一种隧道结构电子巡检系统及其使用方法
【专利摘要】本发明公开了一种隧道结构电子巡检系统，电子巡检系统主要包括电子标签、具有定位功能的传感器数据采集模块、电子标签扫描器、电子巡检仪以及计算机终端。本发明不但能够对隧道结构病害进行定量评价和及时预警与反馈，而且能够规范巡检工作流程，使巡检人员脱离原有的纸张式巡检工作，保证巡检人员的到位率，确保数据真实可靠，提高巡检人员的工作积极性和工作质量，防止错检和漏检。本发明既克服了原有人工巡检的到位率低、工作质量不高、人员积极性不强等不利因素，又克服了采用传感器自动化监测时、监测区域以外的病害不易识别的弊端，因而成为替代传统隧道结构养护工作的一种新型养护技术。
【专利说明】一种隧道结构电子巡检系统及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道结构养护技术，具体涉及到一种隧道结构电子巡检系统及其使用方法。
【背景技术】
[0002]隧道作为城市车辆通行的防御结构，通常处于恶劣环境，其在运营期内不可避免地受到各种影响，从而使结构的耐久性、可靠性和安全性不断降低。由于隧道具有里程长、穿越地质复杂、内部空间相对封闭等特点，使得在运营期的养护工作开展甚为不便。
[0003]目前，我国的隧道养护工作尚是基于纸张表格式的人工检查，即管养人员根据已经设定好的检测评定表格在现场对结构外观状况进行检查，这种检查方式费时、费力、数据准确性差而且人员积极性不够高，易出现错检和漏检，人员到位率低，而且对隧道结构的关键受力参数不能定量检测，以至于对隧道内出现的紧急突发事件不能及早预警；而且，采用传感器自动化监测结构状态时，对传感器监测区域以外的状态信息尚不能很好地预测，因而极易造成重大的生命和财产损失。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种隧道结构电子巡检系统，该系统不但能够规范养护巡检工作，确保隧道结构养护工作质量，并且提高了工作效率。
[0005]为实现这一目的，本发明的技术方案如下:一种隧道结构电子巡检系统，特征在于在隧道结构中各巡检点设置有电子标签，此外，该装置尚包括电子巡检仪，与所述电子巡检仪连接的电子标签扫描器，与所述电子巡检仪连接的计算机终端，在部分巡检点设有传感器以及与该传感器配合的数据采集模块，所述电子巡检仪与所述数据采集模块以无线方式进行通讯。电子标签采用有源或无源工作方式，读写频率采用低频、中频或高频。电子标签扫描器和电子巡检仪为相互独立的设备，或者集成为一体。数据采集定位模块包括数据采集模块保护罩，该数据采集模块保护罩内设有数据采集存储模块、电子标签以及位于数据采集存储模块和电子标签之间的模拟数字信号转换模块，所述数据采集存储模块与传感器相连接，数据采集存储模块与模拟数字信号转换模块以及模拟数字信号转换模块与电子标签间通过通讯线路连接。数据采集模块为带有内置电子标签的数据采集设备，其不但具有数据采集和存储功能，而且能够将数据传输至内置的电子标签，从而实现传感器和巡检点定位，并便于电子巡检仪进行数据的采集和读写。所述传感器、数据采集模块和电子标签能够以预埋或表面粘贴的方式长期布设于隧道结构内部或表面。
[0006]本发明的另一目的是提供一种隧道结构电子巡检系统的使用方法，该方法以电子巡检装置为依托，不但能够规范养护巡检工作，确保隧道结构养护工作质量，并且提高了工作效率。
[0007]为实现这一目的，本发明的技术方案如下:一种隧道结构电子巡检系统的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤:在计算机终端上完成巡检工作规划，即确定各次巡检任务的工作内容、巡检点位置以及相应的巡检人员，然后数据管理终端将巡检规划内容发送至各电子巡检仪，巡检人员手持电子巡检仪到现场进行数据采集；按巡检规划中的位置进行布设有电子标签、传感器及与所述传感器配合的数据采集定位模块，每个电子标签和数据采集定位模块与相应的巡检点相对应，巡检人员根据电子巡检仪中巡检规划路线，依次按序对隧道结构中各巡检点进行巡检，在每个巡检点处，通过电子标签扫描器对电子标签扫描，并将信息反馈至电子巡检仪，电子巡检仪根据电子标签内的信息，调用该巡检点所要求的检查内容，由巡检人员进行检查和评判，待巡检人员完成该处检查信息后，将相应的检查结果通过扫描器写入至电子标签进行存储，当巡检点处布设有传感器时，巡检人员以无线方式从传感器配套的数据采集模块中将监测参数采集到电子巡检仪中，并将现场巡检信息写入数据采集模块内置的电子标签，完成该巡检点处的巡检工作，根据所述监测参数确定该巡检点的安全等级。
