一个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统技术方案

本发明专利技术涉及一个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统，它包括一个数据信息采集与无线传输平台和五个主要的子系统，分别是：基于物联网的施工信息采集与无线传输平台、信息收集与处理子系统、施工进度可视化与实时控制子系统、施工实时仿真与反馈子系统、预警预报与决策支持子系统和基于B/S架构的特大地下洞室群施工现场信息管理系统。本发明专利技术涵盖施工信息采集、施工进度组织管理、施工监测、施工安全控制、施工预警及应急决策特大地下洞室群施工安全方面，能满足地下工程复杂、多变、不确定的施工环境条件；能够动态分析、预测、展示地下洞室施工进度与施工安全，为地下洞室群进度控制与施工安全管理决策提供有力的分析工具和技术支持。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统，它包括一个数据信息采集与无线传输平台和五个主要的子系统，分别是：基于物联网的施工信息采集与无线传输平台、信息收集与处理子系统、施工进度可视化与实时控制子系统、施工实时仿真与反馈子系统、预警预报与决策支持子系统和基于B/S架构的特大地下洞室群施工现场信息管理系统。本专利技术涵盖施工信息采集、施工进度组织管理、施工监测、施工安全控制、施工预警及应急决策特大地下洞室群施工安全方面，能满足地下工程复杂、多变、不确定的施工环境条件；能够动态分析、预测、展示地下洞室施工进度与施工安全，为地下洞室群进度控制与施工安全管理决策提供有力的分析工具和技术支持。【专利说明】一个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统
本专利技术属于地下工程
，具体涉及一个适用于特大地下洞室群的施工专家 信息系统。
技术介绍
地下洞室是水利、交通、铁道、军事等诸多领域的重要结构物。在现有的工程实践 和理论分析水平下，地下洞室群工程在复杂环境(工程地质条件、水文条件、高地应力等）下 的施工安全存在很多亟待解决的关键技术问题。地下洞室群的基本特点在于地质环境复杂 多变，其施工方案必须要考虑大量关系错综复杂的、无法精确定量的地质因素、工程因素和 施工因素，并综合考虑使用要求、经费、技术条件、时间等的影响，然而要实现这一目的的前 提就是能够实时取得准确的施工现场数据信息并加以分析，这在实际施工过程中存在一定 难度，主要存在两个方面的问题：一是现有的监测仪器和监测手段对于海量数据的采集和 实时传输非常困难。另一个问题是基于安全分析与评价的施工仿真分析和表达。目前国内 外应用专家系统解决地下工程问题的研究较多，但所有的研究都集中在监测数据的分析与 评价上，且施工面貌表达上没有与监测信息相集成、施工过程仿真没有考虑结构安全的影 响，而在复杂、长距离地下洞室群布置下的无线数据传输方法上则没有涉及。物联网技术的 兴起在各行业中产生了深远影响，基于物联网技术的地下洞室群专家信息系统的研究目前 仍为空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于建立一套实用、科学的施工专家信息系统，涵盖施工信息采集、 施工进度组织管理、施工监测、施工安全控制、施工预警及应急决策方面，一方面，能满足地 下工程复杂、多变、不确定的施工环境条件；另一方面，以实时信息分析、施工进度控制及安 全评价预测为主要内容，能够动态分析、预测、展示地下洞室施工进度与施工安全，为地下 洞室群进度控制与施工安全管理决策提供有力的分析工具和技术支持。 本专利技术采用的技术方案如下： 基于物联网技术的地下洞室群施工专家信息系统集成了网络通信技术、贝叶斯法、多 层次模糊综合评价、反馈控制、实时仿真、数值模拟、专家知识、人工智能算法、实时监控、数 据库先进的技术与方法，同时综合考虑了地下洞室群施工的复杂环境条件，如图1所示，包 括工程施工过程中所涉及所有数据和资料，包含以下内容： (1) 工程资料数据库：用于存储与地下洞室群相关的地理、地质、水文、气象、流域、水 库、工程概况、枢纽状况、建筑物属性等信息，具有较好的层次结构，以便动态管理、维护和 扩充； (2) 监测仪器属性库：用于存储地下洞室群施工期监测系统布置、监测项目、监测仪器 参数等信息； (3) 安全监测原始数据库：用于存储自动采集或人工采集的监测仪器原始数值信息以 及施工现场录入的施工实际进度信息、资源利用情况信息等； (4) 资料整编数据库：存储经过整编换算、预处理之后的实际监测物理量数值信息以及 表现监测物理量时间和空间分布特征的图形、报表等； (5) 生成数据库：用于存储在系统运行中所有分析过程产生的中间数据及结果数据，包 括循环网络仿真数据、网络计划仿真数据、资源均衡优化分析结果信息、工序偏差智能分析 数据、洞室围岩参数动态反演结果、施工各阶段围岩稳定性数值仿真数据、施工开挖及支护 措施优化分析结果等。 