如下：
对于地铁隧道区间的理论有限元模型，在采集实测数据位移、应变、沉降和倾角监测信息的同时，采集由隧道运营带来的载荷变化信息；以隧道运营带来的载荷变化信息为输入，通过调节地铁隧道区间的理论有限元模型的刚度、质量、边界约束和/或几何尺寸，使该理论有限元模型输出的位移、应变、沉降和倾角数据与实测结果一致，从而得到修正后的地铁隧道监测区间的有限元模型。
3、根据传感器所测得的位移、应变、沉降和倾角指标数据，再利用基于小波分析的智能计算，当结构发生损伤时，结构动力响应会出现不连续的奇异点，利用小波变换的多分辨特性，检测信号的突变点以及损伤前后信号在不同频带内的能量变化，可以对损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度进行识别来评估整体结构性能。
优选地，通过小波包变换将响应信号y(t)进行j层分解，得到2j个频带小波包分量
Figure BDA0002324460240000101
响应信号y(t)的能量公式如式(1)：
Figure BDA0002324460240000102
其中，Ex是响应信号y(t)的总能量，i＝1,2,…,2j，
Figure BDA0002324460240000103
是频带小波包分量
Figure BDA0002324460240000104
对应的能量，[-Y,Y]是积分区间。
特别地，为了更准确地评估损伤情况，以及时进行预警，本发明提供了如下更为细致的处理方案：
(1)计算小波包分量各频带能量值
Figure BDA0002324460240000105
与总能量Ex之比
Figure BDA0002324460240000106
从而将小波包能量谱归一化：
Figure BDA0002324460240000107
(2)对于j层分解的小波包分量，按照
Figure BDA0002324460240000108
大小对能量谱进行重新排列，取
Figure BDA0002324460240000109
较大的前m个小波包分量计算能量谱变化偏差ED和能量谱方差EV：
Figure BDA00023244602400001010
Figure BDA00023244602400001011
其中，i＝1,2,…,m，
Figure BDA00023244602400001012
是能量谱重排列前全部2j个小波包分量归一化后的均值，
Figure BDA00023244602400001013
是能量谱重排列后前m个小波包分量归一化后的均值；
(3)选取98％置信概率的预警参数UL1和UL2，作为最终隧道健康监测预警阈值：
Figure BDA0002324460240000111
Figure BDA0002324460240000112
(4)将UL1和UL2与预设的健康状况下的对应值进行比较，当UL1和UL2超出预设的对应值时，说明结构可能出现损伤。
总体而言，本发明针对地铁深隧工程建设结构特点，综合布置结构各类传感器形成建设安全监控的硬件网络；基于监测到的数据，对深隧施工中实时的监测数据采取小波变换得到结构安全诊断状况；建立基于智能测量仪器、无线网络的深隧建设安全的监测单元集成；形成深隧建设工程安全信息大数据平台，根据所测得的位移、应变、沉降和倾角数据，将这些数据采取小波分析、，形成监测数据自动采集、管理、预报一体化的信息网络。实时掌握监测数据异常情况，当位移、应变、沉降和倾角达到较大水准时，对异常情况给予及时预警，减少施工周期内隧道突发性事故。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，包括由传感器单元、数据采集和传输单元及数据处理和控制单元构成的监测组网，以及建设安全评估程序模块；
所述传感器单元包括数码位移传感器、数码动静态应变传感器、工程结构体挠度沉降测试仪和数码倾角传感器，分别用于采集位移、应变、沉降和倾角监测信息；
所述数据采集和传输单元包括传感器无线数据收发器、无线数据中继收发器；多个无线数据收发器分别与所述传感器单元中的各个传感器连接，以将采集的监测信息数据发送至无线数据中继收发器；
所述数据处理和控制单元包括计算机，无线数据中继收发器连接计算机，以将接收的监测信息数据传送至计算机；
所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时，对传感器所测得的位移、应变、沉降和倾角监测信息数据中的至少一个进行小波包分析，识别隧道结构损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度。
2.根据权利要求1所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，识别隧道结构损伤的出现时间、损伤位置及损伤程度的方法如下：对位移、应变、沉降和倾角监测信号进行连续采集，从而获得位移、应变、沉降和倾角的时域曲线；当隧道结构发生损伤时，隧道结构的响应信号会出现不连续的奇异点，将位移、应变、沉降和倾角的时域曲线中的任意一个作为隧道结构的响应信号y(t)进行小波包分析，从而得到响应信号y(t)的奇异点以及损伤前后各监测信号在不同频带内的能量变化；
其中，监测信号的奇异点对应于结构动力响应的奇异点，其出现的时间即为损伤的出现时间；具有奇异点的监测信号对应的传感器的安装位置即为损伤位置；损伤前后各监测信号在不同频带内的能量变化的大小即为损伤程度的高低。
3.根据权利要求1所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时：
通过小波包变换将响应信号y(t)进行j层分解，得到2j个频带小波包分量
Figure FDA00023244602300000210
响应信号y(t)的能量公式如式(1)：
Figure FDA0002324460230000021
其中，Ex是响应信号y(t)的总能量，i＝1,2,…,2j，
Figure FDA00023244602300000212
是频带小波包分量
