早期人防工程監(jiān)測方法研究
——以濟(jì)南市人防早期干道為例

文｜張宇曉 趙建莉 王玉貴 劉鵬飛 王洪功 王強(qiáng) 苗猛 （.濟(jì)南市市中區(qū)人防工程服務(wù)中心；.山東省人民防空辦公室人防工程管理中心；.山東同圓數(shù)字科技有限公司）

0.引言

早期人防工程由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，安全隱患日益突出，平戰(zhàn)功能難以發(fā)揮，一直困擾著人防事業(yè)的健康發(fā)展[1]。同時(shí)，早期人防工程在城市處于廢置狀態(tài)，成為現(xiàn)代化城市發(fā)展的雞肋，存在著嚴(yán)重的安全隱患，造成維護(hù)成本不斷。

早期人防工程的特點(diǎn)，一是幅員小，大部分工程高、寬不足2 米，單體工程多為百十平方米到幾百平方米；二是防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)低，無法達(dá)到相應(yīng)的防核、生、化武器標(biāo)準(zhǔn)；三是結(jié)構(gòu)安全性差，缺乏科學(xué)驗(yàn)算和施工設(shè)計(jì)，使用壽命無法確定；四是規(guī)劃布局差，除了干道工程有少量聯(lián)通外，大部分工程零星散落；五是埋置深、口部少，通、排風(fēng)不暢，難以維護(hù)，有的常年積水、有裂隙，成為危及地面安全的隱患。如何治理早期人防工程，一直是困擾各地人防部門的老大難問題。在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)飛速發(fā)展的今天，應(yīng)盡早加以妥善解決。高技術(shù)條件下的戰(zhàn)爭特點(diǎn)和現(xiàn)代城市綜合功能的提升，對處在大、中城市的早期人防工程能否發(fā)揮戰(zhàn)時(shí)和平時(shí)的作用，提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，治理早期人防工程必須引起高度重視。尤其是對利用價(jià)值較大的早期人防工程的合理開發(fā)利用、管理維護(hù)，結(jié)合現(xiàn)在的安全監(jiān)測技術(shù)，充分發(fā)揮原有人防工程的新價(jià)值，其社會意義更為重要。

本文將針對早期人防工程監(jiān)測方法展開論述，旨在實(shí)現(xiàn)早期人防工程智能化監(jiān)測。

1.系統(tǒng)建設(shè)

1.1 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

早期人防智能化監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)早期人防工程的智能化監(jiān)測，為早期人防工程安全維護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)。通過早期人防智能化監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備對工程內(nèi)部環(huán)境、工程沉降變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并通過分析監(jiān)測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警提醒，以便于工作人員分析判斷可能發(fā)生的情況，提前做好防范措施；通過集群通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地上地下通訊暢通，達(dá)到快速通訊指揮調(diào)度的目的；通過紅外線定位，準(zhǔn)確獲取工作人員在工程內(nèi)的移動(dòng)軌跡和位置信息，輔助視頻監(jiān)控更加直觀，一目了然；監(jiān)測系統(tǒng)通過集成口部門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制。

1.2 監(jiān)測系統(tǒng)詳述

針對當(dāng)前早期人防工程監(jiān)測管理現(xiàn)狀造成的維護(hù)保養(yǎng)針對性不強(qiáng)、數(shù)據(jù)掌握不及時(shí)、人防工程盲區(qū)、通訊質(zhì)量差等問題。通過對早期人防工程的環(huán)境氣體、視頻監(jiān)控、安防、照明、通訊定位、變形監(jiān)測等系統(tǒng)的智能化監(jiān)測，進(jìn)行早期人防工程監(jiān)測方法的研究，為早期人防工程安全維護(hù)管理提供科學(xué)依據(jù)，具體研究監(jiān)測內(nèi)容如下：

（1）對人防通道中濕度、溫度、空氣的質(zhì)量、有毒有害氣體、二氧化碳濃度、可燃?xì)怏w濃度及液位等進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測。通過對數(shù)據(jù)的收集、篩選、分類整理，根據(jù)早期人防特點(diǎn)，設(shè)置預(yù)警、報(bào)警界值，當(dāng)達(dá)到預(yù)警、報(bào)警界值后進(jìn)行預(yù)警、報(bào)警提醒，提醒工作人員進(jìn)行處理，保障通道適宜人員進(jìn)入及進(jìn)入人員的人身安全。

（2）建立人防干道的變形監(jiān)測網(wǎng)，進(jìn)行水平位移、頂部沉降、側(cè)面傾斜、結(jié)構(gòu)裂縫、撓度、整體擺動(dòng)和振動(dòng)等監(jiān)測。通過對數(shù)據(jù)的收集、篩選、分類整理，設(shè)置預(yù)警等級界值，當(dāng)達(dá)到一級報(bào)警、二級報(bào)警、三級報(bào)警、四級報(bào)警界值后進(jìn)行各類報(bào)警提醒，工作人員可根據(jù)不同類別的報(bào)警提醒采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，避免造成坍塌等較大危害。

