围岩位移可视化模型生成方法、感知桩、电子设备及介质

摘要

本申请的实施例公开了一种围岩位移可视化模型生成方法、感知桩、电子设备及存储介质，本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法能够监测隧道工程、地下工程等工程的围岩变形量，通过将隧道工程以隧道方向分为多个平面，并获取同一平面下每个关键点位置，以获得每个关键的位移数据，进而根据该位移数据能够得到每一个平面的位移轮廓，进而基于多个平面的位移轮廓构建面域矩阵，并基于该面域矩阵生成了围岩位移可视化模型，使得相关人员能够根据该围岩位移可视化模型清晰的对隧道工程进行监测和预警。

权利要求

1.一种围岩位移可视化模型生成方法，其特征在于，所述方法包括：各个感知桩相互发射接收定位信号，以获取同一平面下每个所述感知桩的位置；从同一平面相邻所述感知桩之间确定两个关键点的位置，以确定同一平面下所有的所述关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数目的最小值确定曲线阶数；

根据每个所述关键点的位置，得到每个所述关键点的位移数据；确定曲线的节点，基于每一平面确定的所述曲线阶数、每个所述关键点的位移数据以及曲线的节点计算每一平面的多个位移后的轮廓线，得到每一平面的多个位移轮廓线；

基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；

基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面，包括：根据所述位移轮廓线形成多边形；

每个所述多边形根据UV边线趋势以及UV线的阶数和点数向内变化形成渐变光滑收敛的曲面，以形成所述初步面域；

基于所述初步面域形成所述位移曲面。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述初步面域形成所述位移曲面，包括：每个所述初步面域根据相临的面域，进行升级调形，使相邻面域间光滑接触，形成所述位移曲面。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵之前，所述方法还包括：获取同一平面下每个关键点的初始位置；

基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的初始轮廓线，得到每一平面的初始轮廓线；

基于每一平面的所述初始轮廓线形成多个初始初步面域，并基于所述初始初步面域形成初始位移曲面；

基于所述初始位移曲面生成初始位移模型。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，包括：基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息生成位移三维模型；

基于所述位移三维模型和所述初始位移模型作差得到面域立体矩阵。

6.一种感知桩，其特征在于，所述感知桩包括：激光位移计、数据接收传输器、压电超声波陶瓷片、锚杆，所述激光位移计、所述数据接收传输器以及所述压电超声波陶瓷片均基于所述锚杆固定；

所述激光位移计用于监测相邻感知桩上激光位移计的位移变化；

所述压电超声波陶瓷片负责产生监测感知桩位移的超声波；

所述数据接收传输器负责传输当前感知桩收集到的数据，并将所有数据发送给云端计算模块，使得所述云端计算模块基于收到的数据生成围岩位移可视化模型，生成围岩位移可视化模型包括：获取同一平面下每个所述感知桩的位置；从同一平面相邻所述感知桩之间确定两个关键点的位置，以确定同一平面下所有的所述关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数目的最小值确定曲线阶数；根据每个所述关键点的位置，得到每个所述关键点的位移数据；确定曲线的节点，基于每一平面确定的所述曲线阶数、每个所述关键点的位移数据以及曲线的节点计算每一平面的多个位移后的轮廓线，得到每一平面的多个位移轮廓线；基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。

7.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如权利要求1‑5任一项所述的方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被电子设备的处理器执行时，使电子设备执行如权利要求1‑5任一项所述的方法。

说明书

围岩位移可视化模型生成方法、感知桩、电子设备及介质

技术领域

[0001] 本申请涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种围岩位移可视化模型生成方法、感知桩、电子设备及存储介质。

