一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统及监测方法

摘要

本发明提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统及监测方法。本系统至少包括：智能采集主机、冻结式温度传感器和智能终端；所述冻结式温度传感器安装在隧道的联络处的测点上，配置为实时采集相应测点的温度信息；所述智能采集主机与所述冻结式温度传感器通过网络通信，配置为接受所述温度信息，并进行分析处理，获得温度数据；所述智能终端与所述智能采集主机通过网络通信，配置为接受所述温度数据，并实时显示各测点的温度数据。本发明能够满足不同列车联络通道施工环境的要求，应用范围广、适配性高、效率高，以及能够实时监测冷冻施工处地层的温度，为工程安全提供可靠的保障。

说明书

技术领域

本发明涉及一种列车隧建设领域，特别是涉及一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统及监测方法。

背景技术

列车隧道建设过程中为了提高建设效率，缩短建设工期，现如今采用人工土层冻结技术即在施工地下构筑物之前，用人工冻结的方法对构筑物周围含水地层进行冻结，形成具有临时承载和隔水作用并满足工程施工安全需要的冻结壁，然后在冻结壁的保护下进行构筑物崛砌作业。

隧道通道施工可分为冻结孔施工、冻结施工和开挖构筑施工三部分。

列车隧道浅复土段整个冻结过程，包括从土层冻结开始到盾构推进结束后的解冻时期，冻结土体的热力学性质发生并经历了剧烈的变化。为了准确了解温度的变化，判断冻土棚拱形成状况，以确定盾构推入冻结时间，在冻结区域内布置了测温孔。多年来我国冻结凿井热电偶测温系统多采用检流计或电位差计作二次仪表，测得的数据需人工计算整理，给及时了解温度场的变化带来不便。

另外，在盾构列车隧道的联络点所处地层较差时，通常采用冷冻法冻结联络点周围的土体，进行地层加固，使之发展为封闭的冻土结构，为联络点的正常施工创造一个可靠的围护结构。在整个施工过程中，为适时掌握和控制施工过程，保证工程安全，需要对列车联络点冷冻法施工现场的若干位置进行实时温度监测。

现有的列车联络点冷冻法施工现场温度监测系统往往具有通信方式单一，适配性较差以及测温精度较低等问题，或者通过人工测温，成本较高，效率较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统及监测方法，能够满足不同列车联络通道施工环境的要求，应用范围广、适配性高、效率高，以及能够实时监测冷冻施工处地层的温度，为工程安全提供可靠的保障。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统；

一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统，至少包括：智能采集主机、冻结式温度传感器和智能终端；

所述冻结式温度传感器安装在隧道的联络处的测点上，配置为实时采集相应测点的温度信息；

所述智能采集主机与所述冻结式温度传感器通过网络通信，配置为接受所述温度信息，并进行分析处理，获得温度数据；

所述智能终端与所述智能采集主机通过网络通信，配置为接受所述温度数据，并实时显示各测点的温度数据；

所述网络通信包括有线数据通信、LORA通信、WIFI通信、4G通信和5G通信中的一种或多种。

进一步地，所述冻结式温度传感器通过安装支架安装在隧道的联络处的测点上；所述安装支架为长槽结构，所述长槽结构的槽底开设有多个安装孔，且设有多个卡扣；所述冻结式温度传感器放置在所述长槽结构中，并通过所述卡扣进行固定。

进一步地，所述智能采集主机包括电源单元、温度采集单元和主控板单元；所述温度采集单元包括几个通道单元，且所述通道单元与冻结式温度传感器网络通信。

更进一步地，主控板单元包括电源、交换机、单片机及网络变压器；所述电源被转为多路供电，一路为交换机供电；一路为单片机供电，所述网络变压器将温度信息传输给交换机，并交换机输出。

进一步地，所述智能终端还包括人机交互单元，所述人机交互单元包括：三维效果显示单元、智能显示曲线单元、报警单元、以及下载数据选择单元；

所述三维效果显示单元配置为呈现测点的温度三维模型；

所述智能显示曲线单元配置为呈现温度曲线，所述温度曲线包括根据用途选择生成盐水温度曲线或土层温度曲线；

所述报警单元配置为温度不达标时，发出声光警报声；

所述下载数据选择单元配置为能下载温度数据中的所有数据。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测方法。

一种隧道联络通道冻结法三维智能监测方法，包括如下步骤：通过安装在隧道的联络处的测点的冻结式温度传感器实时采集相应测点的温度信息；

所述智能采集主机接受所述温度信息，并进行分析处理，获得温度数据；

所述智能终端接受所述温度数据，并实时显示各测点的温度三维模型、温度曲线。

进一步地，所述智能采集主机的主控板单元接受所述温度信息，并将所述温度信息与温度阈值进行比对，若所述温度信息大于所述温度阈值，则所述智能终端的报警单元发出声光警报声；若所述温度信息小于等于所述温度阈值，则温度达标。

