本實用新型屬于隧道施工技術領域，尤其涉及一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)。

背景技術：

近年來我國隧道建設呈現(xiàn)大規(guī)模的高速發(fā)展趨勢，但由于片面的追求工期、對地下工程的客觀規(guī)律認識不透徹、施工與設計存在偏差、現(xiàn)場管理不科學、施工人員安全意識淡薄等眾多原因，致使在隧道施工過程中頻發(fā)安全事故。因此在隧道施工尤其是高風險地質(zhì)段的隧道施工中，施工的安全預警顯得尤其重要，施工單位不僅能通過預警信息及時獲取隧道施工的現(xiàn)場情況，而且能夠有效的指導隧道施工，保證了隧道的安全施工。

在傳統(tǒng)的隧道監(jiān)測中，通常以“人工監(jiān)測，紙質(zhì)報告”的模式為主，由于隧道施工現(xiàn)場的復雜性及人為因素的干擾，導致現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)的真實性與可靠性較差，施工信息往往得不到及時、正確的反饋，使得管理者難以實現(xiàn)對施工全程的實時管理，極大地阻礙了隧道的信息化施工。

技術實現(xiàn)要素：

基于上述現(xiàn)有技術的不足，本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可實時獲取隧道施工現(xiàn)場安全情況并可實時管理隧道施工現(xiàn)場的預警系統(tǒng)。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為，一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)，包括現(xiàn)場檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、信息預警分析系統(tǒng)、中心控制平臺及預警裝置；所述現(xiàn)場檢測系統(tǒng)包括傳感器和檢測裝置，所述現(xiàn)場檢測系統(tǒng)通過CAN總線與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接；所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括依次連接的微控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集由現(xiàn)場檢測系統(tǒng)檢測的數(shù)據(jù)并通過所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳輸給信息預警分析系統(tǒng)進行分析；所述信息預警分析系統(tǒng)將分析結(jié)果傳輸給中心控制平臺；所述信息預警分析系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果來控制預警裝置的開啟和關閉；所述中心控制平臺控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開啟和關閉。

現(xiàn)場檢測系統(tǒng)可以通過傳感器和檢測裝置實時檢測隧道施工現(xiàn)場環(huán)境并將檢測結(jié)果實時傳輸至信息預警分析系統(tǒng)。信息預警分析系統(tǒng)通過將檢測結(jié)果與預設值進行比較即可確認隧道施工現(xiàn)場是否存在安全隱患，而且可以在存在安全隱患時及時通過預警裝置進行提醒，便于指揮人員遠程指揮及隧道現(xiàn)場的工作人員做出及時的應對措施。信息預警分析系統(tǒng)將分析結(jié)果傳輸給中心控制平臺，便于指揮人員實時掌控隧道施工現(xiàn)場情況。通過CAN總線傳輸數(shù)據(jù)的安全性高且準確度高，有助于及時準確地傳輸現(xiàn)場檢測系統(tǒng)的檢測數(shù)據(jù)。所述CAN總線是控制器局域網(wǎng)絡的簡稱，是國際上應用最為廣泛的現(xiàn)場總線之一。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述中心控制平臺與數(shù)據(jù)傳輸模塊之間、微控制模塊與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間、數(shù)據(jù)傳輸模塊與信息預警分析系統(tǒng)之間、信息預警分析系統(tǒng)與中心控制平臺和預警裝置之間采用無線網(wǎng)絡通信。通過無線網(wǎng)絡進行通信可以確保在任何情況下位于中心控制平臺的指揮人員都可以遠程且實時地掌握隧道施工現(xiàn)場的情況，也可以在有任何安全隱患的情況下及時通知隧道施工現(xiàn)場的工作人員。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述無線網(wǎng)絡為GPRS和/或3G網(wǎng)絡，以確保在任何情況下都可實時傳輸隧道施工現(xiàn)場的檢測數(shù)據(jù)并下發(fā)相應指令。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述傳感器包括一氧化碳傳感器、甲烷傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器；所述檢測裝置包括混凝土應變計、表面計、三維激光斷面儀。所述混凝土應變計埋設于混凝土支撐中，所述表面計安裝在鋼支撐表面，用于檢測隧道支撐軸力的大小。所述三維激光斷面儀用于檢測隧道施工現(xiàn)場的表面位移以及三維變形。上述傳感器和檢測裝置協(xié)同作用，能在最大程度上將可能存在的安全隱患及時傳輸給信息預警分析系統(tǒng)進行分析，有助于提升隧道施工的安全性。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述三維激光斷面儀設置于隧道拱頂和/或拱腰處。在拱頂處設置的三維激光斷面儀可以檢測隧道的下沉量，在拱腰處設置的三維激光斷面儀可對隧道的周邊收斂程度進行檢測。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述微控制模塊的型號為MSP430F149單片機。經(jīng)驗證，采用MSP430F149單片機作為微控制模塊可以確保在隧道施工這種特殊作業(yè)環(huán)境下仍保持較高的處理能力。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述中心控制平臺包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、指令分發(fā)模塊。在系統(tǒng)管理模塊，用戶可以建立不同的工程信息及監(jiān)測項目，從而實現(xiàn)多個工程同時管理及對具體工程現(xiàn)場檢測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的分類管理。在數(shù)據(jù)管理模塊，對于檢測的數(shù)據(jù)，可以按監(jiān)測里程與時間生成各種樣式的統(tǒng)計圖，便于分析隧道施工風險情況，同時，還可以接入隧道施工現(xiàn)場的監(jiān)控視頻，實現(xiàn)可視化操作，有助于全面多方位地了解隧道施工現(xiàn)場的狀況。在指令分發(fā)模塊，通過無線網(wǎng)絡下達數(shù)據(jù)采集指令，控制現(xiàn)場的采集頻率等作業(yè)方式，實現(xiàn)現(xiàn)場的遠程控制，便于指揮人員進行管理。

