[发明专利]基于激光测距原理的地铁隧道变形实时监测与预警系统

说明书

技术领域

本发明涉及明涉及地铁隧道监测技术领域，具体涉及基于激光测距原理的隧道结构变形、定位实时监测与预警技术领域。

背景技术

随着经济的发展,越来越多的城市开始兴建地铁工程。地铁隧道建造在地质复杂、道路狭窄、地下管线密集、交通繁忙的闹市中心,其安全问题不容忽视。无论在施工期还是在运营期都要对其结构进行变形监测,以确保主体结构和周边环境安全。地铁路基的稳定性对城市交通的安全有着重要影响，地铁路基监测可以及时发现影响铁路正常运营的安全隐患。

目前，现有的地铁轨道机构监测技术有三类，人工静态检查、传感器检查、轨检车检查。传统的地铁轨道监测以人工静态检查为主，采用几何水准测量法，几何水准测量法只能在地铁停运的开窗期间进入隧道作业，且不能实现自动化测量。这种监测方式的缺点是无法及时、连续地进行动态监测。地铁的轨道检测现场条件恶劣，人工静态检测远远满足不了地铁轨道监测的要求。

随着实时性要求高的运营地铁隧道监测项目的增多，能够进行连续自动化监测的静态水准系统传感器测量方式得到了越来越多的广泛的应用，然而现有的传感器监测系统主要是“有线”的传感网络，存在安装困难、成本高、维护困难等缺陷。而大型轨道监测车，虽然能够高效快速的完成对整个地铁网轨道的监测工作，而检测参数也是非常丰富，几乎包括了与轨道、道床安全状态有关的所有参数，但是检测车造价昂贵，不可能满足灵活的调度。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了克服现有系统的无法实现、连续地跟踪监测，解决有线监测的布线困难，系统昂贵，维修不便的困难，本发明从隧道的形变特点出发，利用干涉法激光测距原理提供了一种新型的隧道定位监测系统，本系统不仅能够可以测量轨道路基的沉降，还能测量隧道围岩的形变。本系统能够达到实时监测、定位追溯、警报联动、远程控制、数据分析、统计报表的目的，并且能够实现对地铁轨道的精确监测，为地铁安全运行提供技术保障。

(二)为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于6LoWPAN的激光测距系统，主要由稳压电源电路系统、恒温箱控制单元、电路解析模块、控制键盘组成；

一种基于激光测距传感器的地铁隧道变形连续监测系统，包括数据采集系统和数据显示与处理系统；所述数据采集系统包括若干设置在巷道围岩和轨道路基的数据采集模块，所述数据采集模块包括位于地铁隧道横截面顶端的激光发射器装置，位于隧道围岩的双棱镜装置、激光接受器装置、反射镜装置，位于轨道路基和围岩的反光靶装置，供电装置，单片机。所述数据显示与处理系统包括上位机；所述上位机通过6LoWPAN网络与所述单片机互联，所述6LoWPAN网络包括由上位机控制的6LoWPAN单元及与单片机相连的6LoWPAN节点单元；所述激光发射器和激光接收器均连接供电装置，激光接收器装置内设有激光测距传感器，所述单片机分别连接激光测距传感器、驱动装置及供电装置。

进一步的，所述6LoWPAN单元与所述上位机的usb接口相连。

进一步的，所述数据采集模块三个构成一单元采集模块组，三个采集模块组中第一个采集模块的反光靶装置、反射镜装置同双棱镜水平放置，第二、三分别位于双棱镜水平线的上下侧。安装时，微调隧道围岩与地面上的激光反射靶、反射镜时，至激光接收器接收到的光强达到最大时固定反射靶、反射镜的角度和位置，并以此为初始值。

进一步的，所述各数据采集模块沿隧道进深方向不间断设置。

进一步的，所述各隧道横截面顶端的激光测距发射器装置设有1个，所述双棱镜装置与所述安装在轨道路基上的激光接收器装置在同一水平线上，所述的双棱镜装置到围岩上的激光接收器或轨道路基上激光接收器的光程相等。

进一步的，所述由上位机控制的6LoWPAN单元设置为网关模式，所述6LoWPAN网关与6LoWPAN节点参数一致。

进一步的，所述供电装置为移动电源。

本发明涉及的所采集到的数据的分析如下：

由光学强度计算公式：由I₀、I₁、I₂、I均可由仪器测得，故可计算出值；又光强变化的次数为：故可得一个采集模块中固定在路基和隧道围岩上的激光反射靶的变形情况：