一种井内冻结法施工用温度监测管理系统的制作方法

本发明涉及冻结施工管理，具体的，涉及一种井内冻结法施工用温度监测管理系统。

背景技术：

1、冻结施工是将含水量多或者土壤情况复杂的土壤冻结起来，然后再进行其它土方作业的施工过程，是为了施工安全进行的前置作业。井内冻结施工通常用于隧道和地铁等地下工程，通过设置冷冻井铺设迭戈横向和竖向的冷冻管道实现快速冻结，以提高地质体的稳定性并防止地下水渗入。在冻结施工完成后，需要进行解冻过程，以恢复地质体的常温状态，保证施工区域的长期稳定性和安全性，但是解冻过程中，部分类型土壤如果解冻过快会产生融沉现象等问题，为了避免融沉等问题现象，施工单位的解冻过程往往会偏向自然解冻，而自然解冻依靠自然环境进行解冻，对部分工程尤其是大型工程，往往又需要数周乃至数月的时间，因此在解冻过程中辅助加热是提升施工效率的有效手段。

2、但是，目前的辅助加热解冻的过程管理控制还不够完善，一般是通过监测若干采样点土壤的温度和解冻过程中排水系统的水流量，并设置对应的临界值来判断解冻速度是否合适，单纯的设置临界值判断不够准确，并且排水系统的水流对土壤状态的反应具有滞后性，所以部分解冻结束后的后期工地检查过程中，往往还需要对多处异常情况，需及时采取加固或补救措施。鉴于此，本发明提出一种井内冻结法施工用温度监测管理系统，通过对冻结过程进行分析，提供合理的解冻过程的温度管控建议，减少后期检查过程中的异常情况。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种井内冻结法施工用温度监测管理系统，解决以下技术问题：

2、如何对冻结过程进行分析，提供合理的解冻过程的温度管控建议。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种井内冻结法施工用温度监测管理系统，包括：

5、第一监测模块、第二监测模块、解冻分析模块和解冻管理模块，所述第一监测模块用于对冻结区域及其周围受影响区域的地表温度进行监测，第一监测模块预设有目标温度并依据监测数据在冻结区域外生成基于目标温度的等温轮廓图；

6、所述第二监测模块包括边界监测单元和轮廓监测单元，所述边界监测单元用于对冻结区域的边界线竖直范围内地质体温度进行监测，所述轮廓监测单元在预设的监测时段内对等温轮廓图轮廓线竖直范围内地质体温度进行监测；

7、所述解冻分析模块基于冻结区域的施工方案以冻结区域中心点为基础设置若干监测方向，并在每个监测方向上根据轮廓线在监测时段内的偏移量和边界线在监测时段内的温度差对监测时间内解冻速度进行分析，分析结果包括解冻速度快，解冻速度适中和解冻速度慢，并将分析结果上传至解冻管理模块；

8、所述解冻管理模块包括加热单元，所述加热单元内预设有热能提供量，所述解冻管理模块依据分析结果在每个监测时段结束后生成下一个监测时段内加热单元的热能提供量的调整方案并应用于下一个监测时段内。

9、通过上述技术方案：提供了冻结施工解冻管理的过程，具体的，本发明通过对地表温度的监测构建等温轮廓图并获取轮廓线，以轮廓线的变化和与轮廓线对应的边界线的温度变化作为切入点对解冻过程进行管控，相比与传统的监测排水量和采样调查，更具有时效性和便捷性，能够为解冻过程提供科学有效的解冻建议，减少解冻用时。

10、作为本发明的进一步技术方案：设置若干监测方向的过程包括：

11、获取冻结区域施工方案中水平冻结管和竖直冻结管的布置图，并基于布置图生成冻结区域及其边界线；

12、依据俯视状态的冻结区域及其边界线的形状设置监测方向的数量。

13、作为本发明的进一步技术方案：获取分析结果的过程包括：

14、在每个监测方向上，根据轮廓线在监测时段内的偏移量和边界线在监测时段内的温度差获取方向状态系数；

15、对多个方向状态系数进行合格判定，基于判定结果生成解冻状态系数，判定结果包括合格和不合格；

16、将解冻状态系数与预设的分析区间进行比较，若解冻状态系数位于分析区间右侧，则输出分析结果为解冻速度快；若解冻状态系数位于分析区间左侧，则输出分析结果为解冻速度慢；若解冻状态系数落入分析区间，则输出分析结果为解冻速度适中。

