一种隧道渗水动态化智能监测系统及方法与流程

1.本发明涉及大数据渗水监控技术领域，具体为一种隧道渗水动态化智能监测系统及方法。


背景技术：

2.我国的隧道发展已经进入高速发展阶段，现地铁每日承载的人数超过上千万人，因此隧道的安全性极其重要，需要每日对隧道内的安全进行监控；现隧道内的渗水情况十分严重，一旦隧道内发生积水，将会影响隧道结构的稳定性和影响隧道内的电路结构，需要对隧道内的渗水情况进行实时监测，保证隧道内部的安全；
3.现有一公开的文件，专利号为201810603263.x中公布了通过在隧道内的接缝处安装电阻片，监控电阻片内流过的数据，进而分析隧道内是否漏水，此方法解决了
4.1.不需要人工在固定的时间进行巡检，减少了人工费用；
5.2.使用了相比于其他方法对隧道漏水的情况进行检测，优势更加明显，效果更加突出；
6.但是该申请方案在隧道内的裂缝处随意粘贴电阻片，浪费了电阻片的资源，计算机还需要对较多数据进行一一分析、监测，并根据数据的情况反馈至技术人员进行维修，由于计算机检测较多的数据会导致数据反映不及时，也无法及时有效的反馈结果。因此，需要对上述方案进行改善。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种隧道渗水动态化智能监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种隧道渗水动态化智能监测系统，所述智能监测系统包括裂缝终端参数分析模块、隧道渗水定位模块和隧道渗水维修模块；
9.所述裂缝终端参数分析模块用于获取隧道内的裂缝参数，并对裂缝的状态进行分析；
10.所述隧道渗水定位模块用于根据隧道内裂缝延伸的状态，在裂缝处选择性安装电阻片监控隧道渗水情况；
11.所述隧道渗水维修模块用于检测电阻片流过的数据，若检测到异常数据时，对异常数据所对应裂缝处的渗水速度进行监测。
12.进一步的，所述裂缝终端参数分析模块包括终端拍摄单元、裂缝特征参数获取单元、裂缝面积变化对比单元、裂变概率分析单元；
13.所述终端拍摄单元用于通过摄像机对裂缝进行间断性拍照，并将拍摄照片输送至裂缝特征参数获取单元；
14.所述裂缝特征参数获取单元用于获取裂缝的特征参数，并将裂缝的特征参数输送
至裂缝面积变化对比单元；
15.所述裂缝面积变化对比单元用于计算裂缝的面积并与设定面积相比较；
16.所述裂变概率分析单元用于在经过若干次裂缝延伸的模拟实验后，判断裂缝特征延伸超过隧道上设定裂缝面积的概率；
17.所述裂变概率分析单元的输出端与终端拍摄单元、裂缝特征参数获取单元、裂缝面积变化对比单元的输入端相连接。
18.进一步的，所述隧道渗水定位模块包括电阻片数据获取单元、异常数据提取单元和异常数据定位分析单元；
19.隧道渗水定位模块包括电阻片数据获取单元、异常数据提取单元和异常数据定位分析单元；
20.所述电阻片数据获取单元用于获取裂缝的裂变后形成的面积超过设定面积的概率数据，根据所述概率数据，在裂缝处安装电阻片；获取流过电阻片上的数据，并将数据输送至异常数据提取单元；
21.所述异常数据提取单元用于截取流过电阻片上的异常数据，并将异常数据输送至异常数据定位分析单元；
22.所述异常数据定位分析单元用于获取存在异常数据时所对应隧道内裂缝的位置；
23.所述异常数据定位单元与电阻片数据获取单元和异常数据提取单元的输入端相连接。
24.进一步的，所述隧道渗水维修模块包括裂缝渗水速度获取单元、裂缝渗水量分析单元和裂缝维修度排序单元；
25.所述裂缝渗水速度获取单元用于获取裂缝渗水的速度，并将速度输送至裂缝渗水量分析单元；
26.所述裂缝渗水量分析单元用于对裂缝渗水的容量进行计算，并将计算结果输送至裂缝维修度排序单元；
27.所述裂缝维修度排序单元用于对比不同裂缝处的渗水量，根据渗水量进行排序并维修。
28.进一步的，一种隧道渗水动态化智能监测方法，所述智能监测方法执行如下步骤：
29.s01：通过摄像机对已有的裂缝进行间断性拍照，间断时间为s天，得到裂缝的照片集；
30.s02：根据裂缝的照片，获取裂缝的裂变速度、裂变位置和方向，得到裂缝的面积；
31.s03：获取裂缝的面积，通过蒙特卡洛算法得到第i次模拟后裂缝延伸超过隧道上设定裂缝面积的概率，根据裂缝概率的结果，在裂缝处安装电阻片，获得电阻片上所测量的电流数据；
