一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统的制作方法

本发明涉及一种隧道管片领域，尤其涉及一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统。

背景技术：

盾构隧道管片是由钢筋混凝土制成的管片，多个盾构隧道管片拼接形成一个圆环，根据最大埋深、抗渗能力、抗震能力等技术要求涉及隧道管片的厚度。随着科学技术的发展，盾构隧道管片的结构坚固性越来越好，且通过采用防水混凝土等技术，使盾构隧道管片具有防水性。

但现有的盾构隧道管片的功能性很低，无法实现智能化，也很难监测隧道的状态及周围的环境状况。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，可在不影响管片结构性能和防水性能的前提下，实现盾构隧道管片的智能化，并可实时监测隧道的状态及周围的环境状况。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，包括多个隧道管片，所述多个隧道管片拼接成圆环形状；在圆环的顶部、两侧、下部分别设置有顶部预埋槽、两侧预埋槽、逃生层预埋槽；

在所述顶部预埋槽中设置有通讯系统、环境监测类传感器和结构监测类传感器；

在所述两侧预埋槽中设置有通讯系统、数据通讯网关和通讯干网接入点；

在所述逃生层预埋槽中设置有通讯系统、渗漏线缆和结构监测类传感器；

所述通讯系统包括总线、总线端口和集线模块；在隧道管片的两端各设置有一总线端口，所述总线的两端分别连接在所述总线端口上，相邻两个隧道管片间的总线通过相邻两个隧道管片上的总线端口串联连接；所述集线模块设置在所述总线上，所述总线从所述集线模块内部穿过；在所述集线模块上连接有多个通信管线，在每个所述通信管线的末端设置有一支线端口；每个所述支线端口连接一传感器；

还包括通信干网系统和上层通信系统；所述总线将传感器采集的数据汇集到数据采集点，通过通信干网系统将采集的数据传送给上层通信系统。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，所述通信干网系统为光纤环网系统；所述上层通信系统包括采集服务器和数据服务器，所述数据服务器包括数据库系统；所述总线将传感器采集的数据通过光纤环网传输到采集服务器中，所述采集服务器将数据传送给数据服务器，所述数据服务器将数据存储在数据库系统中。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，所述环境监测类传感器包括但不限于温度计、湿度计、照度计、风速计。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，结构监测类传感器包括但不限于三向位移计、测缝计、断面收敛仪、倾角计、加速度计、静力水准仪。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，所述总线包括通信总线和电流总线，所述总线设置在所述隧道管片的内部或表面上。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，所述通信管线通过所述集线模块与所述总线连通。

上述的一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，其中，在所述支线端口上设置有内螺纹，在所述支线端口上通过所述内螺纹安装电缆防水接头。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，有以下优点：

(1)本发明隧道管片的两端设置有总线端口，总线的两端分别连接在总线端口上，通过总线端口将相邻管片的总线进行串联，从而使所有传感器集群在同一总线构架下，统一地进行供电与通信，从而大幅降低了盾构隧道自动化监测的复杂性；

(2)本发明将多种传感器7与集线模块2连接，并通过集线模块2使多种传感器7与总线1连通，通过多种传感器7收集相关数据并通过总线1实现数据传输，可方便的监控盾构隧道管片的状态和周围的环境状况，实现了隧道管片的智能化。

(3)本发明通过通信干网将数据传送到上层通信系统的采集服务器中，采集服务器定时将数据通过快速以太网存储到数据服务器中的数据库系统中，便于监控系统的整体协调和管理。

附图说明

图1是本发明一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统的示意图；

图2是本发明一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统的通讯系统的示意图；

图3是本发明的传感器与通讯系统的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细介绍。

请参见图1，一种基于智能化隧道管片的隧道运维健康监测系统，包括多个隧道管片，所述多个隧道管片拼接成圆环形状；在圆环的顶部、两侧、下部分别设置有顶部预埋槽8、两侧预埋槽9、逃生层预埋槽10；

