基于数字孪生和大数据的安全监测预警与处置系统的制作方法

1.本发明涉及建筑工程安全监测领域，具体涉及基于数字孪生和大数据技术对工程安全监测进行管理、预警、处置及辅助决策，并生成和更新工程安全监测信息数据库。


背景技术：

2.安全监测在建筑工程的建设期和运行期都至关重要，关系着建筑工程的安全和质量。现阶段主流的安全监测系统其功能还比较单一，仅能推送监测数据，部分有较为简单的预警提醒，不能直观反映各测点在工程中所处的位置，也不能进行预警处置及原因分析。这将导致对工程安全的全面把控度不够，对监测预警反应的及时性不够高，对预警原因的查找较为困难，很难以最高效率进行预警处置，不利于工程质量安全和人员生命安全的保障。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供基于数字孪生和大数据的安全监测预警与处置系统，能够实时直观地反映监测数据，发生预警及时提醒，并基于大数据进行辅助决策。
4.本发明所采用的技术方案是：
5.基于数字孪生和大数据的安全监测预警与处置系统，包括建筑工程监测信息数字孪生模型、安全监测预警平台、监测信息数据库；所述建筑工程监测信息数字孪生模型采用bim建模与gis场景结合的方法构建而成，建筑工程监测信息数字孪生模型用于直观展示各监测点位的具体信息和位置；所述安全监测预警平台接入建筑工程监测信息数字孪生模型，根据不同类型监测数据设置监测预警阈值，并设置预警机制，按照预警级别自动触发预警机制，向不同人员发送预警提醒，安全监测预警平台通过建筑工程监测信息数字孪生模型直观展示预警发生的部位及数值，用于设置预警机制、发送预警提醒、在线协同处置预警险情；所述监测信息数据库根据监测类型分类储存预警原因及处置措施，接收所述安全监测预警平台的数据，所述安全监测预警平台将确认后的预警原因及处置措施反馈至所述监测信息数据库，安全监测预警平台通过大数据算法计算各可能的预警原因出现的概率，更新进化监测信息数据库。
6.进一步地，所述建筑工程监测信息数字孪生模型包含监测的类型、位置、监测值，以及建筑物及周围地形地貌等信息要素。监测类型根据工程实际包括振动监测、位移监测、应力监测、倾斜监测、裂缝监测、渗透监测等各种类型，在建筑工程监测信息数字孪生模型中按照实际埋设位置及类型进行标记并展示，并与所述安全监测预警平台的监测值进行关联，根据实时监测值是否达到预警阈值展示不同的状态。若未达预警阈值，监测点为绿色；若达三级预警但未达二级预警，则监测点变为黄色；若达二级预警但未达三级预警，则监测点变为橙色；若达一级预警阈值，则监测点变为红色。
7.进一步地，所述安全监测预警平台包含数据采集模块、预警阈值设置模块、预警处置模块三个模块。数据采集模块根据工程实际分为自动采集模块和人工采集模块两种。自
动采集模块直接连接监测设备，监测数据自动读入至所述安全监测预警平台；人工采集模块需专人定时对监测数据进行记录并输入至所述安全监测预警平台。预警阈值设置模块为不同监测类型的阈值管理模块。在预警阈值设置模块里可对不同监测类型的预警阈值进行设置和管理。预警处置模块为发生预警时各方进行预警分析、远程协同、预警处置及流程审批的模块。所述安全监测预警平台的辅助决策功能存在于预警处置模块的预警分析部分。
8.进一步地，所述监测信息数据库采用大数据统计与反馈训练，结合所述安全监测预警平台中对原因和措施的确认，不停训练进化数据库，此不断更新的数据库，又可以辅助决策预警原因及处置措施。
9.进一步地，所述安全监测预警平台，内置初始监测信息数据库，初始监测信息数据库为监测信息数据库的初始状态，包含部分监测类型的部分预警原因和部分处置措施，以及相应的出现概率。初始监测信息数据库中的预警原因和处置措施采用多对多的方式映射关联，一种预警原因可关联多种处置措施，多种预警原因也可关联一种处置措施。
10.进一步地，所述安全监测预警平台，在出现预警后，自动推送可能的预警原因及对应的处置措施，预警原因按照可能性排序，并备注各预警原因出现的次数和概率。
11.进一步地，所述安全监测预警平台，支持辅助决策和线上协同，相关责任人员可参考预警原因及处置措施进行辅助决策，远程线上协同确认预警原因及处置措施。
12.本发明的有益效果是：
13.本发明能够直观反映各监测点在工程中的位置，提升对工程安全的整体全面把控；在出现安全隐患时，能及时自动计算是否达到预警标准，并第一时间推送预警信息至相关责任人，提升预警反应的及时性；可进行辅助决策，自动进行预警原因分析并推荐预警处置方案，实现在线查看预警点位置并线上协同进行预警处置；可形成预警原因与处置措施动态更新的监测信息数据库，提升后续辅助决策的精准度。
