一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统

本发明属于隧道监测领域，涉及一种隧道施工监测系统，具体涉及一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统。

背景技术：

1、我国幅员辽阔，地质条件复杂，岩溶面积为世界之最。随着隧道工程建设项目不断增加，采空区岩溶地层等不良工程地质问题日益突出。岩溶地层力学强度低、稳定性差，隧道在采空区岩溶地层复杂条件下掘进容易引起隧道突涌水和地面坍塌等事故，严重威胁工程安全，导致工程施工难度剧增。

2、岩溶作用是指水对可溶性岩石进行以化学作用为主，机械作用为辅的地质作用。国内外学者针对岩溶地层隧道施工安全风险展开了较为深入的研究，研究方向主要包括岩溶地层对隧道施工的影响和岩溶地层隧道施工风险评估方法两个方面。传统应力、应变等监测技术无法充分考虑采空区岩溶隧道施工风险影响因素，复杂工程地质环境下隧道施工信息感知面临极大挑战。因此，通过高性能智能传感器组件、无线传输网络和信号采集系统，采用多参量、多传感组件，数据智能处理与数据动态管理方法构建出一套经济、实用、高效、智能的隧道施工监测系统，实现对采空区岩溶隧道施工信息空间多维立体感知与危险预警，对于隧道施工防灾减灾具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，该系统运用高性能、小型化和智能化传感器，可以有效检测应变、裂缝、水压等问题。在施工早期，对应变或涌水发生初期进行实时感知，能够尽早地对问题采取应对策略，防止产生严重后果。利用不同类型的传感器设备，实现全过程、自动化、实时感知采空区岩溶隧道开挖及突泥灾害发生过程中围岩受力及变形规律，并获得温度、位移、土压力、应变、涌泥量等多元信息。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，包括信息智能采集系统、数据无线传输系统和数据分析预警系统，其中：

4、所述信息智能采集系统用于监测围护结构宏观位移、沉降、支撑轴力、应变、地下水位、水压监测和水质；

5、所述数据无线传输系统用于将信息智能采集系统采集的数据存储在数据库，服务端根据客户端请求提供对数据查询、修改等管理功能的响应，客户端向用户展示监测数据，提供操作入口；

6、所述数据分析预警系统利用rnn预测模型调用数据库中监测数据，综合考虑宏观位移、微观应变和水压水质多维信息，实现对隧道失稳和突水涌泥等采空区岩溶隧道施工期内易发生灾害进行监测，并提前发出报警信号。

7、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

8、1、系统运用物联网技术，通过布置在现场的自动化设备，采集相关数据信息，采集的数据通过无线方式传回后端控制平台。

9、2、将接收到的物理量转换为适合网络传输的电信号，为信息传输做准备。建立一套涵盖建设期的信息智能采集系统，实现对采空区岩溶隧道内施工期多种信息的自动化采集监测，提升信息感知过程的自动化水平。采集的数据进入由python编码完成的后端平台展示输出，后端平台通过rnn神经网络模型对数据信息进行判断风险，实现风险预警。

10、3、采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统可接入上百个监测点，为系统二次开发提前预留接口，可检测目标主要包括：围护结构水平位移监测、沉降监测、支撑轴力监测、衬砌应变检测、水压监测、水质监测、地下水位监测等。

11、4、数据分析预警系统采用b/s体系结构，设置服务器服务端及工作站客户端。各自动监测设备通过现场感知、无线传输将采集的数据存储在数据库，服务端根据客户端请求提供对数据查询、修改等管理功能的响应。客户端向用户展示监测数据，提供操作入口。另外，软件系统可根据原始监测数据提供预警功能，保证施工过程中各关键数据的监测及分级预警提醒。

12、5、本发明以机器学习技术为基础，构建采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，采用水压计、水质监测仪、应变器和三维激光扫描仪等技术采集采空区岩溶隧道施工信息，感知岩溶地层水质，相较于以往技术，考虑因素更加多元立体。

13、6、本发明将物联网技术应用于采空区岩溶隧道施工信息感知技术中，通过自动化设备采集目标区域的目标信息，替代传统人工检测为主的方法，提高监测过程中的自动化水平，最大限度地减少人为因素影响，提高监测方法的信息化程度，具有重要的经济社会效益。

14、7、隧道穿越采空区岩溶地层施工具有复杂性、隐蔽性和不确定性，导致隧道掘进困难，施工风险极大，容易引起重大安全事故，本发明能够实现采空区岩溶隧道施工危险预警，保护隧道内施工人员与公共财产安全。

技术特征：

1.一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，其特征在于所述感知系统包括信息智能采集系统、数据无线传输系统和数据分析预警系统，其中：

2.根据权利要求1所述的采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，其特征在于所述信息智能采集系统包括宏观位移模块、微观应变模块和水文模块，其中：

3.根据权利要求1所述的采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，其特征在于所述数据无线传输系统的传输方式包括：有线传输、光纤传输、无线网络5g传输和卫星传输。

4.根据权利要求1所述的采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，其特征在于所述rnn预测模型的输入输出的计算公式如下：

技术总结本发明公开了一种采空区岩溶隧道施工信息多维立体感知与预警系统，所述感知系统包括信息智能采集系统、数据无线传输系统和数据分析预警系统，信息智能采集系统监测围护结构宏观位移、沉降、支撑轴力、应变、地下水位、水压监测、水质；数据无线传输系统将采集的数据存储在数据库，服务端根据客户端请求提供对数据查询、修改管理功能的响应，客户端向用户展示监测数据，提供操作入口；数据分析预警系统调用数据库中监测数据，综合考虑宏观位移、微观应变和水压水质多维信息，实现对采空区岩溶隧道施工期内易发生灾害进行监测，并提前发出报警信号。本发明能够实现采空区岩溶隧道施工危险预警，保护隧道内施工人员与公共财产安全。技术研发人员：唐亮,翟恒杰,孙宁宁,曲宝军,李博宇,司盼,凌贤长,田爽,丛晟亦,孔祥勋,刘俊,张波,王帅,唐奇,张义利受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/11