背景技术

[0002] 随着经济的发展，深部隧道、硐室等工程建设量激增，在“三高一扰动”的深部赋存条件下往往面临着隧道垮塌、岩爆、软岩大变形、突泥涌水等工程灾害，给工程建设带来了极大的挑战，因此，针对不同地质条件下形成科学合理的监测方案，在体积范围内掌握围岩支护结构的动态信息，构建岩土工程的灾害预警系统显得尤为重要。然而现有监测技术中存在传感器适配性低、设备之间相互独立、监测数据挖掘深度不足、缺乏风险感知等问题，难以及时准确的对现场进行预警，因此更新监测设备、研发感知预警系统势在必行。

发明内容

[0003] 本申请的实施例提供了一种围岩位移可视化模型生成方法、感知桩、电子设备及存储介质，其中，围岩位移可视化模型生成方法能够根据关键点的位置，生成围岩位移可视化模型，使得相关人员能够根据该围岩位移可视化模型清晰的获取工程的围岩信息位移信息，进而实现对工程岩体的预警监测，解决了相关技术中，无法掌握围岩位移信息，导致无法准确对工程进行监测预警的问题。

[0004] 本申请的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本申请的实践而习得。

[0005] 根据本申请实施例的一个方面，提供了一种围岩位移可视化模型生成方法，所述方法包括：获取同一平面下每个关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数量确定曲线阶数；基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线；基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。

[0006] 在一些示例中，获取同一平面下每个关键点的位置，包括：各个感知桩相互发射接收定位信号，以获取同一平面下每个所述感知桩的位置；从同一平面相邻所述感知桩之间确定两个所述关键点的位置，以确定同一平面下所有的所述关键点的位置。

[0007] 在一些示例中，基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线，包括：根据每个所述关键点的位置，得到每个所述关键点的位移数据；确定曲线的节点，基于每一平面确定的所述曲线阶数、每个所述关键点的位移数据以及曲线的节点计算每一平面的多个位移后的轮廓线，得到每一平面的多个所述位移轮廓线。

[0008] 在一些示例中，基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面，包括：根据所述位移轮廓线形成多边形；每个所述多边形根据UV边线趋势以及UV线的阶数和点数向内变化形成渐变光滑收敛的曲面，以形成所述初步面域；基于所述初步面域形成所述位移曲面。

[0009] 在一些示例中，基于所述初步面域形成所述位移曲面，包括：每个所述初步面域根据相临的面域，进行升级调形，使相邻面域间光滑接触，形成所述位移曲面。

[0010] 在一些示例中，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵之前，所述方法还包括：获取同一平面下每个关键点的初始位置；基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的初始轮廓线，得到每一平面的初始轮廓线；基于每一平面的所述初始轮廓线形成多个初始初步面域，并基于所述初始初步面域形成初始位移曲面；基于所述初始位移曲面生成初始位移模型。

[0011] 在一些示例中，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，包括：基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息生成位移三维模型；基于所述位移三维模型和所述初始位移模型作差得到面域立体矩阵。

[0012] 根据本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供了一种感知桩，所述感知桩包括：激光位移计、数据接收传输器、压电超声波陶瓷片、锚杆，所述激光位移计、所述数据接收传输器以及所述压电超声波陶瓷片均基于所述锚杆固定；所述激光位移计用于监测相邻感知桩上激光位移计的位移变化；所述压电超声波陶瓷片负责产生监测感知桩位移的超声波；所述数据接收传输器负责传输当前感知桩收集到的数据，并将所有数据发送给云端计算模块，使得所述云端计算模块基于收到的数据生成围岩位移可视化模型。

[0013] 根据本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个计算机程序，当所述一个或多个计算机程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述电子设备实现如上所述的方法。

[0014] 根据本申请实施例的一个方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当所述计算机程序被电子设备的处理器执行时，使电子设备执行如上所述的方法。

[0015] 本示例提供的围岩位移可视化模型生成方法，包括：所述获取同一平面下每个关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数量确定曲线阶数；基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线；基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法能够监测隧道工程、地下工程等工程的围岩变形量，通过将隧道工程以隧道方向分为多个平面，并获取同一平面下每个关键点位置，以获得每个关键的位移数据，进而根据该位移数据能够得到每一个平面的位移轮廓，进而基于多个平面的位移轮廓构建面域矩阵，并基于该面域矩阵生成了围岩位移可视化模型，使得相关人员能够根据该围岩位移可视化模型清晰的获取工程的围岩信息位移信息，进而实现对工程岩体的预警监测，解决了相关技术中，无法掌握围岩位移信息，导致无法准确对工程进行监测预警的问题。

[0016] 应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

[0017] 此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术者来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法基本流程图；

[0019] 图2为本实施例提供的感知桩的基本结构示意图；

[0020] 图3为本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法的基本流程示意图；

[0021] 图4为本实施例提供的电子设备的计算机系统的结构示意图。

具体实施方式

[0022] 这里将详细地对示例性实施例执行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

[0023] 附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

[0024] 附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/还可以分解，而有的操作/可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

[0025] 还需要说明的是：在本申请中提及的“多个”是指两个或者两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0026] 实施例一

[0027] 为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种围岩位移可视化模型生成方法，如图1所示，所述方法包括：

[0028] S101、所述获取同一平面下每个关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数量确定曲线阶数；

[0029] S102、基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线；

[0030] S103、基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；

[0031] S104、基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。

[0032] 其中，由关键点的数量确定曲线阶数，具体的，基于NURBS曲线的定义，最优曲线关键点的数目的最小值等于曲线阶数+1，进而在得到关键点的数量后，能够得到曲线阶数，能够理解的是，曲线阶数最高不超过7，也即，若关键点的的数目的最小值超过8后，曲线阶数仍为7。

[0033] 能够理解的是，本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法能够监测隧道工程、地下工程等工程的围岩变形量，例如，以隧道工程为例，将隧道工程以隧道方向分为多个平面，并获取同一平面下每个关键点位置，以获得每个关键的位移数据，进而根据该位移数据能够得到每一个平面的位移轮廓，进而基于多个平面的位移轮廓构建面域矩阵，并基于该面域矩阵生成了围岩位移可视化模型，使得相关人员能够根据该围岩位移可视化模型清晰的对隧道工程进行监测和安全评估，保证了工程施工的安全性。

[0034] 在本实施例的一些示例中，获取同一平面下每个关键点的位置，包括：各个感知桩相互发射接收定位信号，以获取同一平面下每个所述感知桩的位置；从同一平面相邻所述感知桩之间确定两个所述关键点的位置，以确定同一平面下所有的所述关键点的位置。

[0035] 具体的，首先将工程分为多个平面，并在每个平面设置多个感知桩，其中，每个感知桩能够发送发射定位信号，每个感知桩也能够接收其他感知桩发出的定位信号，使得工程内各个平面的感知桩能够相互发射和接收定位信号，进而确定出各个感知桩的位置，进而能够获取同一平面下每个感知桩的位置；获取同一平面下每个感知桩的位置后，能够确定每个感知桩的相邻感知桩，进而在相邻感知桩中确定两个关键点的位置，能够理解的是，相邻感知桩均具有两个关键点，直到确定完所有相邻感知桩之间关键点的位置，得到同一平面下所有关键点的位置；

[0036] 承接上例，例如，在工程的一平面下存在A‑B‑C三个感知桩，且A感知桩与B感知桩相邻，B感知桩同时与C感知桩相邻，则分别确定A感知桩与B感知桩之间的关键点，以及B感知桩与C感知桩之间的关键点，进而得到了该平面下所有关键点的位置。

[0037] 能够理解的是，感知桩之间关键点的位置不收限制，能够由相关人员灵活设置，优选的，感知桩之间关键点根据围岩的初始轮廓线确认，分别位于两个感知桩之间三分之一与三分之二处；同样的，相邻感知桩之间的关键点的数量同样不受限制，可以由相关人员灵活设置，优选的，相邻感知桩之间存在两个关键点。

