隧道工程智能监测及信息管理系统的研究现状与展望杨朝晖

发布时间：2021-08-20T09:45:17.801Z 来源：《中国科技人才》2021年第15期 作者： 杨朝晖

[导读] 近年来，我国大力发展轨道交通建设，已建成的地铁隧道、水下隧道、公路隧道、铁路隧道日益增多，我国已成为世界上隧道建造数量最多、施工地质环境最复杂、施工难度最大的国家。杨朝晖

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摘要：近年来，我国大力发展轨道交通建设，已建成的地铁隧道、水下隧道、公路隧道、铁路隧道日益增多，我国已成为世界上隧道建造数量最多、施工地质环境最复杂、施工难度最大的国家。在新建隧道施工过程中，由于地质条件的复杂多变性和岩土体性质把握的不准确性，使隧道设计和施工中难免存在不合理之处，不可避免地使隧道出现结构变形、开裂、掉块、轨道几何状态改变等危害，严重时甚至发生工程事故，影响工程质量、工程进度及施工安全。 关键词：隧道工程智能监测信息管理系统展望 前言：

隧道信息化施工是保障隧道安全施工的重要思想，其中监测信息采集和监测信息管理是信息化施工的主要内容，也是隧道监测信息管理系统的核心。随着测量技术的发展，隧道施工智能监测技术已成为目前隧道信息化施工发展的大趋势。 一、隧道工程智能监测研究现状

1.隧道智能管控系统应用工程为某单位地下管线更新改造项目，小区红线内地下管沟更新改造1 282m，隧道采用暗挖法施工。综合管沟内设置路灯线路、监控线路、燃气管道、弱电预留管道、热力一次线、热力二次线、给水管道、雨水管道、污水管道等管线。安装工程包括强电、通风、消防电、弱电、强弱电支架和套管、热力综合管道等市政配套管线设施。按照隧道文明施工标准，智慧线安装在隧道内右侧，通过膨胀螺栓、自攻螺栓、离墙码固定。安装过程中应注意以下方面。1）隧道拐角互通处，采用扩展基站连接隧道两侧智慧线并在拐角处加密离墙码。2）智慧线安装在最下方，与隧道内其他管线保持平行，互不干扰。3）根据掌子面施工进度，将智慧线进行延展，覆盖已施工隧道。在综合控制器安装之前，需要确认已正确安装驱动程序、linux 内核以及Syslog。综合控制器及射频信号基站采用膨胀螺栓、自攻螺栓、离墙码固定在管廊右侧墙壁上。系统摄像头、控制器、环境监测器等组件通过智慧线连接，并与隧道智能管控系统相接，可根据需要布置各种设备在隧道中的位置。

2.物联网技术。物联网是信息产业的第三次浪潮，基础是RFID 系统，是计

算机技术、互联网技术、通信技术、嵌入式和微电子技术发展到一定程度的主要产物。从狭义角度来看，物联网指的是用于连接物和物之间的网络系统。从广义角度来看，物联网可看作信息空间和物理空间的有效融合，实现了高效、安全的信息交互。物联网的实质是一种拥有感知、计算、通信能力的微型智能传感器，以其作为连接节点，形成的传感网络。基于物联网的隧道智能监测系统功能模块主要以隧道工程监测数据为核心，面向隧道监测点，并对每个监测点进行系统化管理。以隧道工程监测日常工作、性质、辅助管理决策为中心来组织数据和实现其相应的计算机数字化管理模式。此系统由多个子系统共同组成，包括：监测信息查询系统、监测预报警展示系统、监测数据分析决策系统、监测数据报表及图表生产系统、用户权限管理系统、文档资料管理系统、监测点及监测数据展示系统等。这些子系统，都有其独特的功能，每个子系统之间既相互，又相互联系。每个子系统都有其独特的内部功能，并且在应用时各个业务逻辑又可分为若干个运行模块，每个模块都有与之相对应的功能。例如，基于物联网的隧道智能监测系统具有的功能包括：监测点布置、监测数据展示等。

