[发明专利]一种基于BIM技术的运营隧道结构健康监测系统

权利要求书

1.一种基于BIM技术的运营隧道结构健康监测系统，其特征在于，包括：数据采集与传输单元、数据处理与分析单元，以及数据储存单元；

数据采集与传输单元用于采集传感器网络自动化监测数据以及人工巡检检测数据，利用数据通信干网发送至数据处理与分析单元；数据采集与传输单元包括数据采集模块和数据监测模块；数据采集模块用于收集隧道现场布置的传感器采集到的传感器数据，并上传至数据监测模块及数据处理与分析单元；数据监测模块用于根据接收到的传感器数据，生成实时曲线或报表；

数据处理与分析单元基于采集的不同类型、不同体量的传感器数据，实时对隧道结构的损伤模态与健康情况进行评估；

数据储存单元用于采用统一数据格式或者设置相应的格式转换协议，对传感器数据进行储存；

所述数据采集模块包括全站仪、倾角传感器和加速度传感器；所述传感器数据包括全站仪沉降监测数据、倾角传感器监测数据以及加速度传感器监测数据；

三种传感器数据的监测方法如下：

全站仪沉降监测数据采取间断采集的方式，监测仪器包括全站仪和棱镜，在隧道内的每个监测断面上布设棱镜，全站仪通过对每个棱镜测量一次x、y、z轴相对坐标来得到棱镜处的沉降变形量；

倾角传感器监测数据采取连续采集的方式，在隧道中选定基准点并在待检位置选取测点布置倾角传感器，利用倾角传感器对每个基准点测量相对坐标得到测点的倾角变化；

加速度传感器的安装按监测区段重点断面布置；加速度传感器监测数据选择列车通过监测断面时采集或分时段采集，然后对加速度传感器监测数据进行小波包分析来进行损伤识别；加速度传感器监测数据采用压缩感知的方式，由自动化采集器进行采集并传输到预处理服务器中进行编码测量，然后将获得的加速度测量数据传输到DTU无线模块，最后通过DTU无线模块发送至中心服务器；

在全站仪和中心服务器之间设置预处理服务器，所述预处理服务器中预装GeoCOM程序模块，用于对全站仪采集的棱镜相对坐标监测数据进行转换，之后实时将统一格式的转换数据发送至中心服务器；

倾角传感器监测数据通过自动化采集器采集并传输到DTU无线模块，再由DTU无线模块发送至中心服务器；

所述数据处理与分析单元包括检测量分析与处理模块，以及检测量与处理单元演示模块；

所述检测量分析与处理模块基于采集的全站仪沉降监测数据、倾角传感器监测数据以及加速度传感器监测数据，实时对隧道结构的损伤模态与健康情况进行评估；

所述检测量与处理单元演示模块用于监测量展示和评估结果预警，包括全站仪沉降监测数据、倾角传感器监测数据、加速度传感器监测数据监测结果的展示及评估结果的预警；

全站仪沉降监测数据的展示包括按里程分段的单传感器监测量展示、总时段监测累积量展示、监测量曲线绘制和表格文件导出，以将隧道里程与BIM管片模型协同，并将后续全站仪沉降监测数据的评估结果反映到管片BIM模型可视化画面中；

倾角监测数据的展示包括展示最后时段每个里程累积的倾角变化，同时展示每个监测断面在整个监测时段中的倾角变化趋势；

加速度监测数据的展示包括展示每个断面监测的加速度响应数据，同时展示每个断面的加速度响应数据基于小波包能量谱的预警值分析结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的运营隧道结构健康监测系统，其特征在于，沉降监测从起点往后15m位置设置第一道断面，往后断面以每20m间距设置一道断面，监测里程内共15个监测断面，棱镜对称分布在拱顶、拱腰和拱脚处；

倾角传感器检测从起点往后100m设置第一道断面，后续测点断面以管片厚度为轴向间距，监测区段共16道测点断面。

3.根据权利要求1所述的一种基于BIM技术的运营隧道结构健康监测系统，其特征在于，所述数据储存单元用于对传感器网络自动化监测数据以及人工巡检检测数据中的底层数据，采取小波包多阈值法或异常信号识别进行预处理；以及兼顾传感器网络自动化监测数据、分析结果与BIM模型的投影协同关系，采用统一数据格式或者设置相应的格式转换协议，对传感器网络自动化监测数据和人工巡检的检测数据进行储存。