Figure FDA00023244602300000211
对应的能量，[-Y,Y]是积分区间。
4.根据权利要求3所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机调用时，执行如下步骤：
(1)计算小波包分量各频带能量值
Figure FDA0002324460230000022
与总能量Ex之比
Figure FDA0002324460230000023
从而将小波包能量谱归一化：
Figure FDA0002324460230000024
(2)对于j层分解的小波包分量，按照
Figure FDA0002324460230000025
大小对能量谱进行重新排列，取
Figure FDA0002324460230000026
较大的前m个小波包分量计算能量谱变化偏差ED和能量谱方差EV：
Figure FDA0002324460230000027
Figure FDA0002324460230000028
其中，i＝1,2,…,m，
Figure FDA0002324460230000029
是能量谱重排列前全部2j个小波包分量归一化后的均值，
Figure FDA0002324460230000031
是能量谱重排列后前m个小波包分量归一化后的均值；
(3)选取98％置信概率的预警参数UL1和UL2，作为最终隧道健康监测预警阈值：
Figure FDA0002324460230000032
Figure FDA0002324460230000033
(4)将UL1和UL2与预设的健康状况下的对应值进行比较，当UL1和UL2超出预设的对应值时，说明结构可能出现损伤。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，分析位移、应变、沉降和倾角对损伤识别的灵敏度，取灵敏度最高的监测数据作为小波包分析对象。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，包括多个无线数据中继收发器；各传感器无线数据收发器分别与对应的传感器进行模块化集成，以根据隧道监测范围需求，通过各无线数据中继收发器接入或撤出监测组网。
7.根据权利要求1～4任意一项所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，所述数据处理和控制单元还包括有限元模型修正程序模块，用于根据实测位移、应变、沉降和倾角监测信息修正地铁隧道监测区间的有限元模型；修正地铁隧道监测区间的有限元模型方法如下：
对于地铁隧道区间的理论有限元模型，在采集实测数据位移、应变、沉降和倾角监测信息的同时，采集由隧道运营带来的载荷变化信息；以隧道运营带来的载荷变化信息为输入，通过调节地铁隧道区间的理论有限元模型的刚度、质量、边界约束和/或几何尺寸，使该理论有限元模型输出的位移、应变、沉降和倾角数据与实测结果一致，从而得到修正后的地铁隧道监测区间的有限元模型。
8.根据权利要求1～4任意一项所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，所述建设安全评估程序模块在被所述计算机执行时，根据接收的位移、应变、沉降和倾角监测信息数据与预设风险区间进行比对，得到隧道结构风险等级。
9.根据权利要求1～4任意一项所述的一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统，其特征在于，包括红外线遥控器，用于控制各个传感器的启停。
10.一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控信息平台，其特征在于，包括数据库以及如权利要求1～9任意一项所述的地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统；所述传感器单元采集的监测信息、所述数据处理和控制单元对所述传感器单元采集的监测信息处理后获得的数据，均传输至所述数据库进行存储，以供本地和/或云端查阅、调用、编辑和/或计算。
CN201911310765.4A 2019-12-18 2019-12-18 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台 Pending CN111307092A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911310765.4A CN111307092A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911310765.4A CN111307092A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111307092A true CN111307092A (zh) 2020-06-19

Family

ID=71152683

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911310765.4A Pending CN111307092A (zh) 2019-12-18 2019-12-18 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111307092A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112947645A (zh) * 2021-03-01 2021-06-11 南京可宇科技有限公司 一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台及在线监测方法
CN114993198A (zh) * 2022-07-18 2022-09-02 中建安装集团有限公司 近接施工条件下共线地铁结构自动化变形监测系统及方法
