智能化工程注浆伺服控制与预警系统及其使用方法

本发明涉及一种智能建造注浆工程领域，特别是涉及一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统及其使用方法。

背景技术：

1、注浆材料和技术的全球推广带动了注浆工艺和设备的革新，使得注浆技术在岩土工程和土木工程领域的应用更为广泛，覆盖矿山、铁路、油田、水利水电、隧道、地下工程、岩土边坡稳定、市政工程、建筑、桥梁工程和地面沉降等多个方面。

2、我国自20世纪年代初开始采用注浆技术后，该领域在过去40余年中取得了显著进展和规模扩张。然而，在注浆施工过程中，多种不确定性因素对施工控制变量产生影响，包括、围岩的物理力学特性、浆液材料性能的稳定性、地层土体分布的不确定性、几何尺寸的不可控性、测量结果的不准确性、以及人为操作中的随机性等。这些因素的存在对注浆施工的精准度和效率构成挑战。

3、在注浆施工中，注浆压力和注浆量的控制及其影响因素是当前学术界的研究热点。现有技术存在不足，1)缺乏对地层特性的综合考虑，应用场景具有局限性：现有技术在考虑地质特性方面存在不足，未能充分利用地质勘探数据进行注浆参数的优化，并且局限于特定的应用场景，适用性相对有限。2)缺乏注浆材料与浆液本构模型选型：现有技术在注浆材料选择与浆液本构模型选型方面显示出明显的不足，目前的技术几乎未涉及根据注浆工况和地质勘探数据来选择最适合的浆液材料和流变本构模型。3)缺乏注浆施工方案的伺服控制：缺乏针对注浆过程中的施工方案的动态调整，对突发情况或不同地质条件的应对能力受限，无法充分保证施工效率和安全性。4)缺乏注浆过程的预警系统：缺乏针对注浆过程的实时监控，无法及时发现并预警潜在风险，降低了注浆过程的安全性。

4、针对现有技术存在的问题，需要设计出一种智能化精准控制注浆流程，适用范围广，且确保注浆效率和安全型的控制系统。

技术实现思路

1、鉴于背景技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，该系统智能化精准控制注浆流程，确保注浆过程的高效率和高质量，实现该系统在高度智能化、自动化、高精度控制和安全的注浆管理以及监控伺服控制。

2、本发明是采取如下技术方案来完成的：一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，包括数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统、终端子系统、算法子系统和数据云端收发子系统，所述终端子系统包括控制中心和终端设备，所述控制中心设有人机交互界面和信息采集及转化器，数据云端收发子系统传输或接收数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统和算法子系统的数据并进行储存，控制中心高频捕获数据云端收发子系统的实时数据并呈现在人机交互界面，控制中心驱动控制终端设备。

3、进一步的，终端设备包括自动化注浆装置、声光报警器和调压阀，调压阀设于自动化注浆装置上，控制中心分别与自动化注浆装置、声光报警器和调压阀控制连接，控制中心发送注浆指令至自动化注浆装置，开始注浆工作，并由注浆数据监测子系统实时监测注浆过程，当注浆参数超过预定阈值，控制中心启动声光报警器，发出预警和报警信号，同时调压阀自动激活，进行压力调节。

4、进一步的，所述数据云端收发子系统包括信号收发器和数据管理层，所述数据管理层设有云端数据库，云端数据库包括注浆工况数据库、注浆材料数据库、流体本构模型数据库、弹性波监测数据库和地质雷达监测数据库，数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统、算法子系统和终端子系统的数据由信号收发器接收或发送，并将数据收集储存至数据管理层。

5、进一步的，所述数据提取子系统包括包含地质勘探数据模块与注浆工况选型，所述注浆工况选型调用数据云端收发子系统中的注浆工况数据库传输至控制中心，通过终端子系统中的人机交互界面选用适用的工程背景，所述地质勘探数据模块收集的地质勘探参数数据和注浆工况选型选择的注浆背景信息由数据云端收发子系统传输至算法子系统，算法子系统进行数据处理和分析获得浆液选型。

6、进一步的，所述注浆施工方案规划子系统整合注浆施工目标、浆液选型和浆液流体本构模型确定注浆施工参数，并通过施工数据采集器传输至数据云端收发子系统，所述注浆施工目标是由人机交互界面输入注浆施工要求制定，用户由人机交互界面输入注浆施工要求的信息通过信息采集及转化器进行采集转化，由数据云端收发子系统传输至注浆施工方案规划子系统。

7、进一步的，注浆数据监测子系统包括弹性波监测、地质雷达监测、压力监测、流量监测和监测数据采集器，弹性波监测、地质雷达监测、压力监测和流量监测的监测数据通过监测数据采集器传输至数据云端收发子系统，再传输至控制中心，由人机交互界面实时显示监测结果。

8、进一步的，所述压力监测包括压力传感器，所述流量监测包括流量监测仪，所述压力传感器和流量监测仪置于自动化注浆装置中的注浆管内，实时监测注浆过程中的参数通过数据云端收发子系统传输至控制中心，所述压力传感器与与系统安全协议紧密集成，当注浆参数超过预定阈值，控制中心启动声光报警器，发出预警。

9、进一步的，所述弹性波监测包括高频弹性波监测设备，高频弹性波监测设备中发射器向注浆区域发送高频弹性波，针对浆液厚度方向进行监测，随后接收器捕获波的反射信号，通过监测数据采集器收集并通过数据云端收发子系统传输至控制中心，同时对注浆部位进行地质雷达监测，实现对注浆质量的二次验证。

