一种用于城市安全的风险综合监测系统的制作方法

本发明涉及城市安全监测，具体为一种用于城市安全的风险综合监测系统。

背景技术：

1、城市发展中的隧道建设为城市交通和基础设施提供了显著的便利。首先，隧道可以有效地缓解地面交通拥堵，通过将交通流量引导到地下，释放地面空间，从而提高城市的通行效率。其次，隧道能够减少地面交通对城市景观的影响，避免了大量的路面改建和拆迁，同时保护了历史建筑和环境。隧道还为城市提供了稳定的交通线路，尤其是在高峰时段或恶劣天气条件下，减少了交通事故和延误的风险。此外，隧道在城市地下也可以容纳供水、电力、通讯等基础设施管线，集中管理，减少了地面工程对居民生活的干扰。总之，隧道作为一种高效、隐蔽的基础设施，极大地提升了城市的功能性和可持续发展能力，是现代城市规划和建设中不可或缺的组成部分。

2、隧道为了避免发生安全隐患通常会使用安全风险监测系统对隧道内的实时状态进行监测，来判断隧道中是否出现异常，目前通常依靠视频监控系统，实时监测隧道内的状况，及时发现异常情况，但视频监控通常无法及时掌握隧道周边土壤的稳定性以及隧道中环境状态，从而无法全面掌握隧道的运行状态。

技术实现思路

1、（一） 解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于城市安全的风险综合监测系统，具备通过采集隧道的实时湿度数值、实时振动数值以及实时气体浓度数值，并分析土壤黏聚力增速、当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势以及前后两个实时气体浓度数据集的增长趋，从而可以分析隧道周围环境对隧道的影响、墙体是否存在异常振动以及隧道内气体浓度的变化状态，并将判断产生的对应异常信号发送至报警单元中，报警单元向运维人员发出预警，并显示异常信号，从而方便运维人员及时掌握隧道对应的异常数值，从而掌握隧道的运行状态等优点，解决了上述问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于城市安全的风险综合监测系统，包括隧道环境数据采集模块、环境数据处理模块、环境数据分析模块以及报警单元；

5、所述隧道环境数据采集模块由土壤湿度采集单元、隧道墙体振动数据采集单元和隧道气体数据采集单元组成；

6、所述土壤湿度采集单元用于采集隧道周边土壤的实时湿度数值，所述隧道墙体振动数据采集单元用于采集隧道墙体实时振动数值，所述隧道气体数据采集单元用于采集隧道内实时气体浓度数值；

7、所述隧道环境数据采集按照采集的时间区间将采集到的隧道周边土壤的实时湿度数值、隧道墙体实时振动数值以及隧道内实时气体浓度数值分别形成实时湿度数据集、实时振动数据集以及实时气体浓度数据集，所述隧道环境数据采集模块将形成的数据集发送至环境数据处理模块；

8、所述环境数据处理模块对实时湿度数据集中数据进行处理得出处理后的湿度数据，并根据处理后的湿度数据计算隧道周边土壤的黏聚力，当计算得出隧道周边土壤的黏聚力，所述环境数据处理模块根据相邻的两个隧道周边土壤的黏聚力结果计算土壤黏聚力增速；

9、所述环境数据处理模块根据实时振动数据集中的数据计算当前采集时间点的振动频率误差，计算得出当前采集时间点的振动频率误差后，所述环境数据处理模块计算当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势；

10、所述环境数据处理模块对实时气体浓度数据集中的数据进行处理，得出处理后的气体浓度数据，所述环境数据处理模块根据处理后的气体浓度数据计算前后两个实时气体浓度数据集的增长趋势;

11、所述环境数据处理模块将计算得出的土壤黏聚力增速njzs、当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势δqs以及前后两个实时气体浓度数据集的增长趋势qqs发送环境数据分析模块中；

12、所述环境数据分析模块将土壤黏聚力增速与土壤黏聚力增速阈值进行对比，当土壤黏聚力增速超出土壤黏聚力增速阈值时，生成隧道土壤黏聚力异常信号；

13、所述环境数据分析模块将当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势与振动频率误差阈值进行对比，当当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势超出振动频率误差阈值时，生成隧道墙体振动异常信号；

14、所述环境数据分析模块将前后两个实时气体浓度数据集的增长趋势与气体浓度增速阈值对比，当前后两个实时气体浓度数据集的增长趋势超出气体浓度增速阈值时，生成隧道内气体浓度异常信号；

15、所述环境数据分析模块将产生的隧道土壤黏聚力异常信号或隧道墙体振动异常信号或隧道内气体浓度异常信号发送至报警单元；

16、所述报警单元用于显示对应的异常信号并发出预警音。

17、优选的，所述实时湿度数据集表达式为：，所述实时振动数据集表达式为：，所述实时气体浓度数据集表达式为：。

18、优选的，所述处理后的湿度数据计算表达式如下：

19、

20、公式中，表示计算求和后结果的平均值，即为处理后的湿度数据sc，中i＝1表示从实时湿度数据集中的第一个数据开始计算，n表示计算至实时湿度数据集中第n个数据。

21、优选的，所述隧道周边土壤的黏聚力计算表达式如下：

22、

23、公式中，表示干燥状态下土壤黏聚力，并将其作为基准值，表示经验系数，由土壤类型决定，表示土壤的最佳含水量。

24、优选的，所述土壤黏聚力增速计算表达式如下：

25、

26、公式中，表示此次计算得出的隧道周边土壤的黏聚力的上一次隧道周边土壤的黏聚力数值。

27、优选的，所述当前采集时间点的振动频率误差计算表达式如下：

28、

29、公式中，表示实时振动数据集中任意一个隧道墙体实时振动数值，表示隧道墙体健康状态的标准振动频率，该数值可以直接获取。

30、优选的，所述当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势计算表达式如下：

31、

32、公式中，为此次计算得出的当前采集时间点的振动频率误差的上一次采集时间点的振动频率误差数值。

33、优选的，所述处理后的气体浓度数据计算表达式如下：

34、

35、公式中，表示计算求和后结果的平均值，即为处理后的气体浓度数据，中表示从实时气体浓度集中的第一个数据开始计算，表示计算至实时气体浓度集中第个数据。

36、优选的，所述前后两个实时气体浓度数据集的增长趋势计算表达式如下：

37、

38、公式中，为此本次计算得出的处理后的气体浓度数据的上一次计算得出的气体浓度数据。

39、优选的，当所述报警单元接收到隧道土壤黏聚力异常信号时，发出隧道周围土壤黏聚力异常警报；

40、当所述报警单元接收到隧道墙体振动异常信号时，发出隧道墙体振动异常警报；

41、当所述报警单元接收到隧道内气体浓度异常信号，发出隧道内气体浓度异常警报。

42、与现有技术相比，本发明提供了一种用于城市安全的风险综合监测系统，具备以下有益效果：

43、本发明通过采集隧道的实时湿度数值、实时振动数值以及实时气体浓度数值，并分析土壤黏聚力增速、当前采集时间点的振动频率误差随时间变化的趋势以及前后两个实时气体浓度数据集的增长趋，从而可以分析隧道周围环境对隧道的影响、墙体是否存在异常振动以及隧道内气体浓度的变化状态，并将判断产生的对应异常信号发送至报警单元中，报警单元向运维人员发出预警，并显示异常信号，从而方便运维人员及时掌握隧道对应的异常数值，从而掌握隧道的运行状态。