[0038] 在本实施例的一些示例中，基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线，包括：根据每个所述关键点的位置，得到每个所述关键点的位移数据；确定曲线的节点，基于每一平面确定的所述曲线阶数、每个所述关键点的位移数据以及曲线的节点计算每一平面的多个位移后的轮廓线，得到每一平面的多个所述位移轮廓线。

[0039] 其中，获取到关键点的位置后，将关键点的位置转换为位移数据，以便后续使用，该位移数据能够表征关键点的当前位置；其中，曲线的节点为根据曲线的阶数确定，具体的，相同阶数下，关键点每增加1个，节点也增加1个，最后根据这些配置进行组合搭配演算出这工程这个平面的轮廓线的位移，得到位移轮廓线。

[0040] 在本实施例的一些示例中，基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面，包括：根据所述位移轮廓线形成多边形；每个所述多边形根据UV边线趋势以及UV线的阶数和点数向内变化形成渐变光滑收敛的曲面，以形成所述初步面域；基于所述初步面域形成所述位移曲面。

[0041] 其中，生成的已知位移轮廓线纵横交错，彼此相交，形成多边形，每个多边形根据UV边线趋势以及UV线的阶数和点数向内变化形成渐变光滑收敛的曲面，形成初步面域。

[0042] 在本实施例的一些示例中，基于所述初步面域形成所述位移曲面，包括：每个所述初步面域根据相临的面域，进行升级调形，使相邻面域间光滑接触，形成所述位移曲面。

[0043] 其中，每个初步面域根据相临的面域，通过重建、升阶或者调点的方式，进行升级调形，使相邻面域间光滑接触，生成完成的位移曲面，也即，变形后的多边形通过NURBS曲线函数不断调整控制阶数在横向、纵向范围内生成光滑收敛的位移曲面。

[0044] 在本实施例的一些示例中，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵之前，所述方法还包括：获取同一平面下每个关键点的初始位置；基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的初始轮廓线，得到每一平面的初始轮廓线；基于每一平面的所述初始轮廓线形成多个初始初步面域，并基于所述初始初步面域形成初始位移曲面；基于所述初始位移曲面生成初始位移模型。能够理解的是，同一个断面内、相邻监测断面的感知桩依次发射接收激光信号，进行初始位移量的校准，获取隧道的初始轮廓线，并依据初始轮廓线能够生成初始初步面域，并根据初始初步面域形成初始位移曲面；基于所述初始位移曲面生成初始位移模型。

[0045] 在本实施例的一些示例中，基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，包括：基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息生成位移三维模型；基于所述位移三维模型和所述初始位移模型作差得到面域立体矩阵。其中，位移三维模型与初始位移模型做差形成表征隧道变形的面域立体矩阵。通过数字孪生技术形成围岩位移三维模型，能够刻画围岩三维空间的变形特征。

[0046] 当通过围岩位移三维模型监测到围岩变形较大时，全场应变感知桩通过声光传感器发出警报提醒现场。预警可通过围岩变形指标、锚杆轴力指标、变形加速度指标进行刻画，围岩变形指标为：最大允许沉降值为‑20mm，最大允许变形速率为4mm/d，隆起控制值为10mm；锚杆轴力预警指标：变化速率以5kN/d为预警值；变形加速度预警指标：大于5g；当三个指标任意指标发生预警时可对现场进行提醒。

[0047] 当围岩变形量过大时，感知桩可发挥预应力锚杆的支护作用，起到防灾的作用。在隧道支护结构稳定后，或在隧道施作二衬之前，可将通过螺纹结构将感知桩拧下进行回收利用，降低传感器成本。

