[发明专利]基于光纤传感网的智能隧道监测和报警系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种隧道监测和报警系统，是一种智能隧道监测和报警的系统集成技术。

背景技术

随着我国经济总量的持续增长，我国进行了大规模的交通基础设施建设，重大交通工程的建设方兴未艾，并将在未来仍然保持高速增长。在交通基础设施建设过程中，越来越多的隧道工程如铁路隧道，公路隧道，海底隧道等投入运行，极大地改善了城市及周边区域的交通状况。

由于隧道建在地质结构中，存在较多的地质影响因素，隧道危害就难以避免。在隧道使用过程中，隧道受到复杂围岩地质体变形挤压作用、地层沿隧道力学性态的不均匀作用、腐蚀性介质作用以及运营车辆的循环载荷作用，会使隧道衬砌结构产生裂缝和腐蚀，如果破坏了原始围岩体的水系平衡，可能会引起隧道水害；由隧道狭长空间导致空气污染、洞外大气中雾气的影响、洞内外亮度差异悬殊及火灾等问题，都会影响隧道的使用安全，即破坏隧道的结构健康。其中最严重的危害是火灾事故，它不仅严重威胁到人的生命和财产安全，而且对交通设施、人类的生产活动造成巨大的损坏。与此同时由于隧道主要由混凝土构成，混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂。大量的工程实践和理论分析表明，几乎所有的混凝土构件均是带裂缝工作的，只是有些裂缝很细，肉眼看不见（＜0.05mm），一般对结构的使用无大的危害，可允许其存在。但有时有些裂缝在使用荷载或外界物理、化学因素的作用下，不断产生和扩展，引起混凝土碳化、保护层剥落、钢筋腐蚀，使混凝土的强度和刚度受到削弱，耐久性降低，严重时甚至发生垮塌事故，危害隧道的正常使用。因此，隧道的结构健康安全状况直接关系到国家财产和人民生命安全，需要对隧道结构进行实时安全监测和预警。

由于光纤具有感知和传输双重功能，以及柔韧易弯曲、质量轻、抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、传输频带宽和优良的可埋入性等特点，使得光纤传感技术具有精度高、耐久性好、定位精确、可进大范围分布测量的优点。以光纤传感器组成的传感网结构能够进行高精度、大范围的温度、应变、折射率、位移、弯曲曲率等物理量的检测。光纤传感网本身具备的优点使其成为建筑物结构健康监测的理想手段，特别是对城市地下工程的监测，更是突破了原有电传感器监测过程中存在的一些缺陷（易腐蚀、电磁干扰严重）。本发明正是基于光纤传感网具备的一些独特优点，建立一套城市隧道监测和报警系统，以避免造成大量的人员和经济损失。

目前，国内外提出的隧道监测系统多是采用单一的系统实现监测。如申请号为201210453288.9《基于光纤光栅传感的电缆隧道多状态在线监测系统》的发明中，提出一种利用光纤光栅传感器的电缆隧道监测和预防系统，该系统主要实现应变、温度、液位等物理量的检测，只是在小空间范围内应用传感网系统，而且该系统对于火灾没有专门的应对和预警功能。专利号为201010595164.5《隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法》的发明中，提出利用分布式光纤传感网对隧道围岩二维位移进行监测，但是该方法使用BOTDR布里渊时域反射方法实现监测，只能对隧道的围岩形变进行监测，对于隧道上的裂纹、温度、火灾等危害则无法实施监测，监测的范围和程度都有一定的缺陷。专利号201020634309.3《一种超远程100km全分布式光纤瑞利与拉曼散射传感器》的实用新型专利中，提出另一种分布式监测方法实现隧道的监测，采用光纤瑞利和拉曼散射的方式测量隧道的应变和温度物理量，也存在监测的范围和程度有限的缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于光纤传感网对隧道的地质灾害、火灾、裂纹、大雾等危害实时监测，并对危险情况提前发出报警，以便有效预防灾害的发生，是光纤传感技术在城市地下工程灾害预防中的应用。

本发明提出的一种基于光纤传感网的智能隧道监测和报警系统，该系统包括光端机1、基于光纤传感网10的各传感网节点7、视频监视器2、广播喇叭3、应急电话4、5情报板以及用于信号传输的光缆6；所述光纤传感网10中监测的数据通过光缆6，经过光端机1接入到监控中心，其中：

所述各传感网节点7均包含光纤光栅传感器FBG、光纤、摄像头、声音广播系统和光学火灾感应传感器、强制开关；通过所述光纤传感网将实时监测数据融合接入到监控中心，监控中心评估分析后，自动发送报警信号；同时自动启动强制开关实现安全控制；