由此构建了以安全监测信息、施工信息、人工数据自动无线采集为数据基础，以实 时信息分析与安全评价预测为主要内容的施工专家信息系统。 -个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统，由包括一个数据信息采集与无 线传输平台和五个主要的子系统，如图2所示，分别是：（1)基于物联网的施工信息采集平 台；（2)信息收集与处理子系统；（3)施工进度可视化与实时控制子系统；（4)施工实时仿 真与反馈子系统；（5)预警预报与决策支持子系统；（6)基于B/S架构的特大地下洞室群施 工现场信息管理系统。 (1)基于物联网的施工信息采集平台，用于实现地下洞室群施工进度控制、质量控 制与洞室安全控制的海量施工信息的实时无线采集及施工信息与网络数据库的实时、交互 式传输，达到施工全过程数字化监控的目的，该平台包括地下洞室群安全监测信息采集平 台模块、施工人员及机械实时监控信息采集平台模块和现场施工信息采集平台模块； 安全监测信息采集平台模块：用于地下洞室各安全监测全自动化信息采集，实现监测 数据的实时无线采集与传输，最大限度的排除人为因素的干涉，保证地下洞室群施工专家 信息系统对数据的实时性、准确性的要求； 施工人员及机械实时监控信息采集平台模块：用于施工现场人员的各种分类统计，并 显示现场施工人员及机械的当前实际位置分布，为决策者进行实时调度提供依据； 现场施工信息采集平台模块：具体分为现场施工进度信息实时采集、现场突发状况信 息采集、现场与总控中心实时通讯平台三个模块；现场施工进度信息实时采集模块用于采 集工程量信息、施工材料用量信息、施工资源及参数信息，为业主方实时进行工程造价控 制、资金管理控制、风险控制工作提供基础性的数据支持；现场突发状况信息采集模块用于 对突发不良地质状况实时采集，为决策者能够全局掌控总体工程的突发状况，进而为突发 状况数据挖掘及各专家系统功能提供实时的数据支持；现场与总控中心实时通讯平台模块 用于总控中心对施工现场状态全面把握、控制与及时的指挥、调度提供基础保障，提高突发 事故应急处理与工作效率； 该平台是建立以传感器监测层、汇聚网关层和应用服务层为核心的地下洞室群施工信 息米集平台； 传感器监测层作为地下洞室群物联网平台的感知层，一般由传感器式采集、定位式采 集和PDA式采集三种采集方式对地下洞室群施工信息进行采集。 传感器式采集方式主要是对地下洞室群施工中的围岩安全监测信息及施工环境 量信息进行实时采集；定位式采集方式主要是对地下洞室群施工中移动的施工人员及机械 进行位置信息进行实时采集；PDA (Personal Digital Assistant)式采集方式主要是对地 下洞室群施工中无法用传感器感知的信息及施工人员与总控中心的实时通讯信息进行实 时米集。 汇聚网关层为地下洞室群物联网平台的网络层，采用ZigBee技术来构建地下洞 室群物联网平台无线传感网络，负责将采集的数据实时录入到数据库中，实现信息采集的 全程无线传输。 应用服务层为地下洞室群物联网平台的应用层。通过地下洞室群施工专家信息系 统中各种专家功能对采集的数据进行实时分析，以达到实时全面掌握工程现场施工进度和 结构安全状态。 采用基于链本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个适用于特大地下洞室群的施工专家信息系统，其特征在于由包括一个数据信息采集与无线传输平台和五个主要的子系统，分别是：（1）基于物联网的施工信息采集平台，用于实现地下洞室群施工进度控制、质量控制与洞室安全控制的海量施工信息的实时无线采集及施工信息与网络数据库的实时、交互式传输，达到施工全过程数字化监控的目的，该平台包括地下洞室群安全监测信息采集平台模块、施工人员及机械实时监控信息采集平台模块和现场施工信息采集平台模块；安全监测信息采集平台模块：用于地下洞室各安全监测全自动化信息采集，实现监测数据的实时无线采集与传输，最大限度的排除人为因素的干涉，保证地下洞室群施工专家信息系统对数据的实时性、准确性的要求；施工人员及机械实时监控信息采集平台模块：用于施工现场人