[0048] 本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法，所述方法包括：所述获取同一平面下每个关键点的位置，并根据同一平面下所述关键点的数量确定曲线阶数；基于每一平面确定的曲线阶数以及每个关键点的位移数据计算每一平面的轮廓线位移，得到每一平面的位移轮廓线；基于每一平面的所述位移轮廓线形成多个初步面域，并基于所述初步面域形成位移曲面；基于所述位移曲面中每个所述关键点的位移信息构建面域矩阵，并根据所述面域矩阵生成围岩位移可视化模型。本实施例提供的围岩位移可视化模型生成方法能够监测隧道工程、地下工程等工程的围岩变形量，例如，以隧道工程为例，将隧道工程以隧道方向分为多个平面，并获取同一平面下每个关键点位置，以获得每个关键的位移数据，进而根据该位移数据能够得到每一个平面的位移轮廓，进而基于多个平面的位移轮廓构建面域矩阵，并基于该面域矩阵生成了围岩位移可视化模型，使得相关人员能够根据该围岩位移可视化模型清晰的对隧道工程进行监测和安全评估，保证了工程施工的安全性。

[0049] 本实施例还提供一种所述感知桩包括：激光位移计、数据接收传输器、压电超声波陶瓷片、锚杆，所述激光位移计、所述数据接收传输器以及所述压电超声波陶瓷片均基于所述锚杆固定；所述激光位移计用于监测相邻感知桩上激光位移计的位移变化；所述压电超声波陶瓷片负责产生监测感知桩位移的超声波；所述数据接收传输器负责传输当前感知桩收集到的数据，并将所有数据发送给云端计算模块，使得所述云端计算模块基于收到的数据生成围岩位移可视化模型。

[0050] 具体的，如图2所示，所述感知桩包括：透明保护壳、螺栓（12）、激光位移计（13）、声光传感器、底座（15）、数据接收传输器（16）、保护罩（17）、PCB板（18）、电源（19）、三轴加速度计（110）、机箱（111）、箱盖（112）、后盖反射板（113）、压电超声波陶瓷片（114）、辐射头（115）、托盘（116）、锚杆（117）。

[0051] 各部分之间的关系：激光位移计（13）通过旋轴与底座（15）相连，底座（15）、声光传感器（14）、数据接收传输器（16）、机箱（111）上下相叠，通过螺栓（12）连成一个整体。保护罩（17）卡在底座（15）和机箱（111）之间，数据接收传输器（16）位于保护罩（17）之内。PCB板（18）位于机箱（111）上部卡槽内。电源（19）、三轴加速度计（110）置于机箱（111）内部。机箱（111）、箱盖（112）通过螺栓连接。压电超声波陶瓷片（114）被后盖反射板（113）以及辐射头（115）压紧。后盖反射板（113）与辐射头（115）螺纹拧紧。辐射头（115）与锚杆（117）螺纹连接。辐射头（115）、压电超声波陶瓷片（114）、后盖反射板（113）通过机箱（111）底部圆孔传入到机箱（111）内部，机箱（111）底部圆孔与辐射头螺纹连接。

[0052] 各部分的作用：透明保护壳起到保护内部的作用，声光通过透明保护壳（11）发出预警。激光位移计（13）负责监测相邻激光位移计（13）的位移变化。数据接收传输器（16）负责传输监测数据。底座（15）负责调整激光位移计（13）位置以及激光位移计（13）工作需要器件。保护罩（17）负责防尘，防碎石冲击。PCB板（18）负责各工作原件的正常运行。三轴加速度计（110）负责监测测点的加速度。电源（19）负责给各工作原件提供能源支持。后盖反射板（113）负责固定压电超声波陶瓷片（114）并反射超声波。压电超声波陶瓷片（114）负责产生监测锚与感应桩杆位移的超声波。辐射头（115）能够一定程度上放大发出的超声波。

[0053] 为了更好的理解本发明，本实施例提供一种更为具体的示例进行说明：

[0054] 1.提前将感知桩锚杆一端开螺纹处理，在现场的指定位置钻孔，塞入锚固剂，采用钻机搅拌锚固剂后安装托盘与锁具，在锚杆尾部通过螺纹将应变感知桩拧紧后安装完毕，多个测点安装后启动传感器开始工作。

