隧道变形的监测仪开发与预测模型研究
发布时间：2021-11-29 10:15
随着经济与科学技术的发展,我国的隧道工程建设发展迅速。隧道施工与运营过程中,隧道健康安全日益成为需要重点关注的问题。在传统的隧道变形监测中,施工人员需要实地手工操作,存在监测非实时、安全隐患大等缺点。现有隧道变形激光测距设备,不能够对隧道断面进行连续性的测量,测量误差较大,影响对于隧道变形的分析及预测。本文结合隧道运营中的变形监测需求,设计开发了一种隧道变形监测仪,并对隧道变形预测方法进行建模分析。在对隧道变形监测仪进行总体的需求分析的基础上,采用激光测距,给出了隧道变形的监测方法,设计了一种隧道变形监测仪,采用两个相互垂直的机械运动结构,使激光测距仪能够在两个自由度方向转动,实现隧道多断面的连续测量。相较于传统测量方法,该仪器具有实时性好、效率高等优点。基于STM32对监测仪硬件设计,实现了系统功能要求,主要包含激光测距、液晶显示、SD卡存储、键盘控制、步进电机控制及电源电路等模块,并开发了相应模块的软件。利用三次曲线插值法对测量数据进行处理,重构隧道三维曲面形状,进行断面变形分析,得到了隧道变形量。基于支持向量机回归预测,对比分析了基于网格搜索法和粒子群算法的预测模型,将网格搜索法...
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LMS501-A激光测距仪Fig.2-5LMS501-ALaserRangeFinder
图 3-2 激光测距仪通信电路Fig.3-2 Communication Circuit of Laser Range Finder进电机控制电路电机正常工作时，所需的电流较大，直接采用单片机的引脚输出对电机进驱动或驱动效果很差，因此考虑采用步进电机驱动器来控制电机，这样机安全、稳定的工作，而且硬件电路连接简单，方便对步进电机的控制调节驱动器的细分数对步进电机的步距角进行调整，便于对断面测量点所选用的步进电机型号，查阅其相关推荐资料，结合工作电流的大小，机选取适合的驱动器，其中，57HS22 型步进电机 2 选取 M542 型驱动器机 1 选取 M860 型驱动器。两个驱动器的参数如表 3-2 所示。表 3-2 M542 驱动器与 86HS35 驱动器对比Tab.3-2 the Comparison between M542 Driver and 86HS35 Driver型号 M542 M860输出电流峰值 4.2A 4.2A
脉冲信号方向信号使能信号PUL+PUL-DIR+DIR-ENA+ENA-270270270RRR图 3-3 控制器与驱动器共阳极接线示意图ic Diagram of Common Anode Wiring for Co图 3-4 所示，步进电机 1 的驱动器连PA12 为方向控制；同理，步进电机10 为走步控制，PB11 为方向控制。单步进电机的控制。步进电机驱动器选断面的 180°范围内测量 400 个数据点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于优化支持向量机-混沌BP神经网络的基坑变形预测研究[J]. 王兴科,王娟. 隧道建设. 2017(09)
[2]中国铁路隧道数据统计[J]. 赵勇,田四明. 隧道建设. 2017(05)
[3]基于DFOS的苏州地铁1号线隧道变形监测的三维可视化[J]. 张其琪,李文峰,王宝军,施斌,刘建国,苗鹏勇,王兴. 工程勘察. 2017(03)
[4]瓦斯隧道施工安全控制措施[J]. 李吉铖. 山东工业技术. 2016(02)
[5]测量机器人隧道施工自动变形监测的实现[J]. 范本,郑继强,朱坤奠. 隧道建设. 2014(01)
[6]基于蚁群优化支持向量机的公路隧道围岩变形预测模型及应用[J]. 邱志刚. 隧道建设. 2014(01)
[7]基于粒子群与支持向量机的隧道变形预测模型[J]. 范思遐,周奇才,熊肖磊,赵炯. 计算机工程与应用. 2014(05)
[8]Coherent beam combining of high powerfiber lasers: Progress and prospect[J]. LIU ZeJin,ZHOU Pu,XU XiaoJun,WANG XiaoLin,MA YanXing. Science China（Technological Sciences）. 2013(07)
[9]基于时间序列与神经网络的软岩隧道变形预测模型及其应用[J]. 熊兴吾,孟茁超. 交通科学与工程. 2012(02)
[10]基于地面激光技术的隧道变形监测技术[J]. 李健,万幼川,江梦华,高贤君. 地理空间信息. 2012(01)
博士论文
[1]特大断面板岩隧道围岩变形特征及控制技术研究[D]. 张良刚.中国地质大学 2014
硕士论文
[1]城市地铁变形监测方案设计及变形预报研究[D]. 孔文琼.兰州交通大学 2016