17、作为本发明的进一步技术方案：获取方向状态系数的过程包括：

18、在一个监测时段内，分别对偏移量和温度差进行标准化处理，并分别以处理后的两个数据为自变量构建第一幂级数模型和第二幂级数模型；

19、为第一幂级数模型和第二幂级数模型各自设置权重系数；

20、根据第一幂级数模型和第二幂级数模型和各自设置的权重系数计算获取方向状态系数。

21、作为本发明的进一步技术方案：偏移量的获取过程包括：

22、当前监测时段内在一个监测方向内，构建直角坐标系；

23、通过第一监测模块获取冻结区域外地表温度的等温轮廓图，并截取与监测方向相对应的轮廓线；

24、基于轮廓监测单元对等温轮廓图轮廓线竖直范围内地质体温度进行监测获取的数据对截取的轮廓线进行修正，获取修正轮廓；

25、获取监测方向相对应的部分边界线以及该部分边界线对应的样函数，并基于修正轮廓和样函数获取目标函数，目标函数由样函数在相同坐标系内平移获得且目标函数与样函数之间的积分差最小；

26、将当前监测时段的目标函数与上个监测时段的目标函数相减获取偏移量。

27、通过上述技术方案：先是对截取的轮廓线进行修正，获取修正轮廓，再基于修正轮廓获取目标函数，两个获取过程都对数据进行了修正优化，减少部分误差大的数据影响最终结果，提升偏移量作为解冻状态表示参数的精准程度。

28、作为本发明的进一步技术方案：获取修正轮廓的过程包括：

29、将当前轮廓线与上一个可信轮廓线放在同一状态下进行比较；

30、将当前轮廓线与可信轮廓有着差异的若干部分进行标记获取标记轮廓，并通过轮廓监测单元对标记轮廓进行监测；

31、基于当前轮廓的标记轮廓与非标记轮廓在轮廓监测单元的监测结果对当前轮廓线进行修正：

32、若监测结果中标记轮廓与非标记轮廓的温度相差大，则将该部分标记轮廓替换为可信轮廓中的对应部分；

33、若监测结果中标记轮廓与非标记轮廓的温度相差不大，则保留该部分标记轮廓；

34、其中可信轮廓是与上一个轮廓的标记轮廓数量不超过预设数量的若干轮廓线中与当前轮廓线时间最接近的一个。

35、作为本发明的进一步技术方案：基于判定结果生成解冻状态系数的过程包括：

36、将方向状态系数与预设临界值进行比较，若所有方向状态系数大于临界值则判定结果为合格，将所有方向状态系数的平均值作为解冻状态系数；

37、若存在方向状态系数小于临界值则判定结果为不合格，则获取方向状态系数小于临界值的若干监测方向并进行二次判定，基于二次判定结果输出不同解冻状态系数。

38、作为本发明的进一步技术方案：二次判定的过程包括：

39、若，则从所有方向状态系数中剔除方向状态系数小于临界值的部分，并输出剩余的方向状态系数的平均值作为解冻状态系数；

40、若，则从选择方向状态系数小于临界值的部分，输出选择的方向状态系数的平均值作为解冻状态系数；

41、其中，是判定结果为不合格的所有方向状态系数对应的监测方向的角度值之和，是第1个监测时段轮廓线与临界线直接的面积，是预设的安全面积。

42、通过上述技术方案：提供了不同判定结果下解冻状态系数的获取方式，具体的，通过分类讨论的方式，提供了判定结果和基于判定结果的二次判断，细分了不同的场景，最大化避免误判导致后期的异常情况出现的可能。

43、作为本发明的进一步技术方案：生成下一个监测时段内加热单元的热能提供量的调整方案包括：

44、对当前监测时段的解冻状态系数，依据解冻状态系数与分析区间的位置关系，将解冻状态系数与分析区间中点的差值输入训练好的第一神经网络模型和第二神经网络模型中，并分别输出一个可能性最高的调整比例；

45、基于解冻状态系数与分析区间的关系，从输出的两个调整比例中选择一个作为热能提供量的调整方案。

46、本发明的有益效果：

47、（1）本发明通过对地表温度的监测构建等温轮廓图并获取轮廓线，以轮廓线的变化和与轮廓线对应的边界线的温度变化作为切入点对解冻过程进行管控，相比与传统的监测排水量和采样调查，更具有时效性和便捷性，能够为解冻过程提供科学有效的解冻建议，减少解冻用时。

48、（2）本发明对获取偏移量的数据进行了修正优化，减少部分误差大的数据影响最终结果，提升偏移量作为解冻状态表示参数的精准程度。

49、（3）本发明通过分类讨论的方式，提供了判定结果和基于判定结果的二次判断，细分了不同的场景，最大化避免误判导致后期的异常情况出现的可能。