CN116150680A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 中铁第四勘察设计院集团有限公司 一种基于大数据的地下交通枢纽损伤状态识别方法及系统
CN117387558A (zh) * 2023-12-12 2024-01-12 广东省安全生产科学技术研究院 一种隧道内结构位移变形的监测系统及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204119273U (zh) * 2014-08-19 2015-01-21 中国十七冶集团有限公司 一种基于物联网无线传感器网络的深基坑监测装置
CN106156336A (zh) * 2016-07-08 2016-11-23 江苏金海星导航科技有限公司 一种斜拉桥结构状态评价系统及评定方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204119273U (zh) * 2014-08-19 2015-01-21 中国十七冶集团有限公司 一种基于物联网无线传感器网络的深基坑监测装置
CN106156336A (zh) * 2016-07-08 2016-11-23 江苏金海星导航科技有限公司 一种斜拉桥结构状态评价系统及评定方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张凯南 等: "基于小波包能量谱的地铁隧道健康监测预警", 铁道标准设计, vol. 62, no. 12, 31 December 2018 (2018-12-31), pages 130 - 135 *
邹伟彪;张冬梅;蔡雄威;: "基坑开挖对邻近地铁变形的实时监测与数值分析", 地下空间与工程学报, no. 2, 15 October 2012 (2012-10-15), pages 1728 - 1731 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112947645A (zh) * 2021-03-01 2021-06-11 南京可宇科技有限公司 一种基于大数据分析的地下工程施工安全实时在线监测云平台及在线监测方法
CN112947645B (zh) * 2021-03-01 2022-04-22 深圳市鹏程安全技术事务有限公司 一种基于大数据的地下工程施工安全监测云平台及方法
CN114993198A (zh) * 2022-07-18 2022-09-02 中建安装集团有限公司 近接施工条件下共线地铁结构自动化变形监测系统及方法
CN114993198B (zh) * 2022-07-18 2022-11-01 中建安装集团有限公司 近接施工条件下共线地铁结构自动化变形监测系统及方法
CN116150680A (zh) * 2023-04-18 2023-05-23 中铁第四勘察设计院集团有限公司 一种基于大数据的地下交通枢纽损伤状态识别方法及系统
CN117387558A (zh) * 2023-12-12 2024-01-12 广东省安全生产科学技术研究院 一种隧道内结构位移变形的监测系统及方法
CN117387558B (zh) * 2023-12-12 2024-02-20 广东省安全生产科学技术研究院 一种隧道内结构位移变形的监测系统及方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111307092A (zh) 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统及信息平台
CN107609304B (zh) 大跨度铁路桥梁的基于phm的故障诊断预测系统及方法
CN106442720B (zh) 一种声振式轨道桥梁健康监测装置、系统及方法
CN106840381A (zh) 一种爆破振动衰减效应的测试方法
CN107228772A (zh) 一种盾构隧道结构损伤评估方法
CN108846197A (zh) 一种架桥机主梁损伤识别及损伤程度量化分析方法
CN204113701U (zh) 一种矿井风机在线监测与故障诊断系统
CN118509821B (zh) 一种高速公路桥梁施工管理系统及方法
CN113657041B (zh) 一种高寒区路基物理力学状态智能感知与预报系统
CN204142505U (zh) 公路桥梁监测预警系统
CN107657110A (zh) 大型风力机叶片的疲劳损伤评价方法
CN109684774A (zh) 一种梁式桥安全监测与评估装置
CN111077858B (zh) 一种工地安全调度监管方法及系统
CN103487250A (zh) 基于二维投射的煤矿设备预知维护方法
CN115290276A (zh) 一种基于振动和响应面的桥梁静力行为预测方法
CN103487275B (zh) 基于二维投射的煤矿设备状态识别和预警方法
CN117972365A (zh) 一种隧底群桩压力承载监测系统和监测方法
CN109029697B (zh) 基于频谱特征单边检测法的环冷机漏风故障在线诊断方法
CN117266842A (zh) 一种基于微震监测的地应力测试方法
CN116256016A (zh) 一种建筑结构体系全过程健康监测系统
CN210981202U (zh) 一种地铁深隧工程建设安全自动连续监控系统
Akristiniy The monitoring of technical condition of cultural heritage objects
CN119005533B (zh) 一种海底隧道运行期间结构安全智能评价方法及系统
CN118862655A (zh) 一种地铁区域附近大型基坑振动破坏实验系统
CN119046850B (zh) 地基系数全自动识别方法、系统及装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination