一种隧道施工自动化管控系统的制作方法

1.本公开涉及隧道施工管理领域，特别涉及一种隧道施工领域的自动化管控系统。


背景技术：

2.相对于其他工程项目，隧道建设工程普遍具有多断裂带、高地应力、高瓦斯、多地质灾害、隧道距离长等特点，以及海量施工生产数据、施工安全意识薄弱、施工难度加大、现场环境更复杂等等。
3.目前，在隧道施工过程中运用电子信息技术辅助现场管控，还存在诸多不足：采集信息不统一，数据分散，难以全面、及时获取隧道内的施工信息；没有全面进行可视化管控；对隧道施工安全的判断监测缺少自动化的技术手段等等，造成了数据信息离散、前方和后方信息不闭环、管理效率低下的现状。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种隧道施工自动化管控系统，能够实现全面获取施工现场的各项重要数据，对施工现场数据进行可视化呈现，并且对危及安全的情况进行自动预警，实现施工现场和后方管理的互联互通，保障隧道施工的安全管理。
5.本公开提供的隧道施工自动化管控系统，包括：
6.施工现场数据采集与传送设备，用于采集隧道施工现场的各种监测数据信息，并实时传送至数据处理设备，包括采集施工现场环境数据的传感器，采集重点区域音视频的视频采集设备，以及采集人员设备定位信息的固定式和移动式定位设备；
7.数据处理设备，用于接收、保存施工现场采集到的各种监测数据信息，并在监测数据超出阈值时发出预警信息；
8.显示设备，与所述数据处理设备相连，用于显示施工现场监测数据，供用户浏览查看；并根据收到的预警信息，进行告警提示；
9.预警终端设备，与所述数据处理设备有线或无线连接，用于在施工现场发出预警提示，以及向相关人员直接发出预警通知；
10.其中，所述移动式定位设备包括：
11.设置在二衬台车的移动式定位设备，用于实时采集当前二衬工序所在位置；
12.设置在仰拱栈桥的移动式定位设备，用于实时采集当前仰拱工序所在位置；
13.机械作业隧道中，设置在掌子面处的机械作业设备的移动式定位设备，用于采集施工期间除清理、爆破期间外的掌子面坐标；
14.人工作业隧道中，佩戴在掌子面处作业的人员的移动式定位设备，用于采集在施期间掌子面坐标；
15.佩戴在前往掌子面区域作业的特殊班组的移动式定位设备，用于采集在施期间的定位以获取掌子面坐标。
16.进一步的，所述采集人员设备定位信息的固定式和移动式定位设备包括：
17.定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设；
18.读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取移动式定位装置信息；
19.移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据。
20.进一步的，采集施工现场环境数据的传感器包括：有害气体检测仪，风速仪，温湿度传感器，以及轴力计，倾斜仪，位移计，应力计，分别用于检测：隧道内的有毒有害气体含量或浓度，通风情况，隧道不良地质信息，洞内拱顶沉降、水平收敛情况。
21.进一步的，所述预警终端设备，包括安装于施工现场的烟雾、声光、振动在内的一种或多种报警器；以及接受app或短信预警提示的手机预警终端。
22.进一步的，所述视频采集设备包括固定于施工现场的视频监控设备，以及施工管理人员手持的移动式采集设备，用于在收到告警信息时对重点区域进行音视频采集。
23.进一步的，所述显示设备包含基于web浏览器、手机app在内的显示终端。
24.本公开提供的隧道施工自动化管控系统，实时获取施工现场的各种监测数据，并在后台进行集中呈现，基于监测数据和阈值的比对，对施工现场的危险状态进行自动预警，实现了施工信息从采集到预警反馈的闭环管理，全面提高了隧道施工的安全水平和管理效率。
25.与现有技术相比，本公开的有益效果是：
26.(1)基于物联网技术进行底层信息感知、采集、传递，在后台进行数据显示，并在数据超过阈值时，通知前方预警终端发出预警信号，实现了“信息流闭环”，后方能够实时掌握前方的定位和监测数据，对危及施工安全的情况自动报警，有效减少隧道施工安全隐患；
27.(2)通过在相关设备上佩戴移动定位装置，实时反映施工进度状况；
28.(3)充分利用施工现场管理人员或巡查人员的手机等便携设备，接收预警通知进而对重点区域进行针对性信息采集，使得信息的采集与反馈更加灵活、高效，提高了事故发生时的应急反应能力；
