隧道施工监测数据采集系统及方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201610626252.4
(22)申请日 2016.08.01
(71)申请人 绍兴文理学院
地址 312000 浙江省绍兴市环城西路508号
(72)发明人 夏才初　安康　杜时贵　张计锋　
伍法权　
(74)专利代理机构 北京中济纬天专利代理有限
公司 11429
代理人 袁粉兰
(51)Int.Cl.
G08C 17/02(2006.01)
(54)发明名称
隧道施工监测数据采集系统及方法
(57)摘要
本发明公开一种隧道施工监测数据采集系
统及方法，系统包括：土压力盒、应力计、数据采
集装置和具有无线通讯功能的移动设备；土压力
盒采集监测对象的压力数据，应力计采集监测对
象的应力数据，数据采集装置接收并存储监测数
据。

当移动设备靠近数据采集装置时，触发数据
采集装置的无线网络触发元件，唤醒数据采集装
置的无线网络通信元件，与移动设备建立无线网
络连接，移动设备读取并存储监测数据。

当移动
设备离开过远或无线网络通信断开时，数据采集
装置的无线网络通信元件进入休眠状态。

此外，
还可以通过移动设备上的数据处理模块分析处
理存储的监测数据，及时返回处理结果，给相关
人员处置可能发生的事故提供依据。

权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 106373353 A 2017.02.01
C N 106373353
A
1.一种隧道施工监测数据采集系统，其特征在于，包括：土压力盒、应力计、数据采集装置和具有无线通讯功能的移动设备；所述数据采集装置包括无线网络触发元件、第一无线网络通信元件和第一存储元件；所述移动设备包括第二无线网络通信元件和第二存储元件；所述土压力盒和所述应力计均与所述数据采集装置通过导线电性连接，所述移动设备与所述数据采集装置通过无线网络进行数据通信；
所述土压力盒采集被监测对象的压力数据并传输至所述数据采集装置，所述应力计采集被监测对象的应力数据并传输至所述数据采集装置，所述数据采集装置的第一存储元件存储所述压力数据和所述应力数据；
所述数据采集装置的无线网络触发元件被触发时，所述第一无线网络通信元件进入唤醒状态，所述数据采集装置与所述移动设备通过第一无线网络通信元件和第二无线网络通信元件建立无线网络连接，所述移动设备读取所述的第一存储元件中存储的数据，所述第二存储元件存储所述移动设备读取的数据，当所述无线网络通信断开时，所述第一无线网络通信元件进入休眠状态。

2.如权利要求1所述的隧道施工监测数据采集系统，其特征在于，所述土压力盒包括：采集被监测对象的围岩与初衬之间压力的第一土压力盒和采集被监测对象的初衬与二衬之间压力的第二土压力盒。

3.如权利要求1所述的隧道施工监测数据采集系统，其特征在于，所述应力计包括：采集被监测对象的锚杆应力的第一应力计和采集被监测对象的钢筋应力的第二应力计。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的隧道施工监测数据采集系统，其特征在于，所述移动设备还包括数据处理模块，所述数据处理模块对所述第二存储元件存储的数据进行分析处理，并反馈处理结果。

5.一种隧道施工监测数据采集方法，其特征在于，包括：
土压力盒和应力计分别采集被监测对象的压力数据和应力数据并传输至数据采集装置存储；
移动设备发出无线网络信号触发数据采集装置的无线网络触发元件，数据采集装置的第一无线网络通信元件进入唤醒状态，数据采集装置与移动设备建立无线网络连接，移动设备读取并存储数据采集装置中存储的压力数据和应力数据；
所述无线网络通信断开时，第一无线网络通信元件进入休眠状态。

6.如权利要求5所述的隧道施工监测数据采集方法，其特征在于，所述土压力盒采集的压力数据包括：围岩与初衬之间的压力数据和初衬与二衬之间的压力数据。

7.如权利要求5所述的隧道施工监测数据采集方法，其特征在于，所述应力计采集的应力数据包括：锚杆的应力数据和钢筋的应力数据。

8.如权利要求5-7中任意一项所述的隧道施工监测数据采集方法，其特征在于，还包括：对移动存储设备中存储的压力数据和应力数据进行分析处理，并反馈处理结果。

权　利　要　求　书1/1页CN 106373353 A
隧道施工监测数据采集系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及数据采集领域，尤其涉及一种隧道施工监测数据采集系统及方法。

背景技术
[0002]随着我国经济建设的迅猛发展，建设城际列车、高速铁路、高速公路等工程项目开设隧道的需求量也在日益增长。

在隧道施工过程中，由于不能及时获得隧道围岩压力等动态变化的数据，并根据数据分析做出及时处理，隧道坍塌等事故时有发生，严重威胁着工人的人身安全，同时也极大影响着工程的开发进度。

[0003]因此，为了确保隧道项目的安全施工，有效避免隧道坍塌等事故的发生，通过监测隧道施工数据，从而实现对隧道围岩的安全状况进行分析，及时采取有效的应对措施，最大程度的避免施工灾害的发生。