作為上述一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的進一步改進，所述預警裝置包括LED報警燈和/或蜂鳴報警器。通過LED報警燈在視覺上的警示功能以及蜂鳴報警器在聽覺上的警示功能，可以確保隧道施工現(xiàn)場的工作人員在緊急情況下及時應對。

附圖說明

圖1為本實用新型的一種隧道施工的安全預警系統(tǒng)的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示的預警系統(tǒng)，包括現(xiàn)場檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、信息預警分析系統(tǒng)、中心控制平臺及預警裝置；所述現(xiàn)場檢測系統(tǒng)包括一氧化碳傳感器、甲烷傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器、混凝土應變計、表面計和三維激光斷面儀，其中，在隧道拱腰和拱頂處均設置有三維激光斷面儀。所述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括微控制模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊，所述為控制模塊為MSP430F149單片機。所述預警裝置包括LED報警燈和蜂鳴報警器。所述中心控制平臺包括系統(tǒng)管理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和指令分發(fā)模塊。

中心控制平臺的指令分發(fā)模塊通過GPRS網(wǎng)絡下發(fā)數(shù)據(jù)采集指令；數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸模塊在接收到數(shù)據(jù)采集指令后，通過有線連接的方式再將指令傳送給微控制模塊，微控制模塊通過GPRS網(wǎng)絡將指令傳送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過CAN總線將指令傳送至現(xiàn)場檢測系統(tǒng)。

現(xiàn)場檢測系統(tǒng)將檢測的隧道施工現(xiàn)場的一氧化碳濃度、甲烷濃度、煙霧濃度、溫度、支撐軸力和隧道位移數(shù)據(jù)通過CAN總線傳送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將檢測數(shù)據(jù)用GPRS網(wǎng)絡無線發(fā)送至微控制模塊，再通過數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡無線發(fā)送至信息預警分析系統(tǒng)。

信息預警分析系統(tǒng)在獲取預設位置處現(xiàn)場檢測系統(tǒng)所檢測的數(shù)據(jù)之后將對檢測數(shù)據(jù)進行分析處理，并將分析結(jié)果發(fā)送至中心控制平臺的數(shù)據(jù)管理模塊。特別的，當分析結(jié)果中的超限濃度、超限時間、變形量、變形速率中任一指標大于對應的預設值時，信息預警分析系統(tǒng)將報警指令通過GPRS網(wǎng)絡無線發(fā)送到預警裝置，預警裝置立即發(fā)出強烈閃光和高音警鈴聲，施工現(xiàn)場根據(jù)預警裝置及時采取相對措施，保障了安全施工。