基于振动分析的地铁保护区施工自动监测方法

技术领域

本发明涉及地铁保护区施工监测技术领域，具体涉及基于振动分析的地铁地铁保护区施工自动监测方法。

背景技术

我国共有51个城市开通城市轨道交通线路272条，运营里程8819公里，主要分布在各大中城市的中心城区及规划发展区域，线路沿线可能存在物业开发、市政建设、地勘等大量施工作业，对城市轨道交通安全造成影响，已发生过运营线路结构变形、隧道被桩基击穿的案例，违规开展的地勘作业打穿隧道结构更是屡见不鲜。

国务院、行业主管部门均高度重视城市轨道交通地铁保护区管理问题，如《国务院办公厅关于保障城市轨道交通安全运行的意见》(国办发〔2018〕13号)要求：城市轨道交通工程项目要按照相关规定划定地铁保护区，运营期间在地铁保护区范围内进行有关作业要按程序征求运营单位同意后方可办理相关许可手续。《城市轨道交通运营管理规定》(交通运输部令2018年第8号)规定：城市轨道交通工程项目应当按照规定划定地铁保护区。开通初期运营前，建设单位应当向运营单位提供地铁保护区平面图，并在具备条件的地铁保护区设置提示或者警示标志。

目前，各城市轨道交通运营单位对于地铁保护区管理，大多采用人工巡查的方式，但这种方式存在违规施工发现不及时、部门场所无法进入等问题，部分城市配备了无人机进行巡检，但受续航能力、城市禁飞、巡查频率不高等因素影响，也未能有效解决问题。

针对以上问题，“地铁施工信息识别方法、装置、设备和存储介质”(申请号202111582625.X)提出了采用图像识别的地铁控制地铁保护区施工识别方法；“一种基于BIM、GIS一体化的地铁地铁保护区管理数据存储方法”(申请号202011332911.6)中，提出了一种存储方法，将地铁保护区内建筑物进行数字化建模存储；“一种针对地铁地铁保护区的在线监测方法”(CN111006721B)主要采用基于加速度监测的方法，对地铁保护区施工作业进行在线监测。

现有技术的难点：城市轨道交通地铁保护区内第三方施工作业，可能导致运营线路结构破坏，造成列车停运、碰撞、出轨等重大事故。针对地铁保护区管理，常规的人员定期巡查、无人机巡查存在无法全天候在线监测、发现滞后、信息反馈慢等缺点，相关学者及技术人员也开发了一些技术方法并形成了一些专利，但数量较少，且存在如下缺点：(1)“地铁施工信息识别方法、装置、设备和存储介质”(申请号202111582625.X)基于图像识别的监测方式，需要投入的设备精度较高，图像分辨率较高，且可能存在遮挡、拍摄角度等问题，影响识别精度；(2)“一种基于BIM、GIS一体化的地铁地铁保护区管理数据存储方法”(申请号202011332911.6)仅仅是提供了地铁保护区内建筑物信息化管理的数据存储方法，对地铁保护区内施工监测可借鉴性较小；(3)“一种针对地铁地铁保护区的在线监测方法”(CN111006721B)主要针对第三方施工的振动加速度进行在线监测，但仅仅基于加速度，监测因素单一，存在误报或无法监测到的情况，如对于打桩施工等加速度较为明显的准确性高，但对于大量存在的地勘作业，其加速度值较小或不容易监测到，且容易发生误报。

现有技术难点：如何实现地铁地铁保护区内对施工作业的全天候自动化精确检测以及采用自动广播的形式，对地铁地铁保护区内违规施工作业做先期性警告，达到及时阻止违规施工，进而保障地铁地铁保护区安全性的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了基于振动分析的地铁地铁保护区施工自动监测方法。

其技术方案如下：基于振动分析的地铁地铁保护区施工自动监测方法，包括以下步骤：

S1，搭建自动监测系统，包括监测服务器，所述监测服务器设有专用数据库，所述监测服务器与自动监测点通过通讯网络连接，所述监测服务器还设有数据端组与人机交互装置连接；

