一種施工隧道內(nèi)水平位移自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及監(jiān)控測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種施工隧道內(nèi)水平位移自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道施工過程中，對(duì)于不同圍巖級(jí)別的隧道，仰拱到掌子面的水平距離和二次砌襯到掌子面的水平距離均有一定的安全參數(shù)要求，這些水平距離常規(guī)測(cè)量主要依靠專業(yè)測(cè)量人員現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，以記錄水平測(cè)量距離，出洞后將測(cè)量數(shù)據(jù)輸入電腦，上報(bào)給相關(guān)監(jiān)管人員；當(dāng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，為提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，避免施工對(duì)測(cè)量人員生命安全造成危害，施工車輛禁止通行。
[0003]在隧道施工過程中，專業(yè)測(cè)量人員進(jìn)入隧道內(nèi)待測(cè)區(qū)域，若發(fā)生坍塌、冒頂?shù)惹闆r，會(huì)對(duì)測(cè)量人員生命安全造成威脅；在測(cè)量過程中，人為參與過多，記錄數(shù)據(jù)易受測(cè)量人員主觀情感影響，可能存在較大誤差；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量完畢，測(cè)量人員出洞后再將數(shù)據(jù)輸入電腦，此過程花費(fèi)時(shí)間較長，導(dǎo)致監(jiān)管人員不能及時(shí)的掌握現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，使隧道施工監(jiān)管存在安全隱患；現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，對(duì)施工車輛有限制性要求，影響隧道施工進(jìn)度；隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和隧道施工技能的提高，人們對(duì)監(jiān)控測(cè)量的準(zhǔn)確度、安全性、穩(wěn)定性、便利性要求越來越高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](—)要解決的技術(shù)問題
為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種施工隧道內(nèi)水平位移自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及方法。
[0005](二)技術(shù)方案
一種施工隧道內(nèi)水平位移自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)處理中心；所述的自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)由測(cè)距主站、測(cè)距分站組成，測(cè)距主站和測(cè)距分站分別位于隧道內(nèi)的測(cè)距參照點(diǎn)和待測(cè)點(diǎn)，完成兩點(diǎn)之間的距離測(cè)量；所述的無線通信系統(tǒng)主要由無線網(wǎng)橋組成，使隧道內(nèi)的測(cè)距數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)橋傳輸?shù)剿淼劳?；所述的監(jiān)測(cè)平臺(tái)位于監(jiān)控室的監(jiān)控主機(jī)上，實(shí)時(shí)顯示自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)傳輸?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)，具有手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量功能，并可自定義自動(dòng)測(cè)量時(shí)間間隔，可根據(jù)圍巖等級(jí)設(shè)置報(bào)警閥值，具有電池電量監(jiān)測(cè)功能，低于設(shè)定電量閥值時(shí)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)上會(huì)有低電量報(bào)警；所述的數(shù)據(jù)處理中心將自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)處理中心分析處理后顯示在監(jiān)測(cè)平臺(tái)上，并記錄自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)據(jù)，已形成數(shù)據(jù)曲線。
[0006]所述的測(cè)距主站包括屏蔽外殼和主站機(jī)芯，屏蔽外殼采用金屬材質(zhì)，防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP54，主要起固定、支撐和防護(hù)作用，并防止外部信號(hào)對(duì)主站機(jī)芯內(nèi)的信號(hào)造成干擾，主站機(jī)芯包括WIFI模塊、無線主串口模塊、主測(cè)距模塊、主數(shù)據(jù)管理模塊；WIFI模塊和無線主串口模塊分別與主數(shù)據(jù)管理模塊上的串口和3.3VDC電源連接，主測(cè)距模塊與主數(shù)據(jù)管理模塊的串口和2.5VDC電源連接，外部接入15VDC電源為測(cè)距主站供電，外部直流電壓通過主數(shù)據(jù)管理模塊為主站機(jī)芯內(nèi)的各模塊供電。