进一步地，通对所述温度数据进行温度扩散分析，获得所述温度三维模型。

进一步地，所述温度曲线包括获得测点温度形成的实时温度曲线，还包括通过大数据处理获取测点的预判温度曲线。

如上所述，本发明的一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统及监测方法，具有以下有益效果：

1、本申请可通过有线数据通信、LORA通信、WIFI通信、4G通信和5G通信中的一种或多种通信方式进行通讯，能够满足不同列车联络通道施工环境的要求，应用范围广、适配性高。此外，多通信形式兼容的方式还能够在某一数据传输通道故障时提供备用数据传输通道，以保证能够实时监测冷冻施工处地层的温度，为工程安全提供可靠的保障。

2、本申请由于采用冻结式温度传感器，故耐磨损、耐碰撞、体积小且抗干扰能力强、精度高。

3、本申请能够对测点温度进行三维建模，比较直观，易观察。

4、本发明能实现对冷冻法的联络通道的冻土状态进行实施监控、及预警和报警。

附图说明

图1显示为列车隧道的冻结施工示意图。

图2显示为本发明的一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统的示意图。

图3显示为本发明的智能采集主机组成示意图；

图4显示为本发明的主控板单元的连接图；

图5显示为本发明的长槽结构的示意图；

图6显示为本发明的一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统的监测方法的流程图。

元件标号说明

10 联络通道

20 喇叭口

30 集水井

1 智能采集主机

2 冷冻式传感器

3 智能终端

11 电源单元

12 温度采集单元

13 主控板单元

101 电源

102 交换机

103 网络变压器

104 单片机

4 长槽结构

41 安装孔

S1 采集温度信息

S2 获得温度数据

S3 显示温度

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2所示，本发明提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测系统。本系统至少包括：智能采集主机1、冻结式温度传感器2和智能终端3；

所述冻结式温度传感器2安装在隧道的联络处的测点上，配置为实时采集相应测点的温度信息；隧道的联络处包括联络通道10、喇叭口20、泵房(图中未示出)和集水井30，见图1；测点布设包括右线布设和左线布设、泵房布设，分别展现出联络处的联络通道测温孔布线情况以及测温点的布设位置。

参考图2，所述智能采集主机1与所述冻结式温度传感器2通过网络通信，配置为接受所述温度信息，并进行分析处理，获得温度数据。

所述智能采集主机1的背板为免打孔结构，从而增加了所述智能采集主机1整体的封闭性，减小所述智能采集主机1内部部件的损耗，大大增加其使用寿命，同时提高所述智能采集主机1内部工作环境的稳定性。在实际应用环境中，所述智能采集主机1的放置位置由施工现场具体情况而定。

参考图2，所述智能终端3与所述智能采集主机1通过网络通信，配置为接受所述温度数据，并实时显示各测点的温度数据；

所述网络通信包括有线数据通信、LORA通信、WIFI通信、4G通信和5G通信中的一种或多种。即所述智能终端3与所述智能采集主机1通过有线数据通信、LORA通信、WIFI通信、4G通信和5G通信中的一种或多种通信方式将将数据传输给智能终端3，见图2，能够满足不同列车联络通道施工环境的要求，应用范围广、适配性高。此外，多通信形式兼容的方式还能够在某一数据传输通道故障时提供备用数据传输通道，以保证能够实时监测冷冻施工处地层的温度，为工程安全提供可靠的保障。

参考图5，本申请中所述冻结式温度传感器2通过安装支架安装在隧道的联络处的测点上；所述安装支架为长槽结构4，所述长槽结构4的槽底开设有多个安装孔41，通过螺丝与安装孔41配合，将所述长槽结构4固定在联络处；所述长槽结构4的槽内设有多个卡扣(图中未标出)，所述冻结式温度传感器2放置在所述长槽结构4中，并通过所述卡扣(图中未标出)进行固定。优选地，所述长槽结构4两端具有连接头，若施工现场需要比较长的长槽结构4，只需把两个连接头连接在一起，就可以形成较长的长槽结构4。可以，安装时，具体可依据施工现场冻结式温度传感器2的长度调节所述长槽结构4的长度，装配简单，大大减小了现场安装的复杂性。

该冻结式温度传感器2具有长距离传输的能力，测量精度能达到0.5℃以下，支持-40℃到40℃的测量范围，使用寿命达10年。可见本申请的系统具有较强的抗扰能力，适合于恶劣环境，使用便携、维护方便的特点。

