[发明专利]隧道突涌水前兆信息监测与融合预警系统以及方法

说明书

技术领域

本发明属于隧道及地下工程建设应用领域，具体指隧道施工过程中，隧道突涌水灾害前兆信息监测与融合预警系统及方法。

背景技术

随着交通工程建设的飞速发展和国家基础设施建设的重大需求，我国已成为世界上隧道工程数量最多、最复杂、发展最快的国家。由于隧道修建地区地质条件的复杂性，地下水成为了引发隧道施工过程灾害事故的最主要因素之一，隧道突涌水灾害由于其高突发性、强破坏性，往往造成重大的人员伤亡和财产损失，因此在隧道施工过程中，对隧道突涌水灾害进行有效的预测预警，成为了保障施工人员生命安全和国家财产的有效手段和重要需求。

因此，本发明提出了一种隧道突涌水前兆信息监测与融合预警方法，将其适用于隧道施工过程中，取得了较好的应用效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是隧道施工过程中，突涌水灾害前兆信息监测与灾害发生的预测和预警。通过隧道突涌水远程预测预警信息监测平台和隧道突涌水前兆信息监测与融合预警系统，建立了基于MATLAB数据库和专家案例库的高效的隧道突涌水前兆信息监测与融合预警方法。与前人研究相比，该发明基于微型计算机进行界面操作，使用更为方便、计算更为精确，具有较好的应用前景。

本发明采用的技术方案如下：

本发明涉及一种隧道突涌水前兆信息监测与融合预警系统，包括一个监控平台，在所述的监控平台设有软件系统，所述的软件系统包括数据采集模块、数据处理模块、模式判别模块和融合预警模块；

所述的数据采集模块包括与数理处理模块相连的位移信息采集模块、应力信息采集模块、渗压信息采集模块、温度信息采集模块、视电阻率采集模块和微震信息采集模块；

所述的数据处理模块包括离差标准化模块、反正切函数模块、对数函数法模块和零-均值法模块；利用所述的四个模块对数据采集模块采集的信息进行处理；

所述的模式判别模块，包括主成分分析和因子分析；

所述的融合预警模块，包括预警前兆信息模块和信息监测预警模块；其中，所述的预警前兆信息模块，主要针对地质前兆信息、预报前兆信息和施工监测信息进行案例匹配和类型判识；所述的信息监测预警模块，通过不同的数据处理形成对隧道施工过程中的突涌水前兆信息进行融合分析和灾害发生预测预警。

进一步的，所述的主成分分析主要包括：标准化处理、相关系数矩阵、特征值和贡献程序。

进一步的，所述的因子分析主要包括：条件判识、因子参量、正交旋转和因子得分。

进一步的，以MATLAB函数库为计算平台编制的离差标准化模块、反正切函数模块、对数函数法模块和零-均值法模块。

进一步的，所述的信息监测预警模块，主要包含数据处理、数据挖掘、信息融合、实时修正和预测预警。

利用上述系统进行预警的方法，包括以下步骤：

步骤1在隧道施工现场利用传感器以及监控平台上的数据采集模块进行数据采集，包括位移、应力、渗压、温度、视电阻率和微震信息；

步骤2将步骤1采集的信息，传输至数据处理模块，进行数据处理；所述的数据处理模块利用离差标准化模块、反正切函数模块、对数函数法模块和零-均值法模块进行融合分析；

步骤3，通过模式判别模块对比数据库信息，进行基于监测数据结果的突涌水模式匹配，进而利用融合预警模块实现隧道突涌水灾害的预测预警。

进一步的，所述的预警前兆信息，主要基于专家案例库，使用者通过对比施工现场揭露的岩石产状和地下水情况，进行模式匹配，并且根据施工监测的水压、水质、钢拱架应力和位移等信息进行预警措施，并指导处理措施和应急预案。

进一步的，所述的信息监测预警，主要通过信息处理进行监测信息动态显示，通过数据挖掘进行预警阀值和突水概率计算，通过改进的D-S证据理论进行信息融合计算突水概率，通过实时修正计算实时突水概率，通过GM、ARM A或者Holt-Winters Model进行隧道突涌水的预测预警。

本发明的有益效果：

本发明研究了一种隧道突涌水前兆信息监测与融合预警系统以及方法，解决了隧道施工过程中，隧道突涌水预测预警难题，通过现场数据采集、计算机数据处理、系统模式判别，实现了在隧道施工过程中对隧道突涌水灾害的高效模式判别和有效预测预警。与前人研究相比，该发明基于微型计算机进行界面操作，操作更为方便、计算更为精确，具有较好的应用前景。