10、进一步的，所述算法子系统包含数据编码转换模块、数据集切分模块、回归模型、参数寻优模块、评估模型。

11、本发明的有益效果：

12、1.增强的系统灵活性：通过综合地质勘探数据以及注浆工况生成针对性的注浆方案，相比针对特定类型的工程应用，具有更广泛的适用性，深度分析地质勘探数据，并基于此数据优化注浆策略，从而有效适应不同地层的物理和力学特性，能够在各种工程场景中灵活应用，不受特定场景限制。这使得该系统更适合多变和复杂的工程环境。提高注浆工程的安全性和效率。

13、2.综合数据驱动的决策支持：云端数据库内置系统全面的注浆材料数据库与流体本构模型数据库，使得注浆材料与本构模型的选择更加科学，并获得更精准的注浆施工参数，利用了综合的地质、物理和工程数据，为注浆过程提供了更全面的决策支持。

14、3.高度集成的监测和控制能力与伺服控制：通过伺服系统，实现对注浆过程中施工参数的持续高频监测和实时反馈，从而动态调整注浆施工方案。该系统不仅实现了基本参数的监测，还包括了流变特性分析和本构模型应用，这种综合性监测策略实现了多源数据融合，从而制定出更精准匹配的施工方案。系统利用高频监测数据反馈，结合物理实际和数据分析，双驱动地动态调整施工方案，以高效完成注浆过程。

15、4.体系化的安全管理机制：控制中心连接报警器与调压阀，能够在注浆过程中的对突发情况实施有效的预警和应急响应。在安全管理方面，该系统超越了传统的风险管理方法，实现了基于高频数据的预测和预警，大大提高了施工安全和响应速度。

技术特征：

1.一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：包括数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统、终端子系统、算法子系统和数据云端收发子系统，所述终端子系统包括控制中心和终端设备，所述控制中心设有人机交互界面和信息采集及转化器，数据云端收发子系统传输或接收数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统和算法子系统的数据并进行储存，控制中心高频捕获数据云端收发子系统的实时数据并呈现在人机交互界面，控制中心驱动控制终端设备。

2.根据权利要求1所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：终端设备包括自动化注浆装置、声光报警器和调压阀，调压阀设于自动化注浆装置上，控制中心分别与自动化注浆装置、声光报警器和调压阀控制连接，控制中心发送注浆指令至自动化注浆装置，开始注浆工作，并由注浆数据监测子系统实时监测注浆过程，当注浆参数超过预定阈值，控制中心启动声光报警器，发出预警和报警信号，同时调压阀自动激活，进行压力调节。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述数据云端收发子系统包括信号收发器和数据管理层，所述数据管理层设有云端数据库，云端数据库包括注浆工况数据库、注浆材料数据库、流体本构模型数据库、弹性波监测数据库和地质雷达监测数据库，数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统、算法子系统和终端子系统的数据由信号收发器接收或发送，并将数据收集储存至数据管理层。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述数据提取子系统包括包含地质勘探数据模块与注浆工况选型，所述注浆工况选型调用数据云端收发子系统中的注浆工况数据库传输至控制中心，通过终端子系统中的人机交互界面选用适用的工程背景，所述地质勘探数据模块收集的地质勘探参数数据和注浆工况选型选择的注浆背景信息由数据云端收发子系统传输至算法子系统，算法子系统进行数据处理和分析获得浆液选型。

5.根据权利要求4所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述注浆施工方案规划子系统整合注浆施工目标、浆液选型和浆液流体本构模型确定注浆施工参数，并通过施工数据采集器传输至数据云端收发子系统，所述注浆施工目标是由人机交互界面输入注浆施工要求制定，用户由人机交互界面输入注浆施工要求的信息通过信息采集及转化器进行采集转化，由数据云端收发子系统传输至注浆施工方案规划子系统。

6.根据权利要求5所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：注浆数据监测子系统包括弹性波监测、地质雷达监测、压力监测、流量监测和监测数据采集器，弹性波监测、地质雷达监测、压力监测和流量监测的监测数据通过监测数据采集器传输至数据云端收发子系统，再传输至控制中心，由人机交互界面实时显示监测结果。

7.根据权利要求6所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述压力监测包括压力传感器，所述流量监测包括流量监测仪，所述压力传感器和流量监测仪置于自动化注浆装置中的注浆管内，实时监测注浆过程中的参数通过数据云端收发子系统传输至控制中心，所述压力传感器与与系统安全协议紧密集成，当注浆参数超过预定阈值，控制中心启动声光报警器，发出预警。

8.根据权利要求6或7所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述弹性波监测包括高频弹性波监测设备，高频弹性波监测设备中发射器向注浆区域发送高频弹性波，针对浆液厚度方向进行监测，随后接收器捕获波的反射信号，通过监测数据采集器收集并通过数据云端收发子系统传输至控制中心，同时对注浆部位进行地质雷达监测，实现对注浆质量的二次验证。

9.根据权利要求1或2所述的一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，其特征是：所述算法子系统包含数据编码转换模块、数据集切分模块、回归模型、参数寻优模块、评估模型。

10.根据权利要求1所述的智能化工程注浆伺服控制与预警系统的使用方法，其特征是：步骤如下，

技术总结本发明涉及一种智能化工程注浆伺服控制与预警系统，由数据提取子系统、注浆施工方案规划子系统、注浆数据监测子系统、终端子系统、算法子系统、数据云端收发子系统组成。该系统智能化精准控制注浆流程，确保注浆过程的高效率和高质量，实现数字化、信息化、自动化的注浆管理以及监控伺服控制，实现高新技术改造传统产业。技术研发人员：孙宏磊,曹宏涛,徐山琳,蔡晓澜,王渤受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/26