（3）系統(tǒng)可對人防干道內(nèi)的現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀看、記錄存儲、并可以視頻回放、就地或遠(yuǎn)程調(diào)出及儲取等操作，從而實(shí)現(xiàn)人防干道的網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控，方便快捷地進(jìn)行操作，避免外來人員、小動(dòng)物等非法闖入，一旦發(fā)現(xiàn)可及時(shí)進(jìn)行處理。

（4）通過預(yù)設(shè)基站及工作人員攜帶的定位芯片準(zhǔn)確定位工作人員在通道中的位置信息，輔助監(jiān)控視頻，更加準(zhǔn)確直觀的獲取工作人員在通道中的移動(dòng)軌跡和位置信息，一旦工作人員發(fā)生意外，可在最短時(shí)間到達(dá)工作人員所處位置，最大可能保證人員的人身安全。

（5）無線集群通訊系統(tǒng)，選呼、群呼、個(gè)呼等集群通訊功能，與通道中人員進(jìn)行語音通話，結(jié)合視頻監(jiān)控、定位系統(tǒng)，準(zhǔn)確獲取位置信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題需地上人員配合修改時(shí)，可進(jìn)行語音通話，及時(shí)到達(dá)準(zhǔn)確位置，避免人員頻繁往返，問題點(diǎn)反復(fù)檢索問題，節(jié)約時(shí)間，提高效率。

（6）控制通道中照明，當(dāng)人員進(jìn)入時(shí)打開照明系統(tǒng)，避免通道黑暗，不易于人員通行。當(dāng)無人員進(jìn)入時(shí)，關(guān)閉照明系統(tǒng)，避免資源浪費(fèi)。

（7）通過口部門禁系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，當(dāng)人員離開工程時(shí)，門禁如未關(guān)閉，及時(shí)提醒工作人員進(jìn)行關(guān)閉，避免外來人員、小動(dòng)物等非法闖入，造成傷害。

2.技術(shù)路線

為實(shí)現(xiàn)研究早期人防工程的監(jiān)測方法的智能化、規(guī)范化，采用以下研究方法進(jìn)行研究：

（1）采用激光測距儀、溫濕度監(jiān)測傳感器、氣體監(jiān)測傳感器、液位監(jiān)測傳感器等根據(jù)人防工程應(yīng)用的技術(shù)特點(diǎn)，從安裝方式，結(jié)構(gòu)形式等方面進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)研究相應(yīng)的算法。

（2）根據(jù)現(xiàn)場情況對該工程通道內(nèi)的表面進(jìn)行沉降、變形觀測工作，適時(shí)動(dòng)態(tài)的觀測過程中的沉降及變形變化量、累計(jì)量。通過觀測所取得的數(shù)據(jù)，分析和監(jiān)測其沉降、變形情況，以便發(fā)現(xiàn)有無異常變形，確保其安全運(yùn)營；針對人防通道的定、側(cè)結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測做結(jié)構(gòu)形變監(jiān)測及周邊環(huán)境影響的監(jiān)測。干道的結(jié)構(gòu)形變的監(jiān)測對象主要包含結(jié)構(gòu)頂部差異性沉降、側(cè)面傾斜、突出等。對干道周圍環(huán)境影響的監(jiān)測主要包括明顯的形變和振動(dòng)監(jiān)測及裂變檢測。

檢測工具主要是采用具有拱頂沉降和收斂監(jiān)測功能的激光測距儀，利用激光測距儀測量速度快、數(shù)據(jù)測量精度高、設(shè)備體積小，使用較為方便等特點(diǎn)，可運(yùn)用于隧道拱頂沉降及收斂、橋墩沉降監(jiān)測[2]。

拱頂沉降和拱腰收斂測點(diǎn)布置如圖1所示。

圖1 拱頂沉降和拱腰收斂測點(diǎn)布置

在B 點(diǎn)處布置激光監(jiān)測儀器，根據(jù)測出的AB 和BC 的間距數(shù)值，進(jìn)行前后數(shù)據(jù)計(jì)算分析，可以得到干道拱腰的收斂量和拱頂?shù)某两党潭戎怠?/p>

例如AB 間距初測值為L，二次測得值為LAB，則收斂量△L=L-LAB。

拱頂沉降采用等比法，以激光測距儀為例[3]，原理為圖2。

圖2 干道拱頂?shù)某两?、腰線收斂監(jiān)測斷面圖

通過在人防干道拱頂部布置一塊水平板，在干道的拱腰處布置二個(gè)激光檢測位移傳感器，通過激光測距儀可以測出傳感器位置點(diǎn)與平板間的最初距離AB 的值；同時(shí)，利用全站儀得量出頂部水平板距離已測出的BD 水平線的初始垂直距離AC[4]（圖3）。