[0007]所述的WIFI模塊與隧道洞口處的WIFI設(shè)備進(jìn)行無線數(shù)據(jù)通訊，以便隧道內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)剿淼蓝纯诘谋O(jiān)控室，或監(jiān)管人員通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)發(fā)測(cè)距指令到隧道內(nèi)的測(cè)距主站。
[0008]所述的無線主串口模塊由無線和主串口組成，無線主串口模塊有三種工作模式，分別是省電模式、喚醒模式和正常模式，無線主串口模塊的工作模式由主數(shù)據(jù)管理模塊控制；當(dāng)為省電模式時(shí)，主串口關(guān)閉，無線處于空中喚醒狀態(tài)；當(dāng)為喚醒模式時(shí)，主串口打開，無線打開，發(fā)送喚醒碼給工作在省電模式的無線分串口模塊；無線主串口模塊發(fā)送喚醒碼后工作模式轉(zhuǎn)為正常模式，主數(shù)據(jù)管理模塊使能主測(cè)距模塊為正常狀態(tài)。
[0009]所述的主測(cè)距模塊由正常狀態(tài)和斷電狀態(tài)組成，主測(cè)距模塊的狀態(tài)由主數(shù)據(jù)管理模塊控制，當(dāng)處于正常狀態(tài)時(shí)，與分測(cè)距模塊進(jìn)行水平距離測(cè)量，當(dāng)處于斷電狀態(tài)時(shí)，主測(cè)距模塊斷電，以節(jié)省用電，降低功耗。
[0010]所述的主數(shù)據(jù)管理模塊主要由MCU和電源主管理部分組成，MCU以分析各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)，控制無線主串口模塊、主測(cè)距模塊工作模式，傳輸WIFI模塊的數(shù)據(jù)，電源主管理部分將外接直流電壓轉(zhuǎn)換成各個(gè)模塊所需的直流電壓，以供電于各模塊。
[0011]所述的測(cè)距分站包括屏蔽外殼和分站機(jī)芯，屏蔽外殼采用金屬材質(zhì)，外殼的防護(hù)等級(jí)可達(dá)IP54，主要起固定、支撐和防護(hù)作用，并防止外部信號(hào)對(duì)分站機(jī)芯內(nèi)的信號(hào)造成干擾，分站機(jī)芯包括無線分串口模塊、分測(cè)距模塊、分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊、供電電池；無線分串口模塊、分測(cè)距模塊和供電電池均與分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊連接。
[0012]所述的無線分串口模塊包括省電模式和正常模式，當(dāng)接受到無線主串口模塊發(fā)送的喚醒指令時(shí)，無線分串口模塊由省電模式轉(zhuǎn)換為正常模式，分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊使能分測(cè)距模塊為正常狀態(tài)，持續(xù)一個(gè)測(cè)距周期后，無線分串口模塊由正常模式轉(zhuǎn)換為省電模式，以降低功耗，延長供電電池的續(xù)航能力。
[0013]所述的分測(cè)距模塊由正常狀態(tài)和斷電狀態(tài)組成，分測(cè)距模塊的狀態(tài)由分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊控制，當(dāng)分測(cè)距模塊處于正常狀態(tài)，由分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊提供2.5V電源，與主測(cè)距模塊進(jìn)行水平距離測(cè)量，測(cè)距周期過后，分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊停止2.5V輸出，分測(cè)距模塊進(jìn)入斷電狀態(tài)。
[0014]所述的分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊主要由MCU和電源分管理部分組成，MCU用以分析無線分串口模塊的數(shù)據(jù)，控制無線分串口模塊和分測(cè)距模塊工作模式，電源分管理部分與供電電池的輸出連接，電源分管理部分上的電池電量檢測(cè)信號(hào)線與MCU連接，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電電池電量狀態(tài)，電源分管理部分上的輸出電源與各個(gè)功能模塊連接，以供電于各個(gè)模塊。
[0015]所述的供電電池為兩節(jié)3.6V/3.5AH鋰電池并聯(lián)，為測(cè)距分站提供電源。
[0016]一種施工隧道內(nèi)水平位移自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括以下步驟:
(1)通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)可以自動(dòng)或者手動(dòng)發(fā)送測(cè)量指令到數(shù)據(jù)處理中心，測(cè)量測(cè)距主站與測(cè)距分站間的距離；
(2)測(cè)量指令通過無線通信系統(tǒng)傳輸給自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)中的測(cè)距主站；
(3)測(cè)距主站接收到監(jiān)測(cè)平臺(tái)的指令后，控制無線主串口模塊由省電模式變?yōu)閱拘涯Ｊ?，并向無線分串口模塊發(fā)送喚醒指令；
(4)無線分串口模塊接收無線主串口模塊發(fā)送的喚醒指令，無線主串口模塊和無線分串口模塊進(jìn)入正常模式，無線主串口模塊使能主測(cè)距模塊由斷電狀態(tài)變?yōu)檎顟B(tài)，無線分串口模塊使能分測(cè)距模塊由斷電狀態(tài)變?yōu)檎顟B(tài)，測(cè)距主站與測(cè)距分站間開始基于時(shí)間差的水平距離高精度測(cè)量；
(5)測(cè)距主站將測(cè)量數(shù)據(jù)通過無線通信系統(tǒng)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理中心，數(shù)據(jù)處理中心將數(shù)據(jù)處理完成后，通過監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)顯示，當(dāng)水平測(cè)量距離超過對(duì)應(yīng)圍巖等級(jí)的安全距離時(shí)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)發(fā)出超安全距離報(bào)警，當(dāng)測(cè)距分站上的電池電量低時(shí)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)實(shí)時(shí)彈出電量過低警告；