[0055] 2.全场应变感知桩的激光位移计（12）射出定位激光连接同一断面相邻的激光位移计（12），借助于激光测距技术，多个传感器点对点依次发射、接收，以获得隧道内初始围压的变形量，形成立体化精密监测体系。

[0056] 本发明中，不设标准水准点，采用泛基准点的概念。监测时先测得各监测点先都以本身为基准点，测量相邻测点的位移变化量，通过相邻的测点之间彼此交叉交互测量，可多方位对比分析出每个测点彼此的位移高程差，不用得到各监测点的标准高程，就可直接得到每个测点位移相对差值，差值即为该测点的相对沉降值。在设置好监测点后，本发明开始在施工过程中自动监测围岩变形的情况。测点的监测频率为当洞径 10m时，12h/次；当洞径10m时，6h/次。

[0057] 三轴加速度计开始监测测点的瞬时加速度以表征围岩动能趋势。所属的三轴加速度计具有自动休眠功能，在该模式下的三轴加速度计能够被动的定时采集处于静止状态下的加速度值，所以平时在未发生震动的情况下自动切换到休眠状态，如果传感器发生震动且加速度值超过设定的阈值，此时出发自动休眠模式中断，三轴加速度计被自动唤醒，实现对加速度值的自动采集。具体地，掘进面与监测断面的加速度值可设有2.5g和7.5g两个分界值，分为0g‑2.5g、2.5g‑7.5g、大于7.5g三个等级。掘进面与监测断面的监测频率，当洞径10m时，频率为2h/次；当洞径 10m时，频率为1h/次。

[0058] 以预应力锚杆为载体，压电超声波陶瓷晶片向锚杆侧发射超声波，通过晶片发射超声波并且接收从而监测获得锚杆的伸长量，基于锚杆的应变量与锚杆材料的弹性模量乘积获得锚杆轴力。

[0059] 数据传输时，感知桩的数据接收装置以无线lora的通讯模式进行传输，当隧道传输距离过长或者出现拐角时会面临数据传输率低的问题，可设置中继lora模块提高数据的传输距离，从隧道最深处向外逐级传递，直至传递到DTU，通过DTU终端5G传递到数据云端。

[0060] 围岩位移数据根据感知桩的激光位移计测出监测点之间的位移，如图3所示，图3为围岩位移可视化模型生成方法的基本流程示意图，其过程如下：

[0061] （1）同一个断面内、相邻监测断面的感知桩依次发射接收激光信号，进行初始位移量的校准，获取隧道的初始轮廓线。

[0062] （2）当围岩发生变形后，各传感器之间相互发射接收生成新的变形轮廓，变形量为，

[0063] （3）基于NURBS曲线的定义，通过控制阶数、关键点、节点三个参数反演围岩变形轮廓线，以获取围岩三维空间内的变形特征。其中，阶数表征形成曲线的最高次数，阶数越高则生成的隧道轮廓曲线越光滑，关键点位于变形直线之外，根据初始校准结果每两个测点（感知桩）之间确定2个关键点的位置，两个测点之间的节点取2。变形后的多边形通过NURBS曲线函数不断调整控制阶数在横向、纵向范围内生成光滑收敛的位移曲面，最终形成隧道的三维模型，与初始位移模型做差形成表征隧道变形的面域立体矩阵 。

[0064] 基于全场应变桩的三维立体变形生成方法

[0065] 面域立体矩阵 （α为三维坐标下x方向上隧道的第α个平面，i为三维坐标下y方向上第i个平面，j为三维坐标下z方向上第j个平面， 为三维坐标下坐标为第i,z,α处的支护结构受力值），通过数字孪生技术形成围岩位移三维模型，能够刻画围岩三维空间的变形特征。