进一步地，参考涂，所述智能采集主机1包括电源单元11、温度采集单元12和主控板单元13；所述温度采集单元12包括几个通道单元，且所述通道单元与冻结式温度传感器2相连。优选地，所述温度采集单元12由四个通道单元组成，分别为通道A、通道B、通道C、通道D，该温度采集单元12与冻结式温度传感器2连接，通过冻结式温度传感器2进行采集、通多DSP技术、数字滤波对温度数据进行分析、存储、处理，并将温度信息通过网络传送给所述智能采集主机1。优选地，所述温度采集单元12可根据现场的情况进行温度通道数的拓展，所述温度采集单元12的温度采集板采用3U单元，不仅使用方便，且维护方便。

更进一步地，主控板单元13经过研究开发，能够通过WIFI网络、4G网络、5G网络、LORA网络将冻结式温度传感器2采集的温度信息传送至地面智能终端3，并保存所有采集监测的温度信息。同时主控板单元13能监测多个温度采集单元12的工作状态，当温度采集单元12发生故障时，主控模块能及时向地面智能终端3报警。参考图4，主控板单元13包括电源101、交换机102、单片机104及网络变压器103；所述电源101被转为多路供电，一路为交换机102供电；一路为单片机104供电，所述网络变压器103将温度信息传输给交换机102，并交换机102输出。具体地，所述电源101为12VDC电源101，12VDC电源101转为DC5V多路供电，一路以DC5V电压给交换机102供电；一路转换成DC5V，通过LDO变为DC3.3V给单片机104供电，所述网络变压器103将温度信息传输给交换机102，并交换机102输出。

进一步地，智能终端3主要由两部分组成：终端盒和显示器，终端盒自带安卓操作系统，并安装3D监测系统的智能APP软件。

所述智能终端3还包括人机交互单元，所述人机交互单元包括：三维效果显示单元、智能显示曲线单元、报警单元、以及下载数据选择单元。

所述三维效果显示单元配置为呈现测点的温度三维模型；三维效果显示模式可以呈现出左线、右线以及泵房的温度三维模型，更直观的监测冷冻部位的冻结状态。

所述智能显示曲线单元配置为呈现温度曲线，所述温度曲线可根据用途选择生成盐水温度曲线或土层温度曲线，同时可供选择时间、通道、测温点等参数，系统将在右侧展现出温度数据折线图，展现出温度曲线趋势，直观的把握温度情况。实时显示温度数据模式将显示出所有的测温数据，可以实时掌握土层及盐水的冷冻状态。

所述报警单元配置为温度不达标时，发出声光警报声；

所述下载数据选择单元配置为能下载温度数据中的所有数据。具体地，所述下载数据选择单元支持下载温度数据中的所有数据，也可根据需要选择下载土层和盐水的温度数据。

所述人机交互单元还包括专家诊断单元，所述专家诊断单元分为冻结帷幕状态诊断和力学诊断两个模式。

所述冻结帷幕状态诊断可智能显示盐水温度、智能判断盐水去回温度差，同时推算出冻结圆柱半径、冻结壁厚度以及帷幕平均温度。

所述力学诊断可以智能诊断喇叭口、通道中部和泵房的弯折强度以及安全系数，提供安全保障。

在隧道土壤冷冻过程中，维护人员可以通过所述智能终端3实时监测土壤冷冻状态，以及进行时间温度状态回看和下载，也可以通过转换成3D模型更直观的监测。可实现每小时数据实时传输的功能，其他人员也可采用WIFI、4G、5G、LORA等无线或有线的形式接收到数据，对土壤温度实时监控，并可进行随时查看。

本发明还提供一种隧道联络通道冻结法三维智能监测方法。

参考图6，一种隧道联络通道冻结法三维智能监测方法，包括如下步骤：

S1采集温度信息的步骤：通过安装在隧道的联络处的测点的冻结式温度传感器2实时采集相应测点的温度信息；

S2获得温度数据的步骤：所述智能采集主机1接受所述温度信息，并进行分析处理，获得温度数据；

S3显示温度的步骤：所述智能终端3接受所述温度数据，并实时显示各测点的温度三维模型、温度曲线。

进一步地，所述智能采集主机1的主控板单元13接受所述温度信息，并将所述温度信息与温度阈值进行比对，若所述温度信息大于所述温度阈值，则所述智能终端3的报警单元发出声光警报声；若所述温度信息小于等于所述温度阈值，则温度达标。

进一步地，通对所述温度数据进行温度扩散分析，获得所述温度三维模型。

进一步地，所述温度曲线包括获得测点温度形成的实时温度曲线，还包括通过大数据处理获取测点的预判温度曲线。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。