S2，布设所述自动监测点形成地铁保护区；

S3，在专用数据库设定预警基准指标，所述预警基准指标为经验值，包括机械振动频率、加速度、速度、振幅及声音的声强、音频6项指标项；

S4，自动监测点采集地铁保护区内监测指标，包括机械振动频率、加速度、速度、振幅及声音的声强、音频6项指标项；

S5，将自动监测点采集的监测指标传输至监测服务器，再调取专用数据库内的预警基准指标与监测指标进行比对计算得到施工特征指标i；

S6，监测服务器根据施工特征指标i进行监测信息处理。

所述S1步骤中，所述自动监测点包括地震波传感器、声音传感器和通讯模块；

所述地震波传感器与所述声音传感器将采集的监测指标信息通过所述通讯模块上传至监测服务器；

所述声音传感器安装在距离地面20-200cm处；所述地震波传感器埋在地面以下0.5-2米处。

便于信息传输与确保采集监测指标信息的可靠性。

所述S2步骤中，所述自动监测点的布设采用居中错位间隔布点的方式，即所述自动监测点布设在线路边界两侧，自动监测点距离同侧线路边界25m，同一侧相邻两个自动监测点直线距离设为50m；两侧自动监测点沿线路走向错位间隔布置，任一测点位于另一侧相邻两个自动监测点连线中点垂线上，即任一侧自动监测点与对侧相邻自动监测点沿线路走向的距离为25m。

所述自动监测点还分别在距离典型施工机械，地勘钻孔设备、典型车辆35m、25m、12m、6m位置进行布设。

确保监测指标采集准确性还进一步提高地铁地铁保护区的安全性，便于控制自动监测点的布设与经济成本。

所述S3步骤中，所述预警基准指标还根据土层分类，对相应的土层类别设有相应的预警基准指标录入专用数据库。

在布设自动监测点时，随即采集土层信息；不同土层其振动与声音特性不同，导致不同土层的监测指标有一定变化，应当制定不同的预警基准指标。

所述S4步骤中，所述预警基准指标，也可采取相关单位提供的方式纳入或通过已报备施工作业提供的方式纳入。

更便于与预警基准指标的数据对比，还能对施工工作起监督作用。

所述S5步骤中，所述施工特征指标i根据监测服务器调取专用数据库内的预警基准指标与自动监测点采集的检测指标值进行对比得到，当监测指标一项指标保持在预警基准指标对应项的±10％时，符合预警基准指标，则施工特征指标i权重值加1；当监测指标一项超出预警基准指标对应项的±10％时，不符合预警基准指标，则施工特征指标i权重值不变；各指标项对比后得到施工特征指标i。

根据多个监测指标与预警基准指标的对比可进一步提高对地铁地铁保护区的监测稳定性。

所述S5步骤中，所述监测信息处理包括以下步骤：

用于判断特征指标是否小于等于2的步骤；

当特征指标小于等于2时，进入用于标记为一般性监测项，只纳入数据不做响应的步骤；

当特征指标不小于等于2时，进入用于判断特征指标是否大于2小于等于4的步骤；

当判断特征指标大于2小于等于4时，进入用于标记为预警项，通过人机交互装置推送给相管理人员并赴现场核实的步骤；

当判断特征指标不大于2小于等于4时，进入用于判断特征指标是否大于4小于等于6的步骤；

当判断特征指标不大于4小于等于6时，返回用于判断特征指标是否小于等于2的步骤；

当判断特征指标大于4小于等于6时，进入用于判断是否已录入施工工作的步骤；

当是已录入施工工作时，进入用于纳入一般性管理的步骤；

当不是已录入施工工作时，进入用于执行管控措施的步骤。

所述人机交互装置包括报警器与安装在自动监测点的自动语音广播器；所述自动语音广播器与所述监测服务器通过通讯网络连接；

所述执行管控措施，包括标记为报警项并通过报警器发送给管理人员；在自动监测点通过自动语音广播器播放提前录制的语音警示信息；自动上报上一级的应急平台系统。当地铁地铁保护区范围内有违规施工作业时，及时执行保护管控措施以随时监测并保障地铁保护区安全。

本发明的其显著效果：

(1)将不同典型距离情况下的施工作业、车辆的振动和声音特征值进行采集，录入专用数据库，提供比对依据。

(2)采用自动监测点错位间隔布置方式，即做到了地铁保护区的监测全覆盖，又提高了监测数据准确性和可靠性。

(3)可实现地铁保护区的全天候自动化精确检测，克服了人工巡查的时效性不高、覆盖性不全的缺点，并能采用自动广播的形式，对地铁保护区内违规施工作业做先期性警告，达到及时阻止违规施工的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为自动监测点布设示意图；

