隧道结构安全在线监测系统解决方案

一、方案背景
隧道是地下隐蔽工程，会受到潜在、无法预知的地质因素影响。随着我国公路交通建设的发展，隧道占新建公路里程的比例越来越大。隧道属于线状工程，有的规模较大，可长达几公里或数十公里，往往穿越许多不同环境空域；工程条件通常比较复杂，而经常有环境恶劣，造成塌方、沉陷、有害气体泄露、支护结构变形、人员和设备伤害等事故。为了确保隧道工程安全、及时预报险情，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估十分重要。除了对隧道进行加固、维护之外，对隧道工程的安全和稳定状态的监测和评估也十分重要。利用物联网技术完成对隧道应变、振动、温度、沉降等动态响应信号的实时远程采集、在线监测，通过云平台进行大数据计算将隧道健康状况展示在用户端，同时支持多重分析预警机制，及时发现隧道隐藏安全风险，尽量减少灾害的发生。

二、系统组成：
隧道结构安全监测系统主要利用物联网技术完成对隧道应变、振动、温度、沉降等动态响应信号的实时远程采集、在线监测，通过大数据计算将隧道健康状况展示在用户端，同时支持多重分析预警机制，及时发现隧道隐藏安全风险，尽量减少灾害的发生。主要监测内容如下：围岩及支护状态的观察描述、地表沉降、隧道拱顶沉降、隧道收敛监测、附近的建筑物倾斜监测、孔隙水压力监测、支护土压力监测、土体垂直位移监测、土体水平位移监测，提供全面而准确的数据支撑。可以把隧道在线监测系统分为四层：感知层、网络层、平台层、应用层。

感知层：实时感应隧道监测参数传感器的状态，如变形监测、地表沉降、土体位移、土壤含水率、土压力、渗压计等前端感知设备；
网络层：支持数据通信，可上、下双向通讯，支持无线蜂窝网络、短信、北斗、PSTN、超短波、ZigBee等通信方式。感应设备M21F2可通过监测预警平台的通讯方式，上行发送至监测控制中心平台。
平台层：整合各层设备和系统功能，通过信号的连接，下发平台对前端感应器的命令，上传监测数据的采集、处理、存储和分析，实时联动前端各大监控设备。

应用层：开启信息发布途径，实时展示信息数据和预警信息。

三、系统功能
■24 小时实时监测：对隧道变形、受力、环境等全自动化在线监测，实时掌握隧道整体施工/运行的安全状态。
■多重分级预警：数据异常时，系统会触发相应三级报警机制，第一时间以短信、传真、广播等形式通知用户。
■应急预案处理：从专家库直接提取相应处理办法，及时采取人员介入、封锁道路等办法，将安全隐患消除在萌芽状态。

■结构损伤机理研究：对结构损伤机理的宏观分析、结构变形及破坏趋势研究、归纳演绎。
■提供参考依据：监测数据的存储，为今后同类工程设计、施工提供类比依据。

■行业规范标准形成：制定出适合结构健康监测的安全评价标准体系，形成行业标准规范。

四、云平台
云服务器部署在云端，采用B(浏览器)/S(服务器)模式，可以购买阿里云或者腾讯云服务，也可以自建服务器，硬件要求根据配隧道监测数量而定，隧道在线监测系统云平台由辰迈开发，具有完全自主知识产权，其主要功能是控制系统各个模块自动运行，接收、显示、保存、查询、打印报警信息，系统主要功能：隧道拱顶沉降监测管理功能、隧道监测地图信息、隧道监测传感器、系统设备信息、视频图像信息、预警信息查询、集成深部位移监测信息查询、发布信息设置、开放平台接口。

五、系统价值
隧道结构安全在线监测系统可用于实时在线监测隧道的各种需要监测的量值。隧道围岩地质条件复杂，施工环境恶劣，传统人工检测手段难以全方位保证隧道安全。隧道在线监测系统，针对隧道全生命周期中的监测重难点问题，提供针对性的监测解决方案，数据传输到本地服务器，本地永久储存，数据实时查看监测，历史数据随时可查。数据上传云端永久备份，并且通过云端嵌入的学习算法和模型，对隧道的各项监测数据进行分析，综合评估隧道的健康状况，有效预警、防范和遏制重大事故发生，为用户组织抢险，疏散影响区域人群赢得时间，减少事故伤亡和财产损失，为隧道施工和运营的安全保驾护航。