[0008]本发明以电子化设备为依托，实现隧道结构巡检工作的全电子化，规范隧道结构巡检工作，确保巡检人员的到位率和工作质量，提高效率和积极性，因此，该巡检技术提供了一种隧道结构养护工作的新方式。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为本发明中所依托的电子巡检系统的结构构成示意图。
[0010]图2为本发明中具有定位功能的数据采集模块结构构成示意图。
[0011]图3为本发明一实施例的传感器布设示意图，其中图3a为该实施例的断面荷载图，图3b为断面弯矩图，图3b为该实施例的传感器布设图。
[0012]图4为巡检周期的曲线图。
【具体实施方式】
[0013]一种隧道结构电子巡检系统，其特征在于隧道结构I中各巡检点设置有传感器3、与该传感器配合的数据采集模块4、电子标签2，该隧道结构电子巡检系统包括电子巡检仪6，与所述电子巡检仪连接的电子标签扫描器5，与所述电子巡检仪连接的计算机终端7。本发明的技术方案主要依托隧道电子巡检系统完成，该系统主要包括电子巡检仪6、传感器
3、具有定位功能的数据采集模块4、电子标签2、电子标签扫描器5和计算机终端7六部分，如图1示意。
[0014]图2中具有定位功能的数据采集模块4包括与传感器3相连接的数据采集和存储模块8，内置的电子标签9，模拟数字信号转换模块10、内置的数据采集模块与模数转换以及模数转换与电子标签间的通讯线路11，数据采集模块、模数转换模块、电子标签和通讯线路均包含在数据采集模块保护罩12中，以便粘贴于结构表面或埋于结构内部。
[0015]图1中的传感器3以预埋或表面粘贴的方式长期布设于隧道结构I内部或表面，以获取运营期隧道结构的状态信息；数据存储模块4用于采集和存储传感器3的监测数据，并将存储的数据定期发送至内置的电子标签；电子巡检仪6用于现场巡检数据的采集；电子标签2以预埋或表面粘贴的方式长期布设于隧道结构I内部或表面，用于巡检点定位以及当次巡检结果和巡检信息的记录；电子标签扫描器5主要根据电子巡检仪的指令，完成电子标签信息的读写工作；计算机终端7主要用于完成巡检工作规划以及巡检结果的存储和管理工作。
[0016]根据本发明的具体实施例，可以是所有的巡检点均设有电子标签2，或部分巡检点设有电子标签2，部分巡检点设有传感器3，所述传感器3与数据采集模块4配套设置，一般来说传感器3的种类主要为位移计、应变计、钢筋计、土压力计和收敛计等，各传感器3应选取隧道结构受力的关键断面进行布设，关键断面的位置应根据隧道实际穿越的地质条件和受力情况并经过计算分析后进行选取，一般应选取在最不利荷载作用下承载力相对较薄弱的位置、所处地质条件较差的位置、水压力较大的位置、有偏压的位置、管片接缝位置等，在每个关键断面传感器宜布设于变形或内力较大的位置等，如在承载力相对较薄弱的断面和有偏压的断面应根据实际受力增设应变计，在地质条件较差且有管片纵向接缝的位置应增设位移计和土压力计。
[0017]根据本发明的一个实施例，某隧道外半径为3.0Om,内半径为2.70m，管片宽度为
1.2m,管片厚度为0.3m，分块数目为6块，管片混凝土为C50。该隧道穿越的地质情况从上至下分别为人工填土、粉土及粉质粘土、粉质砂粘土 ；隧道位于粉质粘土层中，埋深10nT30m;地下水为地面下f3m。以埋深12m的断面为例，其受力如图3a所示(其中数据单位为kN*m)。在最不利荷载作用下，该断面所受弯矩如图3b (其中数据单位为kN*m)，其管片顶部内侧和侧面外侧受拉，管片顶部外侧和侧面内侧受压，弯矩最大值分别为125.5 kN.m和80 kN.m，根据混凝土材料特性，应按图3c所示位置在该管片顶部内侧和侧面外侧布设应变计11，当监测值超过58// ε (对应混凝土的开裂应力)时，应重点关注，当监测值超过800// ε时，应进入警戒状态。
[0018]巡检点的位置设定则依据计算机终端给出的巡检规划来完成，通常，巡检点位置按隧道构件(隧道管片、竖井、联通道、防排水设施等)分别布设，每构件布设时应按构件长度或面积均匀划分，对于在巡检过程中出现的较严重病害，应在该处增设巡检点，加强检查。巡检点的布设高度距离道路路面的垂直距离应小于2m。所述电子巡检仪具有相应巡检软件，能够对巡检数据进行采集和存储，并具有有线或无线数据传输功能。
[0019]隧道巡检工作的巡检周期宜按下列公式进行计算，
Β='7[1η(n-n) + 1]
其中N表示结构的设计使用年限，/7表示结构的运营时间，D表示巡检工作的巡检周期。由该公式可知，结构巡检周期与运营时间符合图4所示的曲线变化关系(以N=IOO年为例)。由该曲线可以看出，隧道结构在建成初期(0-20年)巡检周期宜为40天~37天，运营中期(21年飞O年)的巡检周期宜为3 7天~32天，运营后期(61年~100年)宜为32天~?天。