图3为监测信息处理流程图；

图4为自动监测点结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

如图1-4所示，基于振动分析的地铁地铁保护区施工自动监测方法，包括以下步骤：

S1，搭建自动监测系统，包括监测服务器1，所述监测服务器1设有专用数据库2，所述监测服务器1与自动监测点3通过通讯网络连接，所述监测服务器1还设有数据端组与人机交互装置4连接；

S2，布设所述自动监测点3形成地铁保护区；

S3，在专用数据库2设定预警基准指标，所述预警基准指标为经验值，包括机械振动频率、加速度、速度、振幅及声音的声强、音频6项指标项；

S4，自动监测点3采集地铁保护区内监测指标，包括机械振动频率、加速度、速度、振幅及声音的声强、音频6项指标项；

S5，将自动监测点3采集的监测指标传输至监测服务器1，再调取专用数据库2内的预警基准指标与监测指标进行比对计算得到施工特征指标i；

S6，监测服务器1根据施工特征指标i进行监测信息处理。

所述S1步骤中，所述自动监测点3包括地震波传感器5、声音传感器6和通讯模块7；

所述地震波传感器5)与所述声音传感器6将采集的监测指标信息通过所述通讯模块7上传至监测服务器1；

所述声音传感器6安装在距离地面20-200cm处；所述地震波传感器5埋在地面以下0.5-2米处。

所述S2步骤中，所述自动监测点3的布设采用居中错位间隔布点的方式，即在同侧线路边界50m范围内布设自动监测点3，沿线路走向布置，同一侧相邻两个自动监测点3直线距离设为50m；两侧自动监测3点沿线路走向错位间隔布置，任一测点位于另一侧相邻两个自动监测点3连线中点垂线上，即任一侧自动监测点3与对侧相邻自动监测点3沿线路走向的距离为25m。

所述自动监测点3还分别在距离典型施工机械，地勘钻孔设备、典型车辆35m、25m、12m、6m位置进行布设。

所述S3步骤中，所述预警基准指标还根据土层分类，对相应的土层类别设有相应的预警基准指标录入专用数据库2。

具体的，所述S4步骤中，所述预警基准指标，也可采取相关单位提供的方式纳入或通过已报备施工作业提供的方式纳入。

具体的，所述S5步骤中，所述施工特征指标i根据监测服务器1调取专用数据库2内的预警基准指标与自动监测点采集的检测指标值进行对比得到，当监测指标一项指标保持在预警基准指标对应项的±10％时，符合预警基准指标，则施工特征指标i权重值不变；当监测指标一项超出预警基准指标对应项的±10％时，不符合预警基准指标，则施工特征指标i权重值加1；各指标项对比后得到施工特征指标i。

具体的，所述S5步骤中，所述监测信息处理包括以下步骤：

用于判断特征指标是否小于等于2的步骤；

当特征指标小于等于2时，进入用于标记为一般性监测项，只纳入数据不做响应的步骤；

当特征指标不小于等于2时，进入用于判断特征指标是否大于2小于等于4的步骤；

当判断特征指标大于2小于等于4时，进入用于标记为预警项，通过人机交互装置4推送给相管理人员并赴现场核实的步骤；

当判断特征指标不大于2小于等于4时，进入用于判断特征指标是否大于4小于等于6的步骤；

当判断特征指标不大于4小于等于6时，返回用于判断特征指标是否小于等于2的步骤；

当判断特征指标大于4小于等于6时，进入用于判断是否已录入施工工作的步骤；

当是已录入施工工作时，进入用于纳入一般性管理的步骤；

当不是已录入施工工作时，进入用于执行管控措施的步骤。

所述执行管控措施，包括标记为报警项并无线通讯技术通过报警器提示相关管理人员，赴现场进行管控；在自动监测点3通过无线自动语音广播器8播放提前录制的语音警示信息；自动上报上一级的应急平台系统。

所述人机交互装置4包括报警器与安装在自动监测点的自动语音广播器8；所述自动语音广播器与所述监测服务器1通过通讯网络连接；

所述执行管控措施，包括标记为报警项并通过报警器发送给管理人员；在自动监测点3通过自动语音广播器播放提前录制的语音警示信息；自动上报上一级的应急平台系统。