一种隧道变形定量监测系统及其预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于隧道（如地下、山下、水下的公路、铁路隧道）的安全监测领域，特别设 及一种隧道变形定量监测系统及其预测方法。
【背景技术】
[0002] 现在交通道路发展很快，而位于地下、山下、水下的公路、铁路隧道，因其位于地 下、水下或者山体内，随时可能发生巧塌或渗漏，威胁运行车辆和驾乘人员的生命财产安 全。例如2015年1月12日，美国首都华盛顿特区市中屯、的"朗方广场"地铁站冒出浓烟， 事故致1人死亡，84人不同程度受伤入院治疗，其中2人重伤，事后调查为渗漏引起的电路 故障导致电线起火冒烟。而在我国也经常发生隧道巧塌、渗水事故，事故虽然是在短时间内 发生的，但是，一般都有漫长的变化过程，因而对隧道的安全监控和变形预测十分必要，可 W及时消除隐患，减少损失。
【发明内容】
[0003] 为了达到上述目的，本发明采用无线传感网络和图像处理技术，并辅W-定的预 测方法，实现对隧道变化进行定量监测及其趋势预测。具体技术方案如下：
[0004] 一种隧道变形定量监测系统，由监测节点、网关节点和监测中屯、电子计算机组成， 其特征在于，监测节点分布设置在隧道内，监测节点为设置在隧道顶部的烟雾传感器、设置 在隧道底部的液位传感器和设置在隧道侧壁的摄像传感器，特别是隧道内壁产生的裂缝， 都要及时加装摄像传感器对其监测，各监测节点带有Zi浊ee无线传感网络节点，监测节点 经网关节点通过GPRS网络与Internet网络连接监测中屯、电子计算机，将隧道的图像信息 实时传输到监测中屯、电子计算机中，在计算机屏幕上自动显示所监测的各具体确实位置的 隧道的变化值，变化值超出规定阔值，计算机自动预警，同时将预警发送至管理人员手机 上，并利用计算机预测隧道的各种参数发展趋势。
[0005] 进一步的，监测节点由W下部件组成；烟雾传感器、液位传感器和摄像传感器、信 号调理电路、基于Zi浊ee通信协议的射频发射模块，其中摄像传感器通过信号调理电路与 基于Zi浊ee通信协议的射频发射模块连接；基于Zi浊ee通信协议的射频发射模块上连接 有浓晶显不器和USB接口。
[0006] 优选的，摄像传感器为SAT系列红外探测器。
[0007] 优选的，基于Zi浊ee通信协议的射频发射模块是CC2430巧片。
[000引进一步的，网管节点由W下部件：基于Zi浊ee通信协议的射频接受模块、微处理 器、SIM卡座、GPRS模块顺次连接而成，并由电源管理巧片统一执行供电管理。
[0009] 优选的，微处理器选用AT91RM9200巧片。
[0010] 进一步的，各监测节点也可有线传输到监测中屯、电子计算机巧）中。
[0011] 一种隧道变形定量监测系统的预测方法，运用灰色预测方法，拓灰色预测模型充 分利用变形或渗水的参数Xi、X2、X3把随时间变化的数据累加求和，生成新的序列，用一条曲 线逼近，逼近曲线还原后即为拓灰色预测模型。
[001引有益效果
[0013] 本发明与现有技术相比具有W下积极效果；（1)采用烟雾传感器、液位传感器和 摄像传感器，对隧道进行监测，可W增加监测系统的可靠性，提高监测精度，可W做到早发 现早处理；（2)采用Zi浊ee网络协议，由于灵活的网络结构，超大的网络容量，特别适合大 面积多地段的安全监测；(3)采用无线传感网络或有线连接，技术成熟，施工方便；(4)无 需工作人员定期巡回检查监测系统，节约大量人力成本；（5)将Zi浊ee网络、GPRS网络和 Internet网络结合起来，适合大面积与多地段的安全监测；（6)采用红外摄像传感器可不 受环境亮度影响实施24小时监测。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明的一种隧道变形定量监测系统示意图；
[0015] 图2是Zi浊ee网络监测节点原理图；
[0016] 图3是Zi浊ee网络网关节点原理图。
[0017] 其中，la.烟雾传感器，化.液位传感器，Ic.摄像传感器，2.网关节点，3. GPRS网 络，4. Internet网络，5.监测中屯、计算机，6.隧道，7.信号调理电路，8.基于Zi浊ee通信 协议的射频发射（接收）模块，9.液晶显示器，10. USB接口，11.电源，12.电源管理巧片， 13.微处理器，14. SIM卡座，15. GPRS模块。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的目的和技术方案更加清楚，W下结合附图对本申请的技术方案进行 清楚、完整地描述。所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于 所描述的本申请的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0019] 实施例1 ;一种隧道6变形定量监测系统，由监测节点、网关节点2、监测中屯、电子 计算机5组成，其特征在于，监测节点分布设置在隧道6内，监测节点包括设置在隧道顶部 的烟雾传感器la、设置在隧道底部的液位传感器化和设置在隧道侧壁的摄像传感器Ic，各 监测节点传感器带有Zi浊ee无线传感网络节点，各监测节点经网关节点2通过GPRS网络 3与Internet网络4将隧道的信息实时传输到监测中屯、电子计算机5中，各监测节点也可 有线传输到监测中屯、电子计算机5中，在计算机屏幕上自动显示所监测的各具体确实位置 的变化值，当变化值超出规定阔值时，计算机上自动显示预警，同时将预警发送至操作人员 手机上，计算机能预测隧道的异常发展趋势。
[0020] (1)监测节点
[0021] 将烟雾传感器la隔设定距离安装在隧道顶部，通过监测烟雾的浓度或有毒有害 气体来实现预警、报警；将液位传感器化设置在隧道底部，当有积水时，液位传感器化发送 信息；将红外摄像传感器Ic安装在隧道6侧壁，对准所要监测的位置，其摄制的图像经信号 调理电路7处理后，由基于Zi浊ee通信协议的射频模块8发射图像信息。各监测节点连接 电源11，各监测节点的各个巧片型号可W作如下选择；CC2430是化ipcon公司生产的用来 实现嵌入式Zi浊ee应用的巧片系统，它支持2. 4細Z I邸E802. 15. 4/Zi浊ee协议，CC2430巧 片W强大的集成开发环境作为支持，内部线路的交互式调试W遵从IDE的lAR工业标准为 支持，得到嵌入式机构的高度认可，CC2430巧片系统模块集成了 CC2420RF收发器，增强工 业标准的8051MCU. 32/64/128邸闪存，8邸SRAM等高性能模块，并内置Zi浊ee协议，加上超 低能耗，使得它可W用很低的费用构成Zi浊ee节点。
[0022] 红外摄像传感器Ic采用SAT系列红外摄像仪，其均采用非制冷焦作平面红外探