[0004]目前，隧道施工监测数据采集主要采用人工监测、全自动监测和无线监测等方法。

人工监测方法不仅工作量大、效率低，而且存在主观性强、记录数据存在误差的可能性大等诸多问题；全自动监测方法存在着布线困难、维护检修工作量大且成本高、受环境制约等问题，并且监测仪器容易受到外界干扰而导致监测结果不准确；无线监测方法的监测对象多、范围广，但是工作量大而且需要长期工作，耗电量大、成本高。

因此，急需一种隧道施工监测数据采集系统，解决现有的多项技术中存在的效率低、成本高、布设困难、准确率低的问题。

发明内容
[0005]针对上述存在的问题，本发明提供一种隧道施工监测数据采集系统及方法，以克服现有技术中存在的监测效率低、成本高、结果不准的问题，从而达到耗能少、成本低、数据准的目的。

[0006]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
[0007]一种隧道施工监测数据采集系统，其中，包括：土压力盒、应力计、数据采集装置和具有无线通讯功能的移动设备；所述数据采集装置包括无线网络触发元件、第一无线网络通信元件和第一存储元件；所述移动设备包括第二无线网络通信元件和第二存储元件；所述土压力盒和所述应力计均与所述数据采集装置通过导线电性连接，所述移动设备与所述数据采集装置通过无线网络进行数据通信；
[0008]所述土压力盒采集被监测对象的压力数据并传输至所述数据采集装置，所述应力计采集被监测对象的应力数据并传输至所述数据采集装置，所述数据采集装置的第一存储元件存储所述压力数据和所述应力数据；
[0009]所述数据采集装置的无线网络触发元件被触发时，所述第一无线网络通信元件进入唤醒状态，所述数据采集装置与所述移动设备通过第一无线网络通信元件和第二无线网络通信元件建立无线网络连接，所述移动设备读取所述的第一存储元件中存储的数据，所述第二存储元件存储移动设备读取的数据，当所述无线网络通信断开时，所述第一无线网络通信元件进入休眠状态。

[0010]上述的隧道施工监测数据采集系统，其中，所述土压力盒包括：采集被监测对象的围岩与初衬之间压力的第一土压力盒和采集被监测对象的初衬与二衬之间压力的第二土压力盒。

[0011]上述的隧道施工监测数据采集系统，其中，所述应力计包括：采集被监测对象的锚杆应力的第一应力计和采集被监测对象的钢筋应力的第二应力计。

[0012]上述的隧道施工监测数据采集系统，其中，所述移动设备还包括数据处理模块，所述数据处理模块对第二存储元件存储的数据进行分析处理，并反馈处理结果。

[0013]一种隧道施工监测数据采集方法，其中，包括：
[0014]土压力盒和应力计分别采集被监测对象的压力数据和应力数据并传输至数据采集装置存储；
[0015]移动设备发出无线网络信号触发数据采集装置的无线网络触发元件，数据采集装置的第一无线网络通信元件进入唤醒状态，数据采集装置与移动设备建立无线网络连接，移动设备读取并存储数据采集装置中存储的压力数据和应力数据；
[0016]所述无线网络通信断开时，第一无线网络通信元件进入休眠状态。

[0017]上述的隧道施工监测数据采集方法，其中，所述土压力盒采集的压力数据包括：围岩与初衬之间的压力数据和初衬与二衬之间的压力数据。

[0018]上述的隧道施工监测数据采集方法，其中，所述应力计采集的应力数据包括：锚杆的应力数据和钢筋的应力数据。

[0019]上述的隧道施工监测数据采集方法，其中，还包括：对移动存储设备中存储的压力数据和应力数据进行分析处理，并反馈处理结果。

[0020]本发明对比现有技术，具有如下有益效果：
[0021]本发明提供的隧道施工监测数据采集系统包括：土压力盒、应力计、数据采集装置和具有无线通讯功能的移动设备。

土压力盒采集监测对象的压力数据，应力计采集监测对象的应力数据，数据采集装置接收并存储监测数据。

当移动设备靠近数据采集装置时，触发数据采集装置的无线网络触发元件，唤醒数据采集装置的无线网络通信元件，与移动设备建立无线网络连接，移动设备读取并存储监测数据。

当移动设备离开过远或无线网络通信断开时，数据采集装置的无线网络通信元件进入休眠状态。

此外，还可以通过移动设备上的数据处理模块分析处理存储的监测数据，及时返回处理结果，给相关人员处理问题、采取有效的应对措施提供依据。

由于本发明通过移动设备收集监测数据，需要时数据采集装置的无线网络通信元件处于唤醒状态，不需要时数据采集装置的无线网络通信元件处于休眠状态，从而达到了监测范围广、反应快、精度高、耗能少的有益效果。

附图说明
[0022]结合以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。

在全部附图中相同的标记指示相同的部分。

并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

[0023]图1是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集系统的结构示意图；[0024]图2是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集方法的流程示意图；[0025]图3是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集方法中应用于隧道施工的示
意图；
[0026]图4是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集方法中传感器的布设示意图；[0027]1-锚杆，2-第一应力计，3-初衬与围岩间的第一土压力盒，4-初衬与二衬间的第二土压力盒，5-电线，6-初衬，7-二衬，8-第二应力计，9-数据采集装置，10-大地。