员的各种分类统计，并显示现场施工人员及机械的当前实际位置分布，为决策者进行实时调度提供依据；现场施工信息采集平台模块：具体分为现场施工进度信息实时采集、现场突发状况信息采集、现场与总控中心实时通讯平台三个模块；现场施工进度信息实时采集模块用于采集工程量信息、施工材料用量信息、施工资源及参数信息，为业主方实时进行工程造价控制、资金管理控制、风险控制工作提供基础性的数据支持；现场突发状况信息采集模块用于对突发不良地质状况实时采集，为决策者能够全局掌控总体工程的突发状况，进而为突发状况数据挖掘及各专家系统功能提供实时的数据支持；现场与总控中心实时通讯平台模块用于总控中心对施工现场状态全面把握、控制与及时的指挥、调度提供基础保障，提高突发事故应急处理与工作效率；（2）信息收集与处理子系统，用于监测信息收集和监测信息处理，包括监测信息前处理与后处理；该系统包括安全监测信息分析评估预测系统及监测数据库管理分析系统；安全监测信息分析评估预测系统：用于准确、直观地展现地下厂房所处三维地质结构和其内部各洞室、管线的三维实体模型，查询监测设备的相关属性和对应的监测数据及其生成的变化曲线，并方便查询特定目标测杆的监测情况以分析所在部位岩体的变形趋势；监测数据库管理分析系统：基于位移监测数据，生成围岩变形位移时间曲线、位移速率曲线、位移加速率曲线以及孔深位移曲线，以此分析洞室开挖过程中围岩变形的规律和洞室的稳定性；（3）施工进度可视化与实时控制子系统，用于工程开工后帮助工程管理人员和施工指挥者进行日常进度控制和施工决策，通过人机交互的方式提供辅助决策信息和下达计划的方案，帮助决策者合理选择计划方案，正确指挥施工生产，减少实际偏差，进而达到进度目标要求，完成全部施工任务；该系统包括计划施工进度分析模块、施工实时可视化仿真模块、施工进度实时调整控制模块及数据管理模块；计划施工进度分析模块：用于工序信息的录入及时间参数的计算，基于遗传算法的地下洞室群施工资源均衡优化方法获得优化后的施工进度计划，并将优化后的施工进度计划数据通过PSD模型进行可视化；施工实时可视化仿真模块：用于施工开工后进行实际动态施工条件下施工过程的仿真计算，并进行计算结果的实时可视化；施工进度实时调整控制模块：用于反馈数据的录入处理和后期进度的预测，提供偏差影响指标的数据，智能给出工序调整建议，供决策者根据工程的具体情况和经验来决策调整工作顺序和方案，并可进行调整后施工进度的可视化展示，辅助现场进度控制人员制订出后期进度计划；数据管理模块：用于为用户提供方便安全的系统数据的操作界面，及数据编辑及查询功能；（4）施工实时仿真与反馈子系统，实时模拟施工面貌下的洞室安全，从施工进度与安全两个角度综合评价、预测现有的施工方案对洞室整体安全及总工期的影响，当发生突发不良地质时能够快速给出处理措施，指导工程现场施工；该系统包括计划施工安全状况查询模块、响应施工现场实时仿真请求模块、洞室围岩力学参数实时智能反演分析模块、洞室围岩地应力实时智能反演分析模块、洞室围岩安全性实时预测与预测结果评价模块、基于实时安全仿真的施工支护措施与进度互馈分析模块、突发不良地质处理措施专家建议模块及洞室施工过程结构场动态可视化模块；计划施工安全状况查询模块：针对计划开挖方案，利用数值仿真技术进行洞室围岩安全性仿真，系统提供仿真分析结果的查询功能；响应施工现场实时仿真请求模块：用于实时响应来自施工现场的洞室安全性仿真分析请求，对现场仿真请求进行处理，并返回仿真结果，施工现场仿真请求提交者利用智能终端设备对仿真结果实时查询，实现洞室围岩安全性实时仿真功能；洞室围岩力学参数实时智能反演分析模块：用于为围岩安全性实时仿真分析提供最符合实际条件的力学参数；洞室围岩地应力实时智能反演分析模块：用于为围岩安全性实时仿真分析提供最符合实际条件的初始地应力；洞室围岩安全性实时预测与预测结果评价模块：用于当开挖方案或支护措施发生调整时对后续施工过程围岩安全性进行预测，根据对预测结果的评价...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：和孙文，厉建平，向建，陈茂，沈益源，王鹏禹，张社荣，肖明，徐磊，段汝键，杨成文，吴旭，吴方明，方浩，魏勇，王来所，叶明，赵海洋，郑道明，李敬，闫景参，崔微，
申请(专利权)人：中国水利水电第十四工程局有限公司，中国水利水电第六工程局有限公司，中国水利水电第七工程局有限公司，中国水利水电第十工程局有限公司，中国水利水电第十二工程局有限公司，中国水利水电第三工程局有限公司，天津大学，武汉大学，河海大学，
类型：发明
国别省市：云南;53