32.s04：获取所测量的电流数据，对电流数据进行分析，得到异常电阻片的所在位置；
33.s05：获取异常电阻片所对应裂缝渗水的速度，根据裂缝渗水速度对裂缝维修进行排序，并反馈维修结果。
34.在步骤s02中，获取裂缝的照片集，根据照片内所显示的裂缝建立二维平面模型，并在二维平面模型中展示裂缝的横纵坐标；获取裂缝向外延伸时的延伸引角个数，获取裂缝中延伸引脚在二维平面模型中所对应的坐标值集合，具体为q＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,
y3)...(x
m
,y
m
)},m是指延伸引脚项数，则根据延伸引脚的坐标，裂缝向外扩展时所形成的面积为s0；
35.根据所更新照片集内裂缝的特征，得到所更新照片集内延伸引脚的坐标，并设定为(a,b)，根据坐标设定直线方程为：b＝av+c；
36.其中b是指新延伸引脚的纵坐标，a是指新延伸引脚的横坐标，v是指延伸引脚向外延伸的速度，c是指系数；
37.通过代入延伸引脚向外延伸的速度，得到模拟的延伸引脚的坐标，并根据坐标形成模拟的裂缝面积s1。
38.在步骤s03中，根据裂缝的面积，得到裂缝向设定面积外延伸的概率如下：
[0039][0040]
得到裂缝在第i次模拟后得到裂缝延伸至设定面积外的概率为：
[0041][0042]
若判断得到裂缝在第i次模拟后延伸至设定面积外的概率超过预设概率时，则在该裂缝处粘贴电阻片，获取电阻片上流过的电流数据；若判断得到i次模拟后得到裂缝延伸至设定面积外的概率小于预设概率值时，则继续监控概率值，直至概率大于预设概率值；
[0043]
其中：p是指概率，s2是指设定面积，f
s1
(t)是指所模拟裂缝面积的概率，是指对第1,2,3...o次的模拟概率进行计数。
[0044]
在步骤s04中，获取安装在裂缝处的电阻片数量，并获得流过电阻片时的电流数据集合，记作为i＝{i1,i2,i3...i
k
},k是指电阻片项数，i
k
是指流过第k个电阻片时所显示的电流数据；
[0045]
若检测到电流数据在时间段t＝{t1
‑
t2,t2
‑
t3,t3
‑
t4...t(n
‑
1)
‑
tn}内发生连续性变化，则表示整个电阻片所对应裂缝处发生渗水,对异常电流数据所对应的电阻片进行定位，并获取裂缝处渗水时的速度；
[0046]
若检测到电流数据在时间点t＝{1,2,3...n}时发生短暂性变化，则表示电阻片因外界原因下导致电流变化，与裂缝向外渗水无关，n是指时间点。
[0047]
获取异常电阻片所对应裂缝处渗水时的速度集合为w＝{w1,w2,w3...w
k
},k是指电阻片项数，w
k
是指第k个异常电阻片渗水时的速度,wd是指第d个异常电阻片渗水时的速度；
[0048]
r
[t(n
‑
1)
‑
tn]
＝w
k
*[t(n
‑
1)
‑
tn]>r
[t(d
‑
1)
‑
td]
＝w
d
*[t(d
‑
1)
‑
td]；
[0049]
若检测到在时间段[t(n
‑
1)
‑
tn]的渗水量大于预设渗水量，则需要预先对第k个异常电阻片进行维修，并反馈维修结果；
[0050]
其中：t(d
‑
1)
‑
td是指时间段。
[0051]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
[0052]
本发明使用了裂缝终端参数分析模块，能够分析得到裂缝状态的变化，判断得到裂缝延伸至设定面积时的概率，根据概率参数从而有效的选择电阻片对裂缝渗水情况进行分析，节省了购买电阻片的资金资源，确保数据能够及时反馈给技术人员，并对其进行有效维修；同时节约了人力成本，有效的保障了隧道的安全性；
[0053]
本发明借助了大数据，能够确保及时有效的获取裂缝各参数，为技术人员维修提供了依据和有效的保障。
附图说明
[0054]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
[0055]
图1是本发明一种隧道渗水动态化智能监测系统的步骤示意图；
[0056]
图2是本发明一种隧道渗水动态化智能监测系统的模块组成示意图。
具体实施方式
