【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及隧道监测，尤其涉及一种基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统及方法。
技术介绍
1、隧道灾害的监测是一个多维度、跨学科的技术挑战，特别是在当前的工程实践中，灾害的类型多样且相互关联。当前隧道灾害监测大多聚焦于单一灾害类型(如岩爆、渗漏水)，监测手段相对孤立，缺乏对多种灾害协同作用的有效评估。即现有的隧道灾害监测技术主要针对单一灾害类型，如岩爆、渗漏水、火灾或气体泄漏等，这些系统包括地质雷达、应变计和振动传感器，主要用于探测特定的异常活动。地质雷达侧重于探测岩层结构的连续性和完整性，应变计用于监测岩体或结构的应力变化，而振动传感器则用于识别由交通或地质活动引起的振动。虽然这些系统在特定领域能够提供准确的监测数据，但它们在处理多种灾害类型的协同效应时存在局限性。在隧道施工和运营过程中，岩爆和水害可能同时发生，此时单一监测系统难以提供全面的安全评估。这些系统往往依赖独立的监测网络和数据处理中心，信息孤岛现象严重，数据的综合分析和应用效率低下，难以形成对隧道安全状况的全面判断。
2、现有技术的另一个缺点是，它们大多依赖于定点监测技术，这意味着只能在特定的、有限的地点进行数据采集。这种方法不仅监测覆盖面窄，而且对于那些地形复杂或地质条件多变的隧道环境，其效果更是受到限制。传统的监测设备安装和维护成本高，尤其是在隧道运营期间，对交通流的影响也是一个不容忽视的问题。此外，现有的隧道监测系统通常设置在隧道的关键部位，例如隧道两端、转弯处、地质复杂区等，这种固定点的监测方式使得监控覆盖面积有限，难以实现对整个隧道的连
3、当前隧道灾害监测技术的依赖于事后分析的方式，在安全管理上存在明显的局限性。事后分析通常意味着在收集了足够的监测数据之后，数据需要被传输到远程服务器上进行分析处理，这个过程涉及数据的整合、清洗以及复杂的计算分析，才能得出隧道的安全状态。这种模式虽然提供一定的安全评估，但在急需实时反应的情况下，如隧道内部发生突发水害或岩石塌陷时，事后分析的响应速度远远不能满足实际需要。因此，存在着一个迫切需要解决的技术问题，即如何整合和升级现有的隧道监测技术，以提高其在多灾害环境下的响应速度和准确性。
技术实现思路
1、专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统及方法，该监测系统及方法采用多种物理参数监测技术，如振动、应变、温度，通过高度集成的传感器网络实现对隧道周围地质环境的全面监测，不仅提高了对复杂地质活动的监测能力，而且通过数据融合技术实现对多种灾害因素的实时评估和预警；进而极大地提高隧道灾害预防和应对的效率，为隧道安全管理提供科学、全面的技术支持。
2、技术方案：本专利技术基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，包括多场传感器、复合感测光缆、主服务器和云计算平台。
3、多场传感器包括振动传感器、应变传感器、温度传感器、渗水与湿度传感器、气体传感器和倾斜传感器；
4、复合感测光缆与多场传感器相连；主服务器包括通信模块和卫星通信模块；云计算平台包括数据处理与存储模块、预警响应模块；
5、所述数据处理与存储模块接收到主服务器的数据，将数据经过预处理后，输入到多场数据融合算法中，并识别潜在的灾害；
6、所述预警响应模块通过预设渠道发布预警信息。
7、振动传感器监测隧道结构的振动频率fv，捕捉由地质活动、车辆通行、以及潜在灾害引起的微小振动变化。
8、应变传感器测量隧道衬砌或周边岩石的应变率ε'，反映结构的应力状态变化，是评估结构稳定性、预测塌方风险的重要指标。
9、温度传感器监测隧道内外的温差δt，进而识别因温差引起的结构应力变化以及评估火灾风险。
10、渗水与湿度传感器监测隧道壁和周围土壤的湿度变化，及时发现渗漏水现象，评估地下水活动对隧道安全的影响。
11、气体传感器，包括一氧化碳、硫化氢、氧气气体浓度的监测，预警火灾及其它气体泄漏灾害，保障通风安全。
12、倾斜传感器监测隧道结构的微小位移，评估结构变形或地表沉降情况。
13、复合感测光缆除了用于连接多场传感器传输数据外，本身也同时监测温度、应力多个参数，适用于长距离、高精度的监测。
14、主服务器中内置通信模块(支持4g/5g)和卫星通信模块(采用北斗卫星系统)，以确保数据稳定高效传输。
15、由于预警灾害数据量庞大，需要更高的带宽和更低的延迟，通信技术模块采用采用4g/5g技术，卫星通信模块采用北斗卫星系统，确保传感器数据的稳定、高效传输至云计算平台。
16、云计算平台中的数据处理模块接收到主服务器的数据，将数据经过预处理后，输入到多场数据融合算法中，再利用灾害识别模型，识别潜在的灾害。
17、预警响应模块能根据识别的灾害类型、预计影响范围和危险等级，通过短信、邮件、应用软件推送等渠道自动发布预警信息，预计影响范围、危险等级，确保及时应对。