[0020]隧道结构电子化巡检系统的工作流程如下。
[0021]首先，在计算机终端上完成巡检工作规划，即确定各次巡检任务的工作内容、巡检点位置以及相应的巡检人员，然后数据管理终端将巡检规划内容发送至各电子巡检仪，巡检人员手持电子巡检仪到现场进行数据采集；按巡检规划中的位置进行布设有电子标签、传感器及与所述传感器配合的数据采集定位模块，每个电子标签和数据采集定位模块与相应的巡检点相对应，巡检人员根据电子巡检仪中巡检规划路线，依次按序对隧道结构中各巡检点进行巡检，在每个巡检点处，通过电子标签扫描器对电子标签扫描，并将信息反馈至电子巡检仪，电子巡检仪根据电子标签内的信息，调用该巡检点所要求的检查内容，由巡检人员进行检查和评判，待巡检人员完成该处检查信息后，将相应的检查结果通过扫描器写入至电子标签进行存储，当巡检点处布设有传感器时，巡检人员将与传感器配套的数据采集模块的数据以无线方式采集到电子巡检仪中，并将现场巡检信息写入数据采集模块内置的电子标签，完成该巡检点处的巡检工作，根据所述监测参数确定该巡检点的安全等级。在电子巡检仪中，将传感器的监测参数(如关键断面的应变值、管片错台值、土压力值等)按三等级进行划分，分别为安全状态(参数的安全值范围内)、重点关注状态(参数的安全值~参数极限值的40%)和警戒状态(参数极限值的40%~参数极限值的60%)，当被判断为重点关注状态时，宜将该巡检点处的巡检周期缩短至原来的三分之一，加强巡检；当被判断为警戒状态时，应每天进行巡检，并报相关部门，及时查明病害原因并进行维修。
[0022]本发明以电子化设备为依托，实现了隧道结构巡检工作的全电子化，规范巡检人员的现场工作，提高巡检人员工作质量、效率和积极性，因此，该巡检技术提供了一种隧道结构养护工作新方式。`
【权利要求】
1.一种隧道结构电子巡检系统，特征在于在隧道结构中各巡检点设置有电子标签，此外，该装置尚包括电子巡检仪，与所述电子巡检仪连接的电子标签扫描器，与所述电子巡检仪连接的计算机终端，在部分巡检点设有传感器以及与该传感器配合的数据采集定位模块，所述电子巡检仪与所述数据采集模块以无线方式进行通讯。
2.如权利要求1所述的电子巡检系统，其特征在于数据采集定位模块包括数据采集模块保护罩，该数据采集模块保护罩内设有数据采集存储模块、电子标签以及位于数据采集存储模块和电子标签之间的模拟数字信号转换模块，所述数据采集存储模块与传感器相连接，数据采集存储模块与模拟数字信号转换模块以及模拟数字信号转换模块与电子标签间通过通讯线路连接。
3.如权利要求2所述的隧道结构电子巡检系统，其特征在于所述传感器、数据采集模块和电子标签能够以预埋或表面粘贴的方式长期布设于隧道结构内部或表面。
4.如权利要求2所述的隧道结构电子巡检系统，其特征在于传感器为位移计、应变计、钢筋计、土压力计或收敛计。
5.如权利要求2所述的隧道结构电子巡检系统，其特征在于传感器设置在隧道结构受力的关键断面，包括在最不利荷载作用下承载力相对较薄弱的位置、所处地质条件较差的位置、水压力较大的位置、有偏压的位置、管片接缝位置。
6.一种隧道结构电子巡检系统的使用方法，其特征在于该方法包括以下步骤:在计算机终端上完成巡检工作规划，即确定各次巡检任务的工作内容、巡检点位置以及相应的巡检人员，然后数据管理终端将巡检规划内容发送至各电子巡检仪，巡检人员手持电子巡检仪到现场进行数据采集；按巡检规划中的位置进行布设有电子标签、传感器及与所述传感器配合的数据采集定位模块，每个电子标签和数据采集定位模块与相应的巡检点相对应，巡检人员根据电子巡检仪中巡检规划路线，依次按序对隧道结构中各巡检点进行巡检，在每个巡检点处，通过电子标签扫描器对电子标签扫描，并将信息反馈至电子巡检仪，电子巡检仪根据电子标签内的信息，调用该巡检点所要求的检查内容，由巡检人员进行检查和评判，待巡检人员完成该处检查信息后，将相应的检查结果通过扫描器写入至电子标签进行存储，当巡检点处布设有传感器时，巡检人员以无线方式从传感器配套的数据采集模块中将监测参数采集到电子巡检仪中，并将现场巡检信息写入数据采集模块内置的电子标签，完成该巡检点处的巡检工作，根据所述监测参数确定该巡检点的安全等级。
【文档编号】G07C3/00GK103778683SQ201210415286
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】周质炎, 杨玉泉, 赵晓燕, 杨元伟 申请人:上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司