公路隧道施工智能監測預警系統研發與應用

田海燕 邢寶亮

（中國公路工程咨詢集團有限公司，北京 100089）

在公路隧道建設工程中，圍巖監控量測是保障隧道建設工程質量和安全的重要技術手段。監控量測常規工作模式主要通過人工現場測量數據記錄，把數據錄入Excel等軟件完成計算，識別超限預警信息，不僅效率較低，且容易出錯，數據的真實性和準確性難以保障，預警告知與處置往往也需要層層匯報審批，風險不能得到及時妥善的處理。

利用藍牙無線傳輸技術、數據庫技術、云技術等現代信息化技術手段建立公路隧道施工智能監測預警系統,自動采集、傳輸和計算分析圍巖量測數據，識別超限情況并自動發出預警消息，使現場測量人員和有關管理人員實時獲知預警信息，及時報警處置，提高風險管控能力。

一、系統總體設計

（一）系統組成

隧道施工智能監測預警系統由外業智能采集終端、綜合管理平臺和移動管理端3部分組成。

1.外業智能采集終端

外業智能采集終端主要供作業人員在測量現場使用，通過藍牙技術采集數據，通過運營商3G、4G、5G網絡上傳實時數據，當現場網絡信號不好時也可緩存在終端待有信號后上傳。

2.監測預警綜合管理平臺

監測預警綜合管理平臺部署在云端服務器，主要用于數據的存儲、分析和預警管理，用戶通過網頁瀏覽器登錄監測預警綜合管理平臺完成規則配置、數據查詢、告警處理等操作，并一鍵導出報表，提高內業工作效率。

3.移動管理端

用戶通過移動管理端軟件在手機上管理監控量測工作，隨時隨地查看測量結果,及時處置和消除報警信息。

此外，系統提供開放數據接口，與施工項目管理系統、智慧工地系統、電子沙盤系統等第三方系統對接，實現系統集成和數據復用。

（二）邏輯架構

公路隧道施工智能監控預警系統的邏輯架構分為6個層次。

1.數據采集與傳輸層

利用藍牙技術，建立外業智能采集終端與測量設備的連接采集數據，通過運營商的3G、4G、5G網絡上傳數據。

2.基礎設施層

基礎設施層為系統運行提供軟硬件環境，系統可部署在私有云或公有云環境。

3.數據層

數據層主要用于數據的存儲訪問，采用MySql作為存儲介質。

4.平臺服務層

平臺服務層包括報表服務、規則引擎、算法引擎、流程引擎及消息服務等，并向應用層提供基礎服務和應用服務。

5.應用層

根據隧道施工監控量測工作業務內容，提供數據分析、預警處置、報表生成及工作考核等功能，滿足不同用戶需求。

6.展現層

終端展示主要方式是PC網頁端和移動App端。

（三）系統功能

公路隧道施工智能監控預警系統主要功能包括項目信息管理、數據采集、數據分析、查詢統計、報警處置、報表輸出、工作考核和移動管理等功能模塊。

1.項目信息管理

針對項目線路、表單、工區、工點及用戶管理，設置用戶可操作及查看的工點，并劃分權限。

2.數據采集

通過外業智能采集終端采集現場測量數據。終端與全站儀通過藍牙技術交換數據，從儀器實時采集原始數據，數據通過手機網絡實時上傳到數據服務器，整個過程中人工無法編輯任何數據，避免人為篡改數據。

3.數據分析

根據測量值分析隧道圍巖變形，自動計算差值、累計值位移及速率值等數據，生成變形曲線，同時分別通過指數函數、對數函數、雙曲線函數，基于回歸分析，預測隧道收斂情況，監測預警隧道的拱頂下沉、周邊收斂和地表沉降。

4.查詢統計

按工點、斷面和測點測線查詢統計數據并展示圖表。

5.報警管理

根據設定的報警規則自動發送預警信息至現場測量人員和有關方面，便于及時處置預警。同時自定義報警分級標準，不同等級的報警發給相應的管理人員，分級管控報警信息。

6.報表輸出

系統支持報表自定義功能，根據業主、監理要求等定制報表，自動生成報表，提高內業工作效率。

7.工作考核

按工點、時間段統計數據采集情況、數據上傳情況和報警處置情況的工作結果，便于考核現場測量作業情況和報警處置情況的工作，提升項目管控能力。

8.移動管理

可通過移動管理端App查詢和統計數據，及時處理報警信息。

二、應用實例

以海南白沙快速出口路為例，白沙快速出口路位于海南省儋州、白沙境內，項目包含4座隧道，均應用了公路隧道施工智能監測預警系統輔助施工過程中的監控量測工作。系統累計采集測量近6萬條數據，通過自動計算產生報警信息,并根據項目設定的分級規則和處理流程分級處置報警信息，提高了工作協同能力和安全風險管控能力，保障了隧道施工安全。

此外，項目還集成應用了公路隧道施工智能監控預警系統與項目管理系統。用戶通過項目管理系統查看監測結果和處置報警信息，并直觀查看隧道BIM模型有關的監測預警數據，輔助管理決策和匯報展示。

三、結語

本文針對公路隧道施工監控量測工作面臨的主要問題，設計并應用了公路隧道智能監測預警系統。與傳統方式相比，采用公路隧道施工智能監控預警系統，保證了數據的實時性和可靠性，自動智能化的分析計算避免了大量的人工計算，計算結果更加準確，報警信息實時反饋給現場測量人員和各層級管理人員，提高了預警處理的及時性。經項目實際應用表明，系統可顯著提高公路隧道施工監控量測工作的效率。