附图说明
14.图1为本发明的逻辑框图；
15.图2为建筑工程监测信息数字孪生模型的结构图；
16.图3为安全监测预警平台的结构图；
17.图4为监测信息数据库的结构图。
18.图中：1-建筑工程监测信息数字孪生模型；2-安全监测预警平台；3-监测信息数据库；21-数据采集模块、22-预警阈值设置模块、23-预警处置模块。
具体实施方式
19.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
20.如图1至图4所示，本发明基于数字孪生和大数据的安全监测预警与处置系统，包括建筑工程监测信息数字孪生模型1、安全监测预警平台2、监测信息数据库3。
21.建筑工程监测信息数字孪生模型1包含监测的类型、位置、监测值，以及建筑物及周围地形地貌等信息要素。监测类型根据工程实际包括振动监测、位移监测、应力监测、倾
斜监测、裂缝监测、渗透监测等各种类型，在数字孪生模型中按照实际埋设位置及类型进行标记并展示，并与安全监测预警平台的监测值进行关联，根据实时监测值是否达到预警阈值展示不同的状态。若未达预警阈值，监测点为绿色；若达三级预警但未达二级预警，则监测点变为黄色；若达二级预警但未达三级预警，则监测点变为橙色；若达一级预警阈值，则监测点变为红色。
22.安全监测预警平台2包含数据采集模块21、预警阈值设置模块22、预警处置模块23等三个模块。数据采集模块21根据工程实际分为自动采集模块和人工采集模块两种。自动采集模块直接连接监测设备，监测数据自动读入至安全监测预警平台2；人工采集模块需安排专人定时对监测数据进行记录并输入至安全监测预警平台2。预警阈值设置模块22为不同监测类型的阈值管理模块。在预警阈值设置模块22里可对不同监测类型的预警阈值进行设置和管理。预警处置模块23为发生预警时各方进行预警分析、远程协同、预警处置及流程审批的模块。安全监测预警平台2的辅助决策功能存在于预警处置模块23的预警分析部分。以某随洞口锚杆应力超限为例，锚杆应力计的数据实时传送至安全监测预警平台2的数据采集模块21，与预警阈值进行比较，根据是否达到预警阈值及预警级别，在数字孪生模型中进行显示，并且短信提醒相关责任人员。相关责任人员可在数字孪生模型中查看预警监测点在工程中的位置，并进行预警分析辅助决策，平台自动推送的锚杆应力超限预警原因及对应处置措施共有两种，分别为：1、预警原因是爆破开挖引起锚杆应力瞬时增大，对应处置措施为加强监测、爆破时注意炸药的安放，避免对边坡岩体造成过大扰动；2、预警原因是岩体出现裂缝或者滑裂面，对应处置措施为加强支护或者对滑裂面进行预挖除。相关责任人员可远程协同线上协商选择一种预警原因和处置措施，也可以根据工程实际新增一种预警原因和处置措施。协商确定后，进行预警处置流程：施工单位填写预警原因、处置措施并反馈处置情况后，进行流程发起，依次经监理审批、业主确认后，完成预警处置，数字孪生模型中取消该监测点的预警显示，恢复为正常显示。
23.监测信息数据库3内按照监测类型、预警级别进行分类分级，每一类监测类型的不同预警级别下对应相应的预警原因和处置措施。在监测信息数据库3初始状态下内置一些可能的预警原因和处置措施，随着安全监测预警平台2的使用，可扩充数据库，并提升原因预测的准确性。以某隧洞口锚杆应力监测为例，其三级预警的数据库初始内置预警原因和处置措施有两种，各自的初始设置次数均为1次，概率均为50％，具体如下：1、预警原因是爆破开挖引起锚杆应力瞬时增大，对应处置措施为加强监测、爆破时注意炸药的安放，避免对边坡岩体造成过大扰动(次数1，概率50％，以下简称“原因措施1”)；2、预警原因是岩体出现裂缝或者滑裂面，对应处置措施为加强支护或者对滑裂面进行预挖除(次数1，概率50％，以下简称“原因措施2”)。在安全监测预警平台2投入使用后，出现3次锚杆应力三级预警，其中2次预警处置为原因措施1，其中1次预警的原因和措施为新增项：3、预警原因是锚杆应力计失效，对应处置措施为拆除或者修复锚杆应力计(以下简称“原因措施3”)。在通过数据统计后，数据库中的锚杆应力三级预警的原因和措施为：原因措施1，次数3，概率60％；原因措施2，次数1，概率20％；原因措施3，次数1，概率20％。在经过长期多次的反馈训练后，监测信息数据库3会不断更新并拥有越来越高的辅助决策精度。
24.上述实施例结合附图对本发明进行了描述，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提
下，用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，这些均属于本发明的保护范围。