18、云计算平台，具备数据处理、存储模块以及预警响应模块，实现数据预处理、多场数据融合、灾害识别与预警发布功能；具体为，云计算平台的数据处理模块采用python工具进行数据预处理、滤波、噪声去除和异常值检测，通过多场数据融合算法生成灾害风险指数，并利用灾害识别模型自动识别潜在灾害。
19、本专利技术基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测方法包括以下步骤：
20、步骤(1)，将多场传感器埋设至各点位后，与复合感测光缆连接，复合感测光缆作为传感器，通过光缆将数据传输至主服务器；
21、步骤(2)，主服务器优先使用4g/5g系统进行数据传输，如无法通过4g/5g系统传输则切换为卫星传输；
22、步骤(3)，数据传输至云计算平台后，先进行初步的滤波、噪声去除、异常值检测，使用python对所述数据初步处理；
23、步骤(4)，将步骤(3)处理后的数据进行多场数据融合，利用如下公式来整合各参数，生成一个综合的灾害风险指数，公式如下：
24、
25、其中，i灾害风险代表综合灾害风险指数；fv：震动频率；ε'代表应变率；δt代表温度差；h代表湿度；c代表气体浓度；d代表位移；α，β，γ，δ，η，ζ，θ，κ，λ，μ，ψ，ν：代表权重系数；
26、步骤(5)，基于步骤(4)的公式，使用遗传算法，进行多场数据融合；
27、步骤(6)，根据步骤(5)的算法，得到的结果超过阈值，则报警并且识别灾害，通过预设信息传播渠道，给出预防灾害的处理建议并进行传播。
28、步骤(6)中，如果得到的结果没有超过阈值，则自动保存数据，并作为历史数据使系统不断的优化。
29、工作原理：本专利技术基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统集成了振动、应变、温度、渗水本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：包括多场传感器、复合感测光缆、主服务器和云计算平台；
2.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述振动传感器监测隧道结构的振动频率fv，并捕捉由地质活动、车辆通行、以及潜在灾害引起的振动变化。
3.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述应变传感器测量隧道衬砌或周边岩石的应变率ε'，反映结构的应力状态变化。
4.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述温度传感器监测隧道内外的温差ΔT，进而识别因温差引起的结构应力变化。
5.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述渗水与湿度传感器通过监测隧道壁和周围土壤的湿度变化，检测渗漏水。
6.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述倾斜传感器监测隧道结构的微小位移，检测结构变形或地表沉降。
7.根据权利要求1所
8.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述预警信息包括灾害类型、预计影响范围和危险等级。
9.一种基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测方法，其特征在于：步骤(6)中，如果得到的结果没有超过阈值，则自动保存数据，并作为历史数据使系统不断的优化。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：包括多场传感器、复合感测光缆、主服务器和云计算平台；
2.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述振动传感器监测隧道结构的振动频率fv，并捕捉由地质活动、车辆通行、以及潜在灾害引起的振动变化。
3.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述应变传感器测量隧道衬砌或周边岩石的应变率ε'，反映结构的应力状态变化。
4.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述温度传感器监测隧道内外的温差δt，进而识别因温差引起的结构应力变化。
5.根据权利要求1所述的基于多场耦合响应的隧道综合灾害智能监测系统，其特征在于：所述渗水与湿度传感器通过监测...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱鸿鹄，谭道远，张巍，施宏兵，杨建冬，王静，
申请(专利权)人：南京大学苏州高新技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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