[0057]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0058]
请参阅图1
‑
2，本发明提供技术方案：
[0059]
一种隧道渗水动态化智能监测系统，所述智能监测系统包括裂缝终端参数分析模块、隧道渗水定位模块和隧道渗水维修模块；
[0060]
所述裂缝终端参数分析模块用于获取隧道内的裂缝参数，并对裂缝的状态进行分析；
[0061]
所述隧道渗水定位模块用于根据隧道内裂缝延伸的状态，在裂缝处选择性安装电阻片监控隧道渗水情况；
[0062]
所述隧道渗水维修模块检测水流流过电阻片时的电流变化数据，若检测到异常数据时，对异常数据所对应裂缝处的渗水速度进行监测，从而确保裂缝能够及时维修。
[0063]
进一步的，所述裂缝终端参数分析模块包括终端拍摄单元、裂缝特征参数获取单元、裂缝面积变化对比单元、裂变概率分析单元；
[0064]
所述终端拍摄单元用于通过摄像机对裂缝进行间断性拍照，并将拍摄照片输送至裂缝特征参数获取单元；
[0065]
所述裂缝特征参数获取单元用于获取裂缝的特征参数，并将裂缝的特征参数输送至裂缝面积变化对比单元；
[0066]
所述裂缝面积变化对比单元用于计算裂缝的面积并与设定面积相比较；
[0067]
所述裂变概率分析单元用于在经过若干次裂缝延伸的模拟实验后，判断裂缝特征延伸超过隧道上设定裂缝面积的概率；
[0068]
所述裂变概率分析单元的输出端与终端拍摄单元、裂缝特征参数获取单元、裂缝面积变化对比单元的输入端相连接。
[0069]
进一步的，所述隧道渗水定位模块包括电阻片数据获取单元、异常数据提取单元和异常数据定位分析单元；
[0070]
隧道渗水定位模块包括电阻片数据获取单元、异常数据提取单元和异常数据定位分析单元；
[0071]
所述电阻片数据获取单元用于获取裂缝的裂变后形成的面积超过设定面积的概
率数据，根据所述概率数据，在裂缝处安装电阻片；获取流过电阻片上的数据，并将数据输送至异常数据提取单元；
[0072]
所述异常数据提取单元用于截取水流流过电阻片时的电流异常数据，并将异常数据输送至异常数据定位分析单元；
[0073]
所述异常数据定位分析单元用于获取存在异常数据时所对应隧道内裂缝的位置；
[0074]
所述异常数据定位单元与电阻片数据获取单元和异常数据提取单元的输入端相连接。
[0075]
进一步的，所述隧道渗水维修模块包括裂缝渗水速度获取单元、裂缝渗水量分析单元和裂缝维修度排序单元；
[0076]
所述裂缝渗水速度获取单元用于获取裂缝渗水的速度，并将速度输送至裂缝渗水量分析单元；
[0077]
所述裂缝渗水量分析单元用于对裂缝渗水的容量进行计算，并将计算结果输送至裂缝维修度排序单元；
[0078]
所述裂缝维修度排序单元用于对比不同裂缝处的渗水量，根据渗水量进行排序并维修。
[0079]
进一步的，一种隧道渗水动态化智能监测方法，所述智能监测方法执行如下步骤：
[0080]
s01：通过摄像机对已有的裂缝进行间断性拍照，间断时间为s天，得到裂缝的照片集；
[0081]
s02：根据裂缝的照片，获取裂缝的裂变速度、裂变位置和方向，得到裂缝的面积；
[0082]
s03：获取裂缝的面积，通过蒙特卡洛算法得到第i次模拟后裂缝延伸超过隧道上设定裂缝面积的概率，根据裂缝概率的结果，在裂缝处安装电阻片，获得电阻片上所测量的电流数据；
[0083]
s04：获取所测量的电流数据，对电流数据进行分析，得到异常电阻片的所在位置；
[0084]
s05：获取异常电阻片所对应裂缝渗水的速度，根据裂缝渗水速度对裂缝维修进行排序，并反馈维修结果。
[0085]
在步骤s02中，获取裂缝的照片集，根据照片内所显示的裂缝建立二维平面模型，并在二维平面模型中展示裂缝的横纵坐标；获取裂缝向外延伸时的延伸引角个数，获取裂缝中延伸引脚在二维平面模型中所对应的坐标值集合，具体为q＝{(x1,y1),(x2,y2),(x3,y3)...(x
m
,y
m
)},m是指延伸引脚项数，则根据延伸引脚的坐标，裂缝向外扩展时所形成的面积为s0；
[0086]
根据所更新照片集内裂缝的特征，得到所更新照片集内延伸引脚的坐标，并设定为(a,b)，根据坐标设定直线方程为：b＝av+c；
[0087]