在所述顶部预埋槽8中设置有通讯系统、环境监测类传感器和结构监测类传感器；

在所述两侧预埋槽9中设置有通讯系统、数据通讯网关、通讯干网接入点、电源接入点；

在所述逃生层预埋槽10中设置有通讯系统、渗漏线缆和结构监测类传感器。

上述的环境监测类传感器包括但不限于温度计、湿度计、照度计、风速计，结构监测类传感器包括但不限于三向位移计、测缝计、断面收敛仪、倾角计、加速度计、静力水准仪。

还包括通信干网系统和上层通信系统；所述总线将传感器采集的数据汇集到数据采集点，通过通信干网系统将采集的数据传送给上层通信系统。

所述通信干网系统为光纤环网系统；所述上层通信系统包括采集服务器、数据服务器、应用服务器，所述数据服务器包括数据库系统；所述总线将传感器采集的数据通过光纤环网传输到采集服务器中，所述采集服务器将数据传送给数据服务器，所述数据服务器将数据存储在数据库系统中，所述应用服务器可从数据服务器中获取相关数据。

请参见图1，在所述顶部预埋槽8中的相邻两个隧道管片的交接处设置测缝计，在顶部预埋槽8中的其他地方可分别设置一个或多个环境监测类传感器以及三向位移计、断面收敛仪、倾角计、加速度计等结构监测类传感器。

在所述两侧预埋槽9中设置有电源接入点、数据通讯网关和通讯干网接入点，所述通信干网系统连接通讯干网接入点，所述通信干网系统与所述采集服务器双向通信连接。

在管线通道所在隧道管片的逃生层预埋槽10中设置渗漏线缆，在逃生通道所在隧道管片的逃生层预埋槽10中设置静力水准仪，在消防通道所在隧道管片的逃生层预埋槽10中设置倾角计、加速度计等结构监测类传感器。

请参见图2，所述通讯系统包括总线1、总线端口2和集线模块3；在隧道管片的两端各设置有一总线端口2，所述总线1的两端分别连接在所述总线端口2上，相邻两个隧道管片间的总线1通过相邻两个隧道管片上的总线端口2串联连接；所述集线模块3设置在所述总线1上，所述总线1从所述集线模块3内部穿过；在所述集线模块3上连接有多个通信管线4，所述通信管线4通过所述集线模块3与所述总线1连通。

在每个所述通信管线4的末端设置有一支线端口5；每个所述支线端口5连接一传感器。在所述支线端口5上设置有内螺纹，在所述支线端口5上通过所述内螺纹安装电缆防水接头。

所述总线1包括通信总线和电流总线，因此总线1中既可以传输数据信号也可以传输直流电压。

通过上述方法，使所有传感器集群在同一总线构架下，统一地进行供电与通信，从而大幅降低了盾构隧道自动化监测的复杂性。

传感器与所述通讯系统的连接方式如图3所示，本发明将多种传感器设置在隧道管片的预埋槽中，并将多种传感器与集线模块2连接，通过集线模块2使多种传感器7与总线1连通，本发明的多种传感器收集相关数据并通过总线1实现数据传输，可方便的监控盾构隧道管片的状态和周围的环境状况，实现了隧道管片的智能化。

本发明通过总线将传感器采集的数据通过ZigBee/RS485等方式汇集到数据采集节点，通过通信干网系统将采集的数据传送给上层通信系统。

通过通信干网系统将传感器采集的信息和控制信号传送给上层通信系统的服务器。综合考虑隧道的运维监控需求，本发明选择布设光纤环网进行传输。沿隧道内弱电桥架敷设光纤环网，可以满足长传输距离的要求，同时不影响隧道的正常运营，便于安装和维护。监测网络环网光纤接入数据机房，与上层通信系统对接。

本发明的上层通信系统是基于Windows平台和交换式快速以太网的通信系统，采用标准TCP/IP协议和以太网技术，实现上层通信系统内部各系统工作站和服务器之间的数据通信。

经通信干网将数据传送到上层通信系统的采集服务器中，采集服务器定时将数据通过快速以太网存储到数据服务器中的数据库系统中，便于监控系统的整体协调和管理。

通过上述方法，可在不影响管片结构性能和防水性能的前提下，实现盾构隧道管片的智能化，并可实时监测隧道的状态及周围的环境状况。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。