29.(4)采用多种传感器，对隧道内的各种安全隐患数据进行全面采集。
附图说明
30.图1为根据本公开的管控系统示例性结构示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
32.本公开提供了一种基于物联网技术的隧道施工自动化管控系统示例性实施例，按照iot(internet of things，物联网)的层次进行构建。
33.iot从层次结构上分为四个层级，一是感知层，利用传感器及时获取施工现场数据信息；二是网络层，数据信息的传输，通过各种网络与互联网的融合，将物体的信息实时准确地传递出去；三是平台层，是集成以及共享数据信息的平台；四是应用层，利用感知到的信息进行自动化预警处理等实际应用。
34.系统具体包括：
35.(一)隧道施工监测设备
36.与iot数据传输装置相耦合，是对隧道施工构件数据信息进行实时采集的设备，进行施工数据实时采集。
37.隧道施工监测设备包括：传感器，定位设备，及视频采集设备等。
38.传感器主要采集隧道施工的沉降、倾角、位移、变形、应力、轴力、土压、水压的运行等反映施工生产要素状态的数据。目前常用传感器包括轴力计、倾斜仪、位移计、应力计、温湿度传感器、有害气体检测仪等。
39.有害气体检测仪，用于对掌子面、初支、仰拱、二衬等作业面，根据有毒有害气体密度不同，空间安设区域不同，主要实时监测洞内气体含量。
40.风速仪，用于对隧道掌子面、二衬等作业面进行风速采集，通过接入监控，可远程实时监控洞内当前风速流量。
41.地质灾害监测，接入洞口gps设备，用于实现洞口gps设备展示、监测数据列表展示、分析预警；接入超前地质监测传感器，用于实现超前地质预测展示、监测数据分析预警。
42.监控量测，主要通过上述力学传感器或全站仪，对隧道拱顶沉降、水平收敛等必测关键数据进行分析，判断结构、支护是否符合设计要求。
43.视频监控，用于对重点施工区域或位置进行视频采集。后方管理人员通过接入视频监控设备，接入监控视频资源，可以远程实时监控前方的具体情况。在视频监控页面可查询某个隧道的视频设备，统计数据等。
44.本实施例中，视频采集设备包括固定于施工现场的视频监控设备，也包括现场施工管理人员或巡查人员手持的采集设备。例如：当数据处理设备发现数据超出安全阈值时，自动通过手机短信或手机app等发送指令给巡查人员，巡查人员按照指令到现场探查情况，可通过手机app拍照或录制视频、文字语音等上传数据处理设备，实现灵活、高效的信息采集。
45.本实施例中，用于采集定位信息的定位设备包括：
46.定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置于隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设定位基站或中继网桥。
47.读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取定位装置信息。
48.移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据。
49.隧道内生成的定位数据，由定位基站引至洞外，通过中继设备传输至数据处理及存储单元。
50.其中，移动式定位装置的佩戴载体包括以下人员或设备，用于自动获取关键工序的当前作业面：
51.二衬台车、仰拱栈桥，用于实时反馈当前二衬、仰拱工序所在位置；
52.机械作业隧道中，掌子面处的机械作业设备，用于获取施工期间除清理、爆破期间外的掌子面坐标；
53.人工作业隧道中，掌子面处作业的人员，用于获取在施期间掌子面坐标；
54.前往掌子面区域作业的特殊班组，用于获取在施期间的定位获取掌子面坐标。
55.(二)iot数据传输装置
56.分别与隧道施工监测设备、数据处理设备相耦合，用于将隧道施工监测设备采集的施工过程的实时数据发送至所述数据处理设备。
57.(三)数据处理设备
58.分别与iot数据传输装置和显示设备相耦合，对接收的现场采集数据，包括隧道施工地表沉降观测数据、人员及设备定位、里程数据、视频监控、有毒有害气体、通风监测数据等进行集中显示，保存；
59.同时，不断对各项监测数据进行判断，在超过预警安全阈值时，向显示设备和其他预警终端发送预警信息，包括向具有权限的手机app、手机短信、web客户端、以及施工现场声光告警设备中的一种或多种推送报警信息。