二、隧道监测信息管理系统研究现状

1.隧道是一窄而长的线条状地下建筑物，隧道监测与信息化管理是隧道施工中非常重要的程序，通过对隧道的监控量测，实时掌握隧道结构的安全状态，达到施工过程信息化。其中信息化管理水平直接影响到监控量测作用的发挥，是工程施工质量的重要标志，必须引起工程人员的高度重视。为提高监控量测的水平和质量，更好地发挥信息化管理的作用，将监控量测的结果及时地反馈并指导隧道施工，保证隧道施工质量和施工安全，国内外相关学者对隧道监测信息管理系统的研究做了大量工作。在参阅大量相关文献的基础上，根据监测信息管理方式的不同，将隧道信息管理分为传统信息管理和智能信息管理两种类型。传统监测数据管理方法主要有两方面：①工程人员根据现场量测数据凭借感性的、经验性的认知，主观判断支护结构和围岩的稳定性、安全性及经济性。工程经验是隧道施工中的宝贵财富，工程经验法和工程类比法成为早期隧道设计施工的重要方法，但此方法要求工程人员具有丰富的工程经验，并无扎实牢固的理论依据，可靠度难以保证。②工程人员将测量数据输入Word、Excel 等文件中，采用回归分析、曲线拟合分析、时间序列分析、灰色理论、神经网络理论、

突变理论及模糊优选理论等方法对测量数据进行分析整理，得到相应变化曲线，从而掌握支护结构和围岩变形特性及发展趋势，确保工程安全顺利施工。为另一种被广泛应用的数据处理方法，一定程度上弥补了一般回归分析法的不精确性。

2.智能监测信息管理。基于传统监测信息管理方法存在的不足，随着隧道工程监控量测硬件及软件技术的兴起，工程信息化监测的时代悄然到来，隧道工程自动化监测系统、信息管理系统、安全预警系统逐渐提出并不断完善。目前隧道工程监测信息管理系统的研究主要以软件或程序研发为重心，国内许多学者对此投入了大量的研发精力，虽取得阶段性的成果，仍存在些许问题。根据计算机快速反馈技术及隧道工程施工期非接触测量为例，研制出一个基于GIS 的隧道施工监测信息管理系统，在此系统上实现测量数据的实时传输、分析处理、查询结果及输出图形等功能。该系统仅作为一个功能专一的隧道施工期的监控量测信息管理系统。一种基于互联网技术的隧道监测信息快速反馈系统，首次提出监测管理系统服务于决策者设的设计理念，采用动态实时监测等级划分法结合互联网技术达到快速反馈监测信息，使决策者第一时间掌握施工过程监测的动态信息，一定程度上提高监测管理的质量及水平，实用性较强。 三、展望

未来的发展趋势有以下几个方面：（1）研发全自动采集设备及无线实时传输系统，开发寿命长、抗干扰性强的监测传感器，确保监测数据采集的连贯性。（2）研发出可靠性高、实用性强的数据处理系统，提高数据处理效率，保证监测数据分析的准确性。（3）研发出信息采集、处理分析、防灾预警等类监测传感器及通信方式进行高度集成，以达到统一查看、调用和处理分析效果。（4）完善隧道监测管理系统信息共享平台，充分利用各类监控量测软件达到信息共享，实现对工程施工综合风险评价体系，建立隧道整体评估预警模型，保障施工安全。（5）研发手机APP、PDA 等移动终端及PC、笔记本等固定终端，开展类似Android、iOS 等移动操作系统的隧道健康监测评估预警系统，对所有监测项目进行平台化管理并对用户提供实时预警服务，有助于隧道工程安全风险的管理及控制。 结束语：

隧道工程安全管控对控制风险因素、加强隧道施工安全有着重要的意义，但实际的隧道施工安全管理水平与先进的安全管理理论要求之间仍有不小差距。通过将先进的隧道工程管控理论，大幅提高了隧道工程的施工效率与施工质量，使隧道施工安全管理水平及智能化水平有了质的提升。 参考文献：

[1]汪苑，林锦国． 几种常用室内定位技术的探讨[J]． 中国仪器仪表，2019（2）：-57．

[2]邓辉舫，马启平，周尚伟．使用无线射频识别（RFID）技术进行室内定位[J]．计算机应用，2018，28（7）：1858-1860． 中煤科工集团重庆研究院有限公司自立项目（2020ZDXM12）