一种矿区建筑安全在线监测系统的制作方法

本发明涉及矿区安全监测，特别是涉及一种矿区建筑安全在线监测系统。

背景技术：

1、矿区建筑在采矿活动中起着至关重要的作用，栈桥作为其中一个重要建筑，其是连接矿区内陆码头设施和码头的重要通道，用于将采矿产品从矿区运出，或将原材料和设备运进矿区，它为物资的运输提供了方便和高效的通道，有助于保持生产的顺畅和效率；由此可见，栈桥的安全监测尤为重要；

2、目前的栈桥安全监测通常是依赖于现场安全监管人员对监测的安全数据进行判断是否存在安全风险，这种监测方式不仅增加监管人员的工作量，同时，由于各监管人员的技术水平不一，导致对监测数据的解读和判断存在主观差异，降低了判断的准确性和一致性。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述背景技术提到的问题，提供一种矿区建筑安全在线监测系统。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种矿区建筑安全在线监测系统，该系统包括：动态感知模块、监测分析模块和安全防控模块；

3、当接收到监测采集指令时，则动态感知模块通过安装于栈桥各监测点初的各传感器以获取栈桥的结构信息；其中结构信息包括沉降量、应力、斜角和振动信号，振动信号是描述物体在时间和空间上的振动情况，包括振幅、频率、相位等参数；

4、监测分析模块基于栈桥的结构信息对栈桥的形变、应力和振动特性分别进行监测分析以提取得到栈桥的特征信息，并将其发送至安全防控模块；其中栈桥的特征信息包括栈桥形变表现指数随着时间变化曲线图、应力疲劳指数随着时间变化曲线图和振动评估指数；

5、安全防控模块基于栈桥的特征信息进行综合分析以判断栈桥的安全风险等级，并执行对应的防控策略；具体为：

6、步骤一：调取栈桥的形变表现指数随时间变化曲线图，并对其进行形变表现指数的变化趋势解析，其具体解析为：于各形变点作曲线的切线，利用数据拟合得到切线表达式，对切线表达式进行求导计算得到各形变点的形变导数，将大于零的形变导数进行求和计算得到形变增加度记为u1，并将小于零的形变导数进行求和计算并取绝对值计算得到形变减缓度u2；利用设定的公式进行计算得到形变风险值ug，其中g1、g2分别为设定的比例系数；

7、同理，对应力疲劳指数随着时间变化曲线图进行变化趋势解析以得到疲劳风险值；

8、步骤二：将形变风险值ug、疲劳风险值qg和振动评估指数rh通过设定的公式uqr＝ug×g5+qg×g6+rh×g7进行计算得到风险预测指数uqr，其中g5、g6、g7分别为设定比例系数；

9、步骤三：当风险预测指数小于预测区间的下限时，则无需进行其他操作，继续保持当前的监测频率；

10、当风险预测指数处于预测区间之内时，则生成轻微风险预警，并获取当前栈桥的频率记为t1，利用设定的公式t2＝t1+η×uqr进行计算得到最新的监测频率t2，其中η为设定的频率转换系数；依据最新的监测频率控制栈桥的结构信息的采集；

11、当风险预测指数大于预测区间的上限时，则暂时停用栈桥，并启动紧急应急预案。

12、在一些实施例中，栈桥的形变分析的具体过程为：

13、201：调取各沉降监测点对应的沉降量，并对其进行沉降形变分析以得到各采集时刻对应的沉降形变值；

14、202：调取各采集时刻对应的斜角，并对其进行斜角形变分析以得到各采集时刻对应的斜角形变值；

15、203：将各采集时刻对应的沉降形变值和斜角形变值进行加权计算得到栈桥形变表现指数，以时间为横坐标，以栈桥形变表现指数为纵坐标构建二维直角坐标轴，将栈桥形变表现指数按照其对应的采集时刻输入至坐标轴中，并将栈桥形变表现指数于坐标轴中的位置记为形变点，采用圆滑的曲线依次连接形变点得到栈桥形变表现指数随着时间变化曲线图，并将其进行实时展示。

16、在一些实施例中，沉降形变分析的具体过程为：

17、调取各沉降监测点对应沉降量记为ln，其中n＝1，2，3……n，n取值为正整数，n表示的是沉降监测点的总数量，n表示的是其中任意一个沉降监测点的序号；

18、将各沉降监测点对应沉降量与设定的沉降区间进行比较分析以将沉降监测点分为高度沉降点、中度沉降点和低度沉降点，分别统计高度沉降点、中度沉降点和低度沉降点的累计个数，并将其分别记为c1、c2和c2；将c1、c2和c2代入设定的公式

19、

20、进行计算得到沉降系数ca；由此可得各采集时刻对应的沉降系数记为cai，其中i＝1，2，3……i，i取值为正整数，i表示的是采集时刻的总数，i表示其中任意一个采集时刻的序号；

21、通过设定的公式进行计算得到沉降形变值lci，其中a4、a5分别为设定的比例系数，为各沉降监测点的沉降量均值。

22、在一些实施例中，斜角形变分析的具体过程为：

23、设定每个栈桥分别对应一个标准斜角区间记为[b1，b2]，将同一采集时刻对应的斜角记为xj，其中j＝1，2，3……j，j取值为正整数，j表示的是斜角监测点的总数量，j表示的是其中任意一个斜角监测点的序号，将斜角xj与标准斜角区间[b1，b2]代入设定的公式进行计算得到各斜角监测点对应的斜角干扰值xaj，其中a6、a7、a8分别为设定的比例系数；