(6)測(cè)量周期完成后，主數(shù)據(jù)管理模塊分別控制主測(cè)距模塊轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)和無線主串口模塊轉(zhuǎn)換為省電模式，分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊分別控制分測(cè)距模塊轉(zhuǎn)換為斷電狀態(tài)和無線分串口模塊轉(zhuǎn)換為省電模式。
[0017](三)有益效果
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
1、本發(fā)明提出了一種施工隧道監(jiān)控測(cè)量的新方法，采用該系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，不用人工現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作，大大提高了測(cè)量效率。
[0018]2、本發(fā)明采用監(jiān)測(cè)平臺(tái)進(jìn)行控制，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)二次砌襯、仰拱和掌子面間的水平距離，超出相應(yīng)圍巖等級(jí)的安全距離時(shí)，會(huì)實(shí)時(shí)安全報(bào)警，監(jiān)管實(shí)時(shí)，操作簡便，單人即可操作。
[0019]3、本發(fā)明中測(cè)距分站功耗低，采用電池供電，無走線布局，便于隧道施工，監(jiān)測(cè)平臺(tái)對(duì)電池電量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，方便設(shè)備維護(hù)。
[0020]4、本發(fā)明中的測(cè)距設(shè)備體積小，抗干擾性強(qiáng)，不受施工機(jī)械設(shè)備遮擋的影響，不受粉塵濃度影響，測(cè)量精度高，切實(shí)可用。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)組成圖。
[0022]圖2為本發(fā)明測(cè)距主站的開蓋俯視圖。
[0023]圖3為本發(fā)明測(cè)距主站的A-A剖視圖。
[0024]圖4為本發(fā)明測(cè)距分站的開蓋俯視圖。
[0025]圖5為本發(fā)明測(cè)距分站的A-A剖視圖。
[0026]圖6為本發(fā)明測(cè)量方法的具體流程圖。
[0027]圖中:1、監(jiān)測(cè)平臺(tái)，2、數(shù)據(jù)處理中心，3、無線通信系統(tǒng)，4、自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)，5、測(cè)距主站，6、測(cè)距分站，7、主站外殼，8、WIFI模塊，9、無線主串口模塊，10、主測(cè)距模塊，11、主數(shù)據(jù)管理模塊，12、分站外殼，13、無線分串口模塊，14、分測(cè)距模塊，15、分?jǐn)?shù)據(jù)管理模塊，16、供電電池，17、a棒狀天線，18、b棒狀天線，19、a連接線，20、b連接線，21、防水接頭，22、M3*5螺釘，23、M2*8螺釘，24、M2*4螺釘，25、M2螺母，26、M2*6+4滾花螺柱，27、M2*ll+4滾花螺柱，28、2*100_ 線扎。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明包括監(jiān)測(cè)平臺(tái)1，數(shù)據(jù)處理中心2，無線通信系統(tǒng)3，自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)4 ;監(jiān)測(cè)平臺(tái)I位于監(jiān)控室的監(jiān)控主機(jī)上，具有手動(dòng)和自動(dòng)測(cè)量功能，并可自定義自動(dòng)測(cè)量時(shí)間間隔，可根據(jù)圍巖等級(jí)設(shè)置報(bào)警閥值，對(duì)于歷史測(cè)量數(shù)據(jù)可自動(dòng)記錄，以便于形成歷史數(shù)據(jù)曲線，具有電池電量監(jiān)測(cè)功能，低于設(shè)定電量閥值時(shí)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)上會(huì)有低電量報(bào)警；數(shù)據(jù)處理中心2用于分析處理自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)平臺(tái)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；無線通信系統(tǒng)3主要由無線網(wǎng)橋組成，用于實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)和隧道外間的無線數(shù)據(jù)通信；自動(dòng)測(cè)距系統(tǒng)4包括測(cè)距主站5和測(cè)距分站6，測(cè)距主站5 —般設(shè)置在二次砌襯處的臺(tái)車上，作為主測(cè)點(diǎn)，測(cè)距分站6 一般設(shè)置在仰拱處的斷面上和掌子面處的臺(tái)車上，作為被測(cè)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)主站與分站間水平距離的無線自動(dòng)測(cè)量。
[0030]如圖2、3所示，測(cè)距主站5包括主站外殼7，WIFI模塊8，無線主串口模塊9，主測(cè)距模塊10，主數(shù)據(jù)管理模塊11 ;主站外殼7上具有一個(gè)電源輸入口和三個(gè)棒狀天線連接口，電源輸入口處裝有防水接頭21，；WIF