60.(四)显示设备
61.与数据处理设备相耦合，显示相关的施工现场监测数据；
62.当接收到报警信息时进行报警提示，比如对重点数据进行红色闪烁显示。
63.(五)另外，系统还包括：施工现场发出提示的预警终端设备，包括烟雾、声光、振动报警等报警器，以及接受短信预警提示的手机预警终端等。
64.可见，本公开的示例性实施例，在隧道内充分应用感知技术，将隧道内人员设备、环境等各种多源异构数据通过物联网技术实现全面感知；将采集到的数据进行集中展示；对施工现场的安全隐患数据进行自动判断和报警，反馈到施工现场，同时将手机等智能设备纳入采集和预警管理系统，有效地补充了固定设备对信息采集的不足，提高了出现安全隐患时的信息获取能力；由此，以物联网技术为基础，实现了对隧道施工集数据采集、安全监测为一体的自动化闭环管控。
65.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种隧道施工自动化管控系统，其特征在于，包括：施工现场数据采集与传送设备，用于采集隧道施工现场的各种监测数据信息并实时传送至数据处理设备，包括采集施工现场环境数据的传感器，重点区域的音视频采集设备，以及采集人员设备定位信息的固定式和移动式定位设备；数据处理设备，用于接收、保存施工现场采集到的各种监测数据信息，并在监测数据超出阈值时发出预警信息；显示设备，与所述数据处理设备相连，用于显示施工现场监测数据，供用户浏览查看，并根据收到的预警信息，进行告警提示；预警终端设备，与所述数据处理设备有线或无线连接，用于在施工现场发出预警提示，以及向相关人员直接发出预警通知；其中，所述移动式定位设备包括：设置在二衬台车的移动式定位设备，用于实时采集当前二衬工序所在位置；设置在仰拱栈桥的移动式定位设备，用于实时采集当前仰拱工序所在位置；机械作业隧道中，设置在掌子面处的机械作业设备的移动式定位设备，用于采集施工期间除清理、爆破期间外的掌子面坐标；人工作业隧道中，佩戴在掌子面处作业的人员的移动式定位设备，用于采集在施期间掌子面坐标；佩戴在前往掌子面区域作业的特殊班组的移动式定位设备，用于采集在施期间的定位获取掌子面坐标。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述采集人员设备定位信息的固定式和移动式定位设备包括：定位基站：主要用于接收及传输定位信息，一般布置隧道洞口、二衬台车、防水板台车处，已施工完成段，按距离铺设；读卡器：与定位基站配套安装，主要用于实时读取移动式定位装置信息；移动式定位装置：由作业人员及设备佩戴，获取里程定位数据。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，采集施工现场环境数据的传感器包括：有害气体检测仪，风速仪，温湿度传感器，以及轴力计，倾斜仪，位移计，应力计，分别用于检测：隧道内的有毒有害气体含量或浓度，通风情况，隧道不良地质信息，洞内拱顶沉降、水平收敛情况。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预警终端设备，包括安装于施工现场的烟雾、声光、振动在内的一种或多种报警器；以及接受app或短信预警提示的手机预警终端。5.如权利要求1或4所述的系统，其特征在于，所述音视频采集设备包括固定于施工现场的视频监控设备，以及施工管理人员手持的移动式采集设备，用于在收到告警信息时对重点区域进行音视频采集。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述显示设备包含基于web浏览器、手机app在内的显示终端。

技术总结
本公开提供了一种隧道施工自动化管控系统，在隧道内充分应用感知技术，将隧道内人员设备定位、环境监测等各种多源异构数据通过物联网技术实现全面感知；将采集到的数据进行集中展示；对施工现场的安全隐患数据进行自动判断和报警，反馈到施工现场以及相关手机终端；由此，以物联网技术为基础，实现了对隧道施工集数据采集、安全监测为一体的自动化闭环管控，全面提高了隧道施工的安全性和管理效率。全面提高了隧道施工的安全性和管理效率。全面提高了隧道施工的安全性和管理效率。


技术研发人员：贾锟 崔贤 张书国 郝传志 刘彬 彭杰 刘文琦 王飞 徐锋 王学朋 杨黎明
受保护的技术使用者：中建铁路投资建设集团有限公司
技术研发日：2022.08.02
技术公布日：2023/5/26