[发明专利]一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统

权利要求书

1.一种基于大数据的道路隧道工程安全实时监测管理系统，其特征在于：包括监测点布设模块、衬砌变形监测模块、空气参数采集模块、空气质量分析模块、通风分析模块、噪声检测分析模块、照明亮度检测模块、隧道资源数据库、分析云服务器、报警模块、通风执行终端、显示终端和调光模块；

所述监测点布设模块，将整个隧道衬砌沿着一侧边墙以顺时针方向到拱圈再到另一侧边墙的距离等分为n段，每个等分点作为隧道衬砌变形的主监测点，衬砌底板的中点位置作为从监测点，记为A，其主监测点沿着衬砌的一侧边墙顺时针方向至另一侧边墙的顺序进行编号，依次标记为1,2...i....n-1；

所述衬砌变形监测模块，包括光纤式位移计，与监测点布设模块连接，其变形位移监测包括以下几个步骤：

S1：将从监测点与各主监测点进行连接，利用光纤式位移计分别测量从监测点到各主监测点的距离，记为监测位移，获得的各监测位移构成监测位移集合L(l_A11,l_A22,...,l_Aii,...,l_An-1n-1)，l_Aii表示为第i个主监测点与从监测点之间的监测位移；

S2：将各主监测点的监测位移与隧道资源数据库中各主监测点的原始监测位移进行对比，得到对比差值，记为位移变形量，获得的各主监测点位移变形量构成监测点位移变形量集合ΔL(Δl_A11,Δl_A22,...,Δl_Aii,...,Δl_An-1n-1)，Δl_Aii表示为第i个主监测点的位移变形量；

S3：将各主监测点的位移变形量，与各主监测点的历史累积位移变形量进行对比，若该主监测点的位移变形量大于该主监测点的历史累积位移变形量，则该主监测点所在的隧道衬砌存在差异变形，计算各主监测点的差异位移变形系数，记为δ，δ_i表示为第i个主监测点的差异位移变形系数，α_i表示为第i个主监测点的变形比例系数，Δl_Ai表示为第i个主监测点的位移变形量，Δl_0i表示为第i个主监测点的历史累积位移变形量；

S4：根据各主监测点的差异位移变形系数，统计整个隧道衬砌的总差异位移变形系数，记为衬砌变形监测模块将统计的总差异位移变形系数发送至分析云服务器；

所述隧道资源数据库，存储各主监测点的原始监测位移及历史累积位移变形量，存储各空气参数对应的的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度、NO₂浓度安全标准值，存储标准空气质量系数，存储隧道各个分段对应的安全噪音量，存储各噪声污染等级对应的总噪声对比值及各噪声污染等级对应的噪声污染系数σ1,σ2,σ3，存储隧道综合安全系数阈值和隧道各个分段的标准照明亮度；

所述空气参数采集模块，包括氧气浓度采集单元和汽车尾气浓度采集单元，用于实时对隧道内的空气参数进行采集，所述氧气浓度采集单元为氧浓度测定仪，用于实时检测隧道内的O₂浓度，所述汽车尾气浓度采集单元包括CO气体浓度传感器、SO₂气体浓度传感器和NO₂气体浓度传感器，分别用于实时检测隧道内的CO、SO₂和NO₂浓度，空气参数采集模块将检测的空气参数中的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度和NO₂浓度发送至空气质量分析模块；

所述空气质量分析模块，与空气参数采集模块连接，用于接收空气参数采集模块发送的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度和NO₂浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度和NO₂浓度安全标准值进行对比，得到一次空气参数对比差值，包括一次O₂浓度对比差值，记为一次CO浓度对比差值，记为K_CO，一次SO₂浓度对比差值，记为一次NO₂浓度对比差值，记为在固定时间间隔后，重新采集隧道内的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度和NO₂浓度，与隧道资源数据库中存储的各空气参数对应的的O₂浓度、CO浓度、SO₂浓度和NO₂浓度安全标准值再次进行对比，得到二次空气参数对比差值，包括二次O₂浓度对比差值，记为二次CO浓度对比差值，记为K′_CO二次，SO₂浓度对比差值，记为二次NO₂浓度对比差值，记为根据一次空气参数对比值和二次空气参数对比值，统计空气质量系数，并分别发送至分析云服务器、通风分析模块和显示终端；

所述通风分析模块，与空气质量分析模块连接，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，与预设的标准空气质量系数进行对比，若小于标准空气质量系数，则发送通风控制指令至通风执行终端；

所述噪声检测分析模块，包括若干噪声传感器，按照车辆距离隧道的不同距离将整个隧道长度划分为接近段、入口段、过渡段、中间段和出口段，所述噪声传感器分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的噪声，构成各分段噪声集合S(s₁,s₂,...,s_d,s₅)，s_d表示为在第d个隧道分段内的噪音量，d表示为分段数，d＝1，2，3,4,5,1,2,3,4,5对应的隧道分段分别为接近段、入口段、过渡段、中间段，出口段，提取隧道资源数据库存储的隧道各个分段对应的安全噪音量，将各分段噪声量与对应的各分段安全噪音量进行对比，得到各分段噪声对比集合ΔS(Δs₁,Δs₂,...,Δs_d,Δs₅)，将各分段噪声对比值进行叠加，得到总噪声对比值，提取隧道资源数据库中存储的各噪声污染等级对应的总噪声对比值，筛选该总噪声对比值对应的噪声污染等级，并发送至分析云服务器；

所述照明亮度检测模块，包括若干亮度计，其分别放置在隧道各个分段内，用于检测隧道各个分段的照明亮度，并发送至分析云服务器；

所述分析云服务器，分别与衬砌变形监测模块、空气质量分析模块、噪声检测分析模块和照明亮度检测模块连接，接收噪声检测分析模块发送的噪声污染等级，提取隧道资源数据库中各噪声污染等级对应的噪声污染系数，筛选该噪声污染等级对应的噪声污染系数；

所述分析云服务器接收衬砌变形监测模块发送的总差异位移变形系数，接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，根据接收的空气质量系数和总差异位移变形系数及噪声污染系数统计隧道综合安全系数，与预设的隧道综合安全系数进行对比，若大于预设的隧道综合安全系数，则发送报警指令至报警模块；

同时，分析云服务器接收照明亮度检测模块发送的隧道各个分段的照明亮度，并将接收的隧道各个分段的照明亮度与隧道资源数据库中存储的隧道各个分段的标准照明亮度进行对比，当隧道某分段的照明亮度若小于或大于该分段标准照明亮度，则发送调光控制指令至调光模块，并接收调光模块反馈的调光后的隧道该分段的照明亮度，当反馈的该分段照明亮度等于该分段标准照明亮度，则分析云服务器发送停止调光控制指令至调光模块，同时将接收的隧道各分段的照明亮度发送至显示终端；

所述报警模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的报警指令，进行报警；

所述显示终端，与空气质量分析模块和分析云服务器连接，放置在隧道各个分段口处，用于接收空气质量分析模块发送的空气质量系数，接收分析云服务器发送的隧道综合安全系数和隧道各个分段照明亮度，并进行显示；

所述通风执行终端，与通风分析模块连接，用于接收通风分析模块发送的通风指令，进行通风；

所述调光模块，与分析云服务器连接，用于接收分析云服务器发送的调光控制指令，进行调光，并实时检测调光后的隧道该分段的照明亮度，并将将检测的调光后的隧道该分段的照明亮度反馈至分析云服务器，同时接收分析云服务器发送的停止调光控制指令，停止调光。