具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

[0029]实施例1：
[0030]图1是本发明实施例1提供的一种隧道施工监测数据采集系统的结构示意图；如图所示，本发明实施例1提供的一种隧道施工监测数据采集系统设置有土压力盒、应力计、数据采集装置和移动设备。

[0031]数据采集装置包括无线网络触发元件、第一无线网络通信元件和第一存储元件，移动设备包括数据处理模块、第二无线网络通信元件和第二存储元件，土压力盒包括采集围岩与初衬之间压力的第一土压力盒和采集初衬与二衬之间压力的第二土压力盒，应力计包括采集锚杆应力的第一应力计和采集钢筋应力的第二应力计。

[0032]其中，第一土压力盒、第二土压力盒、第一应力计和第二应力计可以根据实际情况需要设置若干。

[0033]土压力盒、应力计分别通过导线与数据采集装置进行连接，将采集的监测对象数据传输给数据采集装置，数据采集装置接收数据后，存储至第一存储单元。

当移动设备靠近数据采集装置一定距离时，此处一定距离可以根据实际需要设置如10米、15米、20米等，发送无线网络信号从而触发无线网络触发元件，无线网络触发元件被触发后，唤醒第一无线网络通信元件，数据采集装置与移动设备通过第一无线网络通信元件与第二无线网络通信元件建立无线网络连接，移动设备读取第一存储单元中存储的数据后，将数据存储到第二存储单元，当移动设备主动断开无线网络连接或移动设备远离数据采集装置时，此处远离距离与上面的一定距离相同，第一无线网络通信元件进入休眠状态。

另外，数据处理模块对存储在第二存储单元的数据进行处理并反馈结果。

[0034]需要说明的是，本发明实例1提供的一种隧道施工监测数据采集系统可以在任意施工断面进行设置，当需要测量任意断面监测数据时，只需要移动设备靠近该断面一定距离时，此处一定距离可以根据实际需要设置如10米、15米、20米等，触发相应断面数据采集装置的无线网络触发元件，唤醒第一无线网络通信元件，移动设备与数据采集装置建立无线网络连接，传输数据。

其余断面数据采集装置的无线网络通信元件处于休眠状态，从而能够节省大量的电能。

[0035]图2是本发明实施例1提供的一种隧道施工监测数据采集方法的流程示意图；图3是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集方法中应用于隧道施工示意图；图4是本发明实施例1提供的隧道施工监测数据采集方法中传感器布设示意图；如图所示，本发明实施例1提供的一种隧道施工监测数据采集方法包括：
[0036]步骤101：土压力盒、应力计采集监测对象的压力、应力数据。

其中土压力盒传输的压力数据包括围岩与初衬之间的压力数据和初衬与二衬之间的压力数据，应力计传输的应
力数据包括锚杆的应力和钢筋的应力；
[0037]步骤102：土压力盒、应力计传输数据至数据采集装置；
[0038]步骤103：数据采集装置接收并存储传输过来的监测数据；
[0039]需要说明的是，步骤101、步骤102、步骤103一直循环执行，持续采集监测对象数据；
[0040]步骤104：触发无线网络触发元件，唤醒第一无线网络通信元件。

其中，当移动设备靠近数据采集装置一定距离时，此处一定距离可以根据实际需要设置如10米、15米、20米等范围内，移动设备发出触发信号，触发无线网络触发元件，当无线网络触发元件被触发时，唤醒第一无线网络通信元件；
[0041]步骤105：移动设备与数据采集装置建立网络连接；
[0042]步骤106：移动设备读取并存储数据采集装置数据存储的数据；
[0043]步骤107：移动设备的数据处理模块对存储的数据进行分析处理；
[0044]步骤108：移动设备将结果反馈出来；
[0045]需要说明的是，如果无线网络一直保持连接状态，循环执行步骤106、步骤107、步骤108，持续实时反馈结果；
[0046]步骤109：第一无线网络元件进入休眠状态；其中，当移动设备远离数据采集装置时，或是移动设备主动发出断开连接请求，移动设备与数据采集装置之间的无线网络连接将会断开，第一无线网络元件进入休眠状态，等待下一次被唤醒。

[0047]综上所述，本发明的实施例1提供的隧道施工监测数据的采集系统及方法，通过使用移动设备作为数据接收处理装置，土压力盒、应力计的实时采集的监测数据并通过导线传输至数据采集装置中存储，当需要数据时，唤醒数据采集装置的无线网络通信元件，移动设备与数据采集装置建立网络连接，传输数据，移动设备对数据进行分析处理后实时反馈出来。

当移动设备主动断开无线网络连接或移动设备远离数据采集装置一定距离时，数据采集装置的无线网络通信元件进入休眠状态。

由此可见，本发明解决了现有技术中隧道施工监测数据方法所存在的效率低、成本高、布设困难、准确率低的问题，从而达到了监测范围广、反应快、精度高、耗能少的有益效果，适合大规模推广和应用。

[0048]以上对本发明的较佳实施例进行了描述。

需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述元件、结构、方法应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的普通技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。

因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

图1
图2
图3
图4。