[2]基于嵌入式系统的施工综合检测系统的研究[D]. 陈柱月.北京交通大学 2015
[3]光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究[D]. 白涛.山东大学 2011
[4]基于智能全站仪的自动变形监测系统开发及其在隧道监测中的应用[D]. 曹庆磊.山东科技大学 2011
[5]地铁限界检测系统研究[D]. 李儒英.西南交通大学 2008
[6]变形模型的分析研究以及变形的预测[D]. 叶斌.同济大学 2006
本文编号：3526326
【文章来源】：西安理工大学陕西省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
LMS501-A激光测距仪Fig.2-5LMS501-ALaserRangeFinder
图 3-2 激光测距仪通信电路Fig.3-2 Communication Circuit of Laser Range Finder进电机控制电路电机正常工作时，所需的电流较大，直接采用单片机的引脚输出对电机进驱动或驱动效果很差，因此考虑采用步进电机驱动器来控制电机，这样机安全、稳定的工作，而且硬件电路连接简单，方便对步进电机的控制调节驱动器的细分数对步进电机的步距角进行调整，便于对断面测量点所选用的步进电机型号，查阅其相关推荐资料，结合工作电流的大小，机选取适合的驱动器，其中，57HS22 型步进电机 2 选取 M542 型驱动器机 1 选取 M860 型驱动器。两个驱动器的参数如表 3-2 所示。表 3-2 M542 驱动器与 86HS35 驱动器对比Tab.3-2 the Comparison between M542 Driver and 86HS35 Driver型号 M542 M860输出电流峰值 4.2A 4.2A
脉冲信号方向信号使能信号PUL+PUL-DIR+DIR-ENA+ENA-270270270RRR图 3-3 控制器与驱动器共阳极接线示意图ic Diagram of Common Anode Wiring for Co图 3-4 所示，步进电机 1 的驱动器连PA12 为方向控制；同理，步进电机10 为走步控制，PB11 为方向控制。单步进电机的控制。步进电机驱动器选断面的 180°范围内测量 400 个数据点
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于优化支持向量机-混沌BP神经网络的基坑变形预测研究[J]. 王兴科,王娟. 隧道建设. 2017(09)
[2]中国铁路隧道数据统计[J]. 赵勇,田四明. 隧道建设. 2017(05)
[3]基于DFOS的苏州地铁1号线隧道变形监测的三维可视化[J]. 张其琪,李文峰,王宝军,施斌,刘建国,苗鹏勇,王兴. 工程勘察. 2017(03)
[4]瓦斯隧道施工安全控制措施[J]. 李吉铖. 山东工业技术. 2016(02)
[5]测量机器人隧道施工自动变形监测的实现[J]. 范本,郑继强,朱坤奠. 隧道建设. 2014(01)
[6]基于蚁群优化支持向量机的公路隧道围岩变形预测模型及应用[J]. 邱志刚. 隧道建设. 2014(01)
[7]基于粒子群与支持向量机的隧道变形预测模型[J]. 范思遐,周奇才,熊肖磊,赵炯. 计算机工程与应用. 2014(05)
[8]Coherent beam combining of high powerfiber lasers: Progress and prospect[J]. LIU ZeJin,ZHOU Pu,XU XiaoJun,WANG XiaoLin,MA YanXing. Science China（Technological Sciences）. 2013(07)
[9]基于时间序列与神经网络的软岩隧道变形预测模型及其应用[J]. 熊兴吾,孟茁超. 交通科学与工程. 2012(02)
[10]基于地面激光技术的隧道变形监测技术[J]. 李健,万幼川,江梦华,高贤君. 地理空间信息. 2012(01)
博士论文
[1]特大断面板岩隧道围岩变形特征及控制技术研究[D]. 张良刚.中国地质大学 2014
硕士论文
[1]城市地铁变形监测方案设计及变形预报研究[D]. 孔文琼.兰州交通大学 2016
[2]基于嵌入式系统的施工综合检测系统的研究[D]. 陈柱月.北京交通大学 2015
[3]光纤光栅位移传感系统开发及在海底隧道安全监测中的应用研究[D]. 白涛.山东大学 2011
[4]基于智能全站仪的自动变形监测系统开发及其在隧道监测中的应用[D]. 曹庆磊.山东科技大学 2011
[5]地铁限界检测系统研究[D]. 李儒英.西南交通大学 2008
[6]变形模型的分析研究以及变形的预测[D]. 叶斌.同济大学 2006
本文编号：3526326
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