24、将各监测点对应的斜角干扰值与设定的干扰区间进行比较分析以将斜角干扰值对应的斜角监测点分为高度干扰点、中度干扰点和低度干扰点，分别统计高度干扰点、中度干扰点和低度干扰点的累计个数，并将其分别记为c4、c5、c6；将c4、c5、c6代入设定的公式

25、

26、进行计算得到斜角干扰系数cb，其中b1、b2、b3分别为设定的比例系数，且b1＞b2＞b3＞0；由此可得各采集时刻对应的斜角干扰系数记为cbi；

27、通过设定的公式进行计算得到各采集时刻对应的斜角形变值xci，其中b4、b5分别为设定的比例系数，为各斜角监测点的斜角干扰值的均值。

28、在一些实施例中，栈桥应力监测分析具体过程为：

29、501：调取各应力监测点于各采集时刻对应的应力，并将其沿着主梁方向、横梁方向和支撑结构进行分解以得到主梁分解力、横梁分解力和支撑分解力，取主梁分解力、横梁分解力和支撑分解力的模长，并将其分别记为和

30、502：设定各应力监测点分别对应一个主梁标准受力区间、横梁标准受力区间和支撑标准受力区间，并将其分别记为[-bf1，bf1]、[-bf2，bf2]和[-bf3，bf3]；通过设定的公式进行计算得到主梁影响值zf1、横梁影响值zf2、支撑影响值zf3和应力影响值zy；zy＝zf1×f1+zf2×f2+zf3×f3；

31、

32、其中，f1、f2、f3分别为设定的比例系数，α为设定的主梁分解力对应的校正系数，β为设定的横梁分解力对应的校正系数，γ为设定的支撑分解力对应的校正系数；由此可得各应力监测点对应的应力影响值记为zym，其中m＝1，2，3……m，m取值为正整数，m表示的是应力监测点的总数量，m表示的是其中任意一个应力监测点的序号；

33、503：将各应力监测点对应的应力影响值进行应力疲劳分析以得到各采集时刻对应的应力疲劳指数，以时间为横坐标，以应力疲劳指数为纵坐标构建二维直角坐标轴，将应力疲劳指数按照其对应采集时刻输入至坐标轴中，并将应力疲劳指数于坐标轴中的位置记为疲劳点， 采用圆滑的曲线依次连接疲劳点以得到应力疲劳指数随着时间变化曲线图，并将其进行实时展示。

34、在一些实施例中，应力疲劳分析的具体过程为：

35、将各应力监测点对应的应力影响值与设定的影响区间进行比较分析以将应力影响值对应的应力监测点分为高度影响点、中度影响点和低度影响点， 分别统计高度影响点、 中度影响点和低度影响点的累计个数， 并将其分别记为c7、c8和c9；将c7、c8和c9代入设定的公式

36、进行计算得到应力影响系数cf，其中f4、f5、f6分别为设定的比例系数； 由此可得各采集时刻对应的应力影响系数记为cfi；通过设定的公式

37、进行计算得到各采集时刻对应的应力疲劳指数yci，其中f7、f8分别为设定的比例系数，为各应力监测点的应力影响值的均值。

38、在一些实施例中，栈桥振动特性的监测分析具体过程为：

39、设定每个栈桥均对应一个基准频谱，将栈桥振动频谱图与基准频谱中的振动峰分别按照对应的频率从小到大进行同步编号； 当栈桥振动频谱图与基准频谱中相同编号的振动峰对应的峰值不同时， 则记一次峰值偏移， 并将栈桥振动频谱图与基准频谱中相同编号的振动峰对应的峰值进行差值计算得到此次峰值偏移的峰值偏移量； 当栈桥振动频谱图与基准频谱中相同编号的振动峰对应的频率不同时， 则记为一次频率偏移， 并将栈桥振动频谱图与基准频谱中相同编号的振动峰对应的频率进行差值计算得到此次频率偏移的频率偏移量；

40、将各峰值偏移和频率偏移对应的峰值偏移量和频率偏移量进行求和计算得到峰值偏移累计量和频率偏移累计量，并将其分别记为r3和r4；分别统计峰值偏移和频率偏移的数量，并将其分别记为r1和r2；

41、将r1、r2、r3、r4代入设定的公式

42、rh＝lh(h1δω×er1+1)×r3+ln(h2×er2+1)×r4进行计算得到振动评估指数rh，其中h1、h2分别为设定的比例系数。

43、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

44、1、通过栈桥的结构信息分别从栈桥的形变、应变和振动特性进行数据融合分析以得到栈桥的形变表现指数、应力疲劳指数和振动评估指数，并将其进行实时展示，使用户能够直观地了解栈桥各项指标的变化趋势，有助于及时作出决策和调整，提高栈桥的运行效率和管理水平；同时，智能化监测系统也可以减轻监管人员的工作量，增强监管力度，提高安全生产管理水平；实现了实时监测栈桥的形变、应变和振动特性，为维护栈桥的安全防控提供了重要的技术支持，有助于及时预警潜在风险并采取有效措施，保障栈桥的安全运行；

45、2、通过形变表现指数、应力疲劳指数和振动评估指数的综合分析以评估栈桥的安全状态，并得到风险预测指数，能够对栈桥的实时风险进行准确评估；同时根据风险预测指数与预测区级进行比较分析以确定站前的风险等级，据此执行智能化的安全控制策略，包括调整监测频率、生成预警信息、发送通知、启动紧急应急预案等，以最大程度地减少安全风险，保障设施和人员的安全；

46、综上所述，矿区建筑的安全监测有助于提高栈桥安全状态的监测和管理水平，减少事故风险，提高事故应对的效率，保障矿区安全生产。