其中b是指新延伸引脚的纵坐标，a是指新延伸引脚的横坐标，v是指延伸引脚向外延伸的速度，c是指系数；
[0088]
通过代入延伸引脚向外延伸的速度，得到模拟的延伸引脚的坐标，并根据坐标形成模拟的裂缝面积s1；
[0089]
由于延伸引脚的裂变是随着时间和每天裂变的速度进行判断的，因此，在裂变未发生方向上的改变时，延伸引脚的裂变是按照根据直线方程显示的，因此能够根据在延伸引脚未发生方向上的改变时，推测出在二维平面中变化的程度。
[0090]
在步骤s03中，根据裂缝的面积，得到裂缝向设定面积外延伸的概率如下：
[0091][0092]
得到裂缝在第i次模拟后得到裂缝延伸至设定面积外的概率为：
[0093][0094]
若判断得到裂缝在第i次模拟后延伸至设定面积外的概率超过预设概率时，则在该裂缝处粘贴电阻片，获取电阻片上流过的电流数据；若判断得到i次模拟后得到裂缝延伸至设定面积外的概率小于预设概率值时，则继续监控概率值，直至概率大于预设概率值；
[0095]
其中：p是指概率，s2是指设定面积，f
s1
(t)是指所模拟裂缝面积的概率，第1,2,3...o次的模拟概率进行计数；
[0096]
通过对进行计算，分析了裂缝向外延伸并延伸至设定面积外的概率，因为在此使用了蒙特卡洛算法，通过蒙特卡洛算法能够对此该概率一直进行分析，省却了繁复的数学演化过程，同时保证了该算法在整个系统运用过程中的快速有效性，通过能够对裂缝向外扩张的概率进行分析，省却了人工进行推导或者演算的步骤，同时能够对裂缝的动态化变化进行监测，确保数据的准确性以及保证了隧道的安全。
[0097]
在步骤s04中，获取安装在裂缝处的电阻片数量，并获得流过电阻片时的电流数据集合，记作为i＝{i1,i2,i3...i
k
},k是指电阻片项数，i
k
是指流过第k个电阻片时所显示的电流数据；
[0098]
若检测到电流数据在时间段t＝{t1
‑
t2,t2
‑
t3,t3
‑
t4...t(n
‑
1)
‑
tn}内发生连续性变化，则表示整个电阻片所对应裂缝处发生渗水,对异常电流数据所对应的电阻片进行定位，并获取裂缝处渗水时的速度；
[0099]
若检测到电流数据在时间点t＝{1,2,3...n}时发生短暂性变化，则表示电阻片因外界原因下导致电流变化，与裂缝向外渗水无关，n是指时间点。
[0100]
获取异常电阻片所对应裂缝处渗水时的速度集合为w＝{w1,w2,w3...w
k
},k是指电阻片项数，w
k
是指第k个异常电阻片渗水时的速度,wd是指第d个异常电阻片渗水时的速度；
[0101]
r
[t(n
‑
1)
‑
tn]
＝w
k
*[t(n
‑
1)
‑
tn]>r
[t(d
‑
1)
‑
td]
＝w
d
*[t(d
‑
1)
‑
td]；
[0102]
若检测到在时间段[t(n
‑
1)
‑
tn]的渗水量大于预设渗水量，则需要预先对第k个异常电阻片进行维修，并反馈维修结果；
[0103]
其中：t(d
‑
1)
‑
td是指时间段；
[0104]
通过公式r
[t(n
‑
1)
‑
tn]
＝w
k
*[t(n
‑
1)
‑
tn]>r
[t(d
‑
1)
‑
td]
＝w
d
*[t(d
‑
1)
‑
td]，解决了技术人员在面临多个裂缝时，不知道具体修复哪一个裂缝的问题，从而保证隧道内质量安全问题。
[0105]
实施例1：获取两个异常电阻片所对应裂缝处渗水时的速度集合为w＝{w1,w2}＝{15次/min,30次/min}，分析第一个异常电阻片t7
‑
t10时间段以及第二个电阻片t4
‑
t7时间
段下的渗水量；
[0106]
通过计算：
[0107]
r
[t7
‑
t10]
＝w1*3＝15*3＝45；
[0108]
r
[t4
‑
t7]
＝w2*3＝30*3＝90；
[0109]
分析得到数据r
[t4
‑
t7]
>r
[t7
‑
t10]
；则第二个电阻片的渗水量大于第一个电阻片的渗水量，需要预先对第一个电阻片所对应的裂缝处进行维修。
[0110]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0111]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。