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公路隧道监测技术研究

 论文栏目:监测技术论文     更新时间:2018/9/29 9:50:43   

摘要:由于传统的隧道监测方法比较依靠人力作业,其自动化程度比较低、劳动强度很高而且信息的实时性比较差,而且还有很多监测限制,使得许多工作难以顺利开展。文章对物联网与隧道监测技术进行了相关介绍,并结合某既有高速公路隧道的监测,把物联网与既有公路隧道监测结合起来,构建了基于物联网的监测系统,对既有隧道监测的实施及相关技术研究有一定的参考意义。

关键词:物联网;公路隧道;监测技术

1工程背景及监测项目

1.1工程背景

某既有高速公路隧道地形复杂,长度场、地质复杂、年均降雨量大、交通量大,曾发生多次交通事故造成隧道火灾、货物易燃品自燃引发火灾、超宽或者超速货车闯入隧道并造成了隧道衬砌的损坏等现象,为了在保证交通顺畅的情况下对隧道二衬的变形、应力应变等信息进行监测,文章基于物联网技术研究了一个监测系统,能够实现远程的自动化监测,该软件系统还具有分析、管理数据、发布预警消息等功能。

1.2监测项目

由于隧道所处的岩体情况变化未知,其受到的外力并不明确,必须予以测量才能掌握,此外,在对隧道进行运营的过程中,其受力状态是不断变化的,因此,必须对其周围的岩体、地表和支护结构等的状态以及其周围环境的动态进行周期性的观察与测量,才能在一定程度上保证隧道运营的安全,预防重大事故的发生。隧道监测的多个项目被分为必测项目与选测项目两类,其中,必测项目属于日常的监测项目,主要是对拱顶下沉和周边位移的量测;选测项目是根据隧道的特殊要求而进行的,其测量对象主要是围岩或衬砌结构,量测项目主要是初支与二衬间接触压力、孔隙水压力、混凝土应变等。

2物联网监测系统

2.1硬件系统

文章中的物联网监测系统(以下简称为某系统)用于监测隧道变形的是网络摄像头。激光器通电之后,其发射的激光照射在滤光板上(采用一层较厚的硬纸板),滤光板可以过滤掉很大一部分普通散射光束,使得方向性较强的激光在滤光板的背面形成光斑,该光斑的图像或视频被摄像头采集,并通过网络传输到终端,将得到的图像处理后就可以得到激光中心点的位置,两次不同的采集中心点位置之差就是测点的位移量,监测拱顶下沉需要重点注意竖直位置之差,而周边位移的监测则需要注意水平位置之差。传感器网络处于在物联网监测系统的感知层,其主要组成有:各类传感器、CAN总线和网关、无线中继、GPRS网关、以及32通道采集器。其远程监测数据传输示意图如图1。图1远程

2.2软件系统

该远程监测软件系统是物联网监测系统的应用层,主要是要对传感器采集的信息进行处理分析与应用,对于物联网监测系统非常关键。文章中的软件系统的平台是微软VS2008,编程语言是C#,数据库是SQLServer2005,实现的功能有数据的采集与录入、对数据的处理与分析、预警信息的判断与发布,如图2所示,该系统主要分为两部分(本地监测软件与信息发布网站),其功能丰富、逻辑清晰且管理方便,其数据库的更新较为实时,使得数据的一致性得以被保证。该系统的几个模块中,系统管理模块主要负责对管理工程项目与用户信息进行全局性管理;采集录入模块主要负责对数据进行远程采集、接收、录入、编辑以及处理;查询分析模块主要是对监测结果进行查询与回归分析预测;在预警设置模块可以对各监测断面预警值进行设置,能够对信息进行检查与录入;短信通知模块主要负责将预警信息发送给工作人员,方便辅助决策。

2.3监测数据的处理分析

该系统中的监测数据主要有频率数据和图像数据。对于频率数据的处理较为简单,只需要根据给定公式与传感器的标定系数,就能算出相应物理量;对于图像数据则比较复杂,需要结合灰度化、图像分割等技术,还需要根据摄像头的参数转换光斑的位移。该系统采用了一种改进的最大类间方差法对光斑图像进行阈值分割,使用了多个回归模型来拟合对监测结果,根据剩余标准差最小原则进行最优回归曲线的选择,用户可在软件的前台界面看到相关图表,依此来判断结构的当前状态与未来变化趋势。

3结束语

对于既有公路隧道的监测是非常必要的,在传统技术不能满足实际需求的今天,根据理论与多方实践,我们可以说,借力物联网技术是解决这一问题的合理方向。在文章中,笔者基于物联网技术针对某既有高速公路隧道设计了一个监测系统,此系统从结构来看已经比较完整,但有些方面还需要改善,比如:其传感器网络的可靠性还有待优化、还可以增加自动生成监测报告的功能等。目前,结合物联网技术对既有公路隧道进行监测有一定的实用价值且前景良好,其研究对于公路安全具有重要意义,应当得到更多的关注。

参考文献:

[1]许俊杰.无线通信技术在设备状态监测中的研究与应用[D].郑州大学,2010.

[2]乔志超,周建春.隧道围岩变形监测及分析[J].施工技术,2012,41(8):40-42.

[3]尹培林;公路隧道施工远程监控技术研究[D].华南理工大学,2011.

作者:白建市 单位:贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司

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