[0066] 当围岩变形较大时，全场应变感知桩通过声光传感器发出警报提醒现场。预警可通过围岩变形指标、锚杆轴力指标、变形加速度指标进行刻画，围岩变形指标为：最大允许沉降值为‑20mm，最大允许变形速率为4mm/d，隆起控制值为10mm；锚杆轴力预警指标：变化速率以5kN/d为预警值；变形加速度预警指标：大于5g；当三个指标任意指标发生预警时可对现场进行提醒。

[0067] 当围岩变形量过大时，感知桩可发挥预应力锚杆的支护作用，起到防灾的作用。在隧道支护结构稳定后，或在隧道施作二衬之前，可将通过螺纹结构将感知桩拧下进行回收利用，降低传感器成本。

[0068] 本申请的实施例还提供了一种电子设备，包括一个或多个处理器，以及存储装置，其中，存储装置，用于存储一个或多个计算机程序，当一个或多个计算机程序被一个或多个处理器执行时，使得电子设备实现如上的围岩位移可视化模型生成方法。

[0069] 图4示出了适于用来实现本申请实施例的电子设备的计算机系统的结构示意图。

[0070] 需要说明的是，图4示出的电子设备的计算机系统1800仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。

[0071] 如图4所示，计算机系统1800包括处理器（Central Processing Unit，CPU）1801，其可以根据存储在只读存储器（Read‑Only Memory，ROM）1802中的程序或者从储存部分1808加载到随机访问存储器（Random Access Memory，RAM）1803中的程序而执行各种适当的动作和处理，例如执行上述实施例中的方法。在RAM 1803中，还存储有系统操作所需的各种程序和数据。CPU 1801、ROM 1802以及RAM 1803通过总线1804彼此相连。输入/输出（Input /Output，I/O）接口1805也连接至总线1804。

[0072] 在一些实施例中，以下部件连接至I/O接口1805：包括键盘、鼠标等的输入部分1806；包括诸如阴极射线管（Cathode Ray Tube，CRT）、液晶显示器（Liquid Crystal Display，LCD）等以及扬声器等的输出部分1807；包括硬盘等的储存部分1808；以及包括诸如LAN（Local Area Network，局域网）卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分1809。通信部分1809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器1810也根据需要连接至I/O接口
1805。可拆卸介质1811，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器1810上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入储存部分1808。

[0073] 特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机程序。例如，本申请的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的计算机程序。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分1809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质1811被安装。在该计算机程序被处理器（CPU）1801执行时，执行本申请的系统中限定的各种功能。

[0074] 需要说明的是，本申请实施例所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory）、闪存、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（Compact Disc Read‑Only Memory，CD‑ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的计算机程序。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的计算机程序可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。

[0075] 附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。其中，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机程序的组合来实现。

[0076] 描述于本申请实施例中所涉及到的单元或者模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现，所描述的单元或者模块也可以设置在处理器中。其中，这些单元或者模块的名称在某种情况下并不构成对该单元或者模块本身的限定。

[0077] 本申请的另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前的围岩位移可视化模型生成方法。该计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的电子设备中所包含的，也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。

[0078] 本申请的另一方面还提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，该计算机程序存储在计算机可读存储介质中。电子设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序，使得该电子设备执行上述各个实施例中提供如前所述的围岩位移可视化模型生成方法。

[0079] 应当注意，尽管在上文详细描述中提及了用于动作执行的设备的若干模块或者单元，但是这种划分并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多模块或者单元的特征和功能可以在一个模块或者单元中具体化。反之，上文描述的一个模块或者单元的特征和功能可以进一步划分为由多个模块或者单元来具体化。

[0080] 本领域技术者在考虑说明书及实践这里公开的实施方式后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

[0081] 上述内容，仅为本申请的较佳示例性实施例，并非用于限制本申请的实施方案，本领域普通技术者根据本申请的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本申请的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。