基于多傳感信息融合技術(shù)的城市軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)*

魏漢明，趙 靚

(山西省信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司,山西 太原 030012)

0 引言

21世紀以來，城市軌道交通因具有節(jié)能、快捷和大運量的特征越來越受到眾多國家的關(guān)注。城市軌道交通工程建設相比一般建筑工程具有投資規(guī)模大、建設周期長、施工項目多、施工技術(shù)復雜、風險因素多、對社會環(huán)境影響大等特點[1]。軌道交通建設工程施工過程中屢發(fā)事故，且部分事故后果極其慘重。在以往的軌道交通建設工程中，各單位往往僅強調(diào)責任制，運用傳統(tǒng)的經(jīng)驗管理方法，這已遠遠不能適應當前地鐵建設的需要。另外，地鐵建設在我國發(fā)展歷史較短，專家資源有限，加之工程建設數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)種類多，專家有時無法方便地獲得數(shù)據(jù)并進行分析，無法及時找出風險隱患點。又隨著近些年各大城市的軌道交通信息化水平的不斷提高，在城市軌道交通長期的實際應用中，很多問題都逐漸的呈現(xiàn)出來[2]。

基于此本文設計一種基于多傳感信息融合技術(shù)的城市軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)。通過多傳感信息融合技術(shù)處理人工采集與設備自動采集的數(shù)據(jù)信息，并將處理后的數(shù)據(jù)與預警閾值進行比較，從而及時規(guī)避城市地下建設過程中存在的潛在風險，確保地鐵建設安全。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

本文研究的是基于多傳感信息融合技術(shù)的城市軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)將壓力測試儀、鋼筋應力計、土壓力盒、軸力計、多點測量的滑動式測斜儀等傳感器構(gòu)成的自動采集數(shù)據(jù)與全站儀、水準儀等人工測量數(shù)據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)對各種數(shù)據(jù)源的多源數(shù)據(jù)融合分析，整體監(jiān)控軌道交通工程建設中的安全風險。圖1為軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 技術(shù)關(guān)鍵

2.1 多傳感信息融合技術(shù)

隨著傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)、計算機技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展越來越成熟，多傳感器信息融合技術(shù)已成為一種熱門新興學科和技術(shù)[3]。多傳感信息融合技術(shù)是將來自多種傳感器的信息和數(shù)據(jù)，在一定的準則下加以自動分析和綜合，以完成所需要的決策和估計而進行的信息處理過程[4]。將多傳感信息融合理論運用于本系統(tǒng)，實現(xiàn)壓力測試儀、鋼筋應力計、土壓力盒、軸力計、全站儀、水準儀等采集回的數(shù)據(jù)綜合處理，通過制定門限閾值，可以對超限數(shù)據(jù)進行動態(tài)預警，也可以將采集數(shù)據(jù)打包上傳，提供更加豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 無線通訊技術(shù)

無線通信是利用電磁波信號可以在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式[5]。本文中利用有線及無線(4G、3G)方式進行遠程數(shù)據(jù)傳輸，確保壓力測試儀、鋼筋應力計、土壓力盒、軸力計、多點測量的滑動式測斜儀、水位計等多個深基坑參量傳感器數(shù)據(jù)實時、保真、穩(wěn)定傳輸至控制中心，在控制中心采用高性能服務器對獲取數(shù)據(jù)進行實時解析。

2.3 智能預警技術(shù)

通過控制中心將采集的數(shù)據(jù)信息與相應監(jiān)測信息的預警閾值進行比較，若超出，中央控制系統(tǒng)將控制產(chǎn)生預警記錄[6]。針對不同規(guī)模、不同建設難度的軌道交通工程，進行安全警情分級，在此基礎(chǔ)上，建立不同警情的實時發(fā)布機制。系統(tǒng)可以實現(xiàn)軌道交通工程建設安全自動分級別預、報警，并實施發(fā)布。

3 軟件設計

本文針對城市軌道交通建設中的車站基坑與區(qū)間隧道施工系統(tǒng)分別構(gòu)建了相應的風險知識庫，通過采集壓力測試儀、鋼筋應力計、土壓力盒、軸力計、滑動式測斜儀等傳感器信息，并結(jié)合全站儀、水準儀等人工測量數(shù)據(jù)，通過控制中心將采集的數(shù)據(jù)信息與相應監(jiān)測信息的預警閾值進行比較，若超出，中央控制系統(tǒng)將控制產(chǎn)生預警記錄；產(chǎn)生的風險存在于風險知識庫中，中央控制系統(tǒng)將直接調(diào)用相關(guān)預警方案并通知相關(guān)人員排險。若風險庫中沒有處理相應風險的方案，則通知相關(guān)負責人制定相應的風險處理方案。圖2為系統(tǒng)工作流程圖。

4 總結(jié)信息

控制中心接收到傳來的數(shù)據(jù)信息后，進行分析處理，分析處理完成后在軟件界面中顯示出信息的變化示意圖。如圖3所示為#1水位數(shù)據(jù)變化示意圖。圖4為GC3-2水位數(shù)據(jù)變化示意圖。圖5所示為DBC1-3沉降數(shù)據(jù)變化示意圖。

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

圖3 1號水位數(shù)據(jù)變化示意圖

圖4 GC3-2水位數(shù)據(jù)變化示意圖

圖5 DBC1-3沉降數(shù)據(jù)變化示意圖

5 結(jié)論

本文對城市軌道交通風險監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、使用技術(shù)做了詳細的敘述，主要運用多傳感信息融合技術(shù)、無線通訊技術(shù)、智能預警技術(shù)，實現(xiàn)了對軌道交通建設中數(shù)據(jù)信息的采集、傳輸與處理，通過建立不同警情的實時發(fā)布機制，提高了發(fā)生風險的響應速度，降低了發(fā)生風險的概率，為軌道交通的建設安全提供了有力保障。