公路隧道施工智能监测预警系统研发与应用

田海燕 邢宝亮

（中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089）

在公路隧道建设工程中，围岩监控量测是保障隧道建设工程质量和安全的重要技术手段。监控量测常规工作模式主要通过人工现场测量数据记录，把数据录入Excel等软件完成计算，识别超限预警信息，不仅效率较低，且容易出错，数据的真实性和准确性难以保障，预警告知与处置往往也需要层层汇报审批，风险不能得到及时妥善的处理。

利用蓝牙无线传输技术、数据库技术、云技术等现代信息化技术手段建立公路隧道施工智能监测预警系统,自动采集、传输和计算分析围岩量测数据，识别超限情况并自动发出预警消息，使现场测量人员和有关管理人员实时获知预警信息，及时报警处置，提高风险管控能力。

一、系统总体设计

（一）系统组成

隧道施工智能监测预警系统由外业智能采集终端、综合管理平台和移动管理端3部分组成。

1.外业智能采集终端

外业智能采集终端主要供作业人员在测量现场使用，通过蓝牙技术采集数据，通过运营商3G、4G、5G网络上传实时数据，当现场网络信号不好时也可缓存在终端待有信号后上传。

2.监测预警综合管理平台

监测预警综合管理平台部署在云端服务器，主要用于数据的存储、分析和预警管理，用户通过网页浏览器登录监测预警综合管理平台完成规则配置、数据查询、告警处理等操作，并一键导出报表，提高内业工作效率。

3.移动管理端

用户通过移动管理端软件在手机上管理监控量测工作，随时随地查看测量结果,及时处置和消除报警信息。

此外，系统提供开放数据接口，与施工项目管理系统、智慧工地系统、电子沙盘系统等第三方系统对接，实现系统集成和数据复用。

（二）逻辑架构

公路隧道施工智能监控预警系统的逻辑架构分为6个层次。

1.数据采集与传输层

利用蓝牙技术，建立外业智能采集终端与测量设备的连接采集数据，通过运营商的3G、4G、5G网络上传数据。

2.基础设施层

基础设施层为系统运行提供软硬件环境，系统可部署在私有云或公有云环境。

3.数据层

数据层主要用于数据的存储访问，采用MySql作为存储介质。

4.平台服务层

平台服务层包括报表服务、规则引擎、算法引擎、流程引擎及消息服务等，并向应用层提供基础服务和应用服务。

5.应用层

根据隧道施工监控量测工作业务内容，提供数据分析、预警处置、报表生成及工作考核等功能，满足不同用户需求。

6.展现层

终端展示主要方式是PC网页端和移动App端。

（三）系统功能

公路隧道施工智能监控预警系统主要功能包括项目信息管理、数据采集、数据分析、查询统计、报警处置、报表输出、工作考核和移动管理等功能模块。

1.项目信息管理

针对项目线路、表单、工区、工点及用户管理，设置用户可操作及查看的工点，并划分权限。

2.数据采集

通过外业智能采集终端采集现场测量数据。终端与全站仪通过蓝牙技术交换数据，从仪器实时采集原始数据，数据通过手机网络实时上传到数据服务器，整个过程中人工无法编辑任何数据，避免人为篡改数据。

3.数据分析

根据测量值分析隧道围岩变形，自动计算差值、累计值位移及速率值等数据，生成变形曲线，同时分别通过指数函数、对数函数、双曲线函数，基于回归分析，预测隧道收敛情况，监测预警隧道的拱顶下沉、周边收敛和地表沉降。

4.查询统计

按工点、断面和测点测线查询统计数据并展示图表。

5.报警管理

根据设定的报警规则自动发送预警信息至现场测量人员和有关方面，便于及时处置预警。同时自定义报警分级标准，不同等级的报警发给相应的管理人员，分级管控报警信息。

6.报表输出

系统支持报表自定义功能，根据业主、监理要求等定制报表，自动生成报表，提高内业工作效率。

7.工作考核

按工点、时间段统计数据采集情况、数据上传情况和报警处置情况的工作结果，便于考核现场测量作业情况和报警处置情况的工作，提升项目管控能力。

8.移动管理

可通过移动管理端App查询和统计数据，及时处理报警信息。

二、应用实例

以海南白沙快速出口路为例，白沙快速出口路位于海南省儋州、白沙境内，项目包含4座隧道，均应用了公路隧道施工智能监测预警系统辅助施工过程中的监控量测工作。系统累计采集测量近6万条数据，通过自动计算产生报警信息,并根据项目设定的分级规则和处理流程分级处置报警信息，提高了工作协同能力和安全风险管控能力，保障了隧道施工安全。

此外，项目还集成应用了公路隧道施工智能监控预警系统与项目管理系统。用户通过项目管理系统查看监测结果和处置报警信息，并直观查看隧道BIM模型有关的监测预警数据，辅助管理决策和汇报展示。

三、结语

本文针对公路隧道施工监控量测工作面临的主要问题，设计并应用了公路隧道智能监测预警系统。与传统方式相比，采用公路隧道施工智能监控预警系统，保证了数据的实时性和可靠性，自动智能化的分析计算避免了大量的人工计算，计算结果更加准确，报警信息实时反馈给现场测量人员和各层级管理人员，提高了预警处理的及时性。经项目实际应用表明，系统可显著提高公路隧道施工监控量测工作的效率。