圖3 兩個(gè)傳感器位置關(guān)系

當(dāng)干道的拱頂下沉變形時(shí)，利用測量出三角形此刻斜邊BF 的長度，進(jìn)行等比計(jì)算，可知形變的程度（圖4）。

圖4 拱頂沉降計(jì)算示意圖

人防干道不均勻沉降采用壓差式變形測量傳感器進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，壓差式變形測量傳感器的主要用途是：用于橋梁、涵洞、隧道、地鐵及周邊建筑物等的結(jié)構(gòu)物沉降或撓度的長期自動(dòng)化監(jiān)測，技術(shù)特性是采用精密數(shù)字化的溫度補(bǔ)償和非線性修正技術(shù)手段，設(shè)備具有一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的信號輸出優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備具有精度高、體積小、重量輕、操作簡單、量程覆蓋范圍寬等特點(diǎn)[5]。

利用壓差傳感器的測量值進(jìn)行詳細(xì)的監(jiān)測，并記錄和分析響應(yīng)結(jié)果。具體如圖5。

沉降的異常情況直接進(jìn)行系統(tǒng)顯示，出現(xiàn)異常閾值后，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警和提示。

3.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

目前市中區(qū)早期人防工程通道約5.3km，且都為20 世紀(jì)六七十年代建設(shè)，具有早期人防工程的痛點(diǎn)通性，市中區(qū)按照現(xiàn)行人防工程設(shè)計(jì)、施工規(guī)范和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對早期人防工程進(jìn)行早期人防工程智能化建設(shè)，對全省能起到較好的示范性，且具備推廣的基礎(chǔ)與條件。系統(tǒng)依托市中區(qū)早期人防工程一期經(jīng)八路工程，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與工程自身特性相結(jié)合，著力解決早期人防工程監(jiān)測的技術(shù)與管理難題。

3.1 總體架構(gòu)

根據(jù)實(shí)際情況，該系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)為C/S端設(shè)計(jì)，采用JVVA 語言進(jìn)行設(shè)計(jì)。系統(tǒng)分為感知末端、系統(tǒng)構(gòu)架、服務(wù)基礎(chǔ)平臺部分。

系統(tǒng)根據(jù)末端采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集和分析，深入數(shù)據(jù)挖掘。并將形成數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式在系統(tǒng)平臺顯示，為人防管理提供參考和決策依據(jù)。如圖6 所示。

圖6 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.2 環(huán)境監(jiān)測/報(bào)警

對人防通道中濕度、溫度、空氣的質(zhì)量、有毒有害氣體、二氧化碳濃度、可燃?xì)怏w濃度及液位等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，并進(jìn)行環(huán)境報(bào)警信息預(yù)覽，趨勢分析。如圖7、8 所示。

圖7 環(huán)境監(jiān)測

圖8 環(huán)境報(bào)警

3.3 變形監(jiān)測/報(bào)警

利用專用的儀器和方法對變形體的變形現(xiàn)象進(jìn)行持續(xù)觀測，對其變形形態(tài)進(jìn)行分析，以及對變形的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行預(yù)測等。干道的變形監(jiān)測內(nèi)容主要包括：建立變形監(jiān)測網(wǎng)，進(jìn)行水平位移、頂部沉降、側(cè)面傾斜、結(jié)構(gòu)裂縫、撓度、整體擺動(dòng)和振動(dòng)等監(jiān)測[6]，并進(jìn)行變形報(bào)警信息預(yù)覽，趨勢分析。如圖9、10 所示。

圖9 變形監(jiān)測

圖10 變形報(bào)警

3.4 視頻監(jiān)控

檢測主機(jī)可對圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀看、記錄存儲、視頻回放、就地或遠(yuǎn)程調(diào)出及儲取等操作，從而實(shí)現(xiàn)人防干道的網(wǎng)絡(luò)化的視頻監(jiān)控，方便快捷的進(jìn)行操作。如圖11 所示。

圖11 視頻監(jiān)控

3.5 定位通訊

支持無線集群通訊系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)選呼、群呼、個(gè)呼等集群通訊功能；可以實(shí)現(xiàn)GSP/北斗位置信息的傳輸，結(jié)合指揮調(diào)度軟件，可直觀地在地圖上查看人員位置、并與其進(jìn)行語音通話。如圖12 所示。

圖12 定位通訊

4.結(jié)語

將物聯(lián)網(wǎng)安全態(tài)勢感知技術(shù)與可視化建模無縫結(jié)合，實(shí)現(xiàn)早期人防工程環(huán)境和設(shè)備設(shè)施的全方位、可視化監(jiān)測，及對異常狀況的精準(zhǔn)定位規(guī)范化、流程化、可視化巡檢，實(shí)現(xiàn)早期人防干道的結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)施安全的隱患巡查，提升人防工程的信息化水平，提高人防工程管理的實(shí)效性、規(guī)范性，并將人防應(yīng)急指揮思想引入其中，不僅滿足平時(shí)運(yùn)維信息化管理需要，在緊急情況下還可實(shí)現(xiàn)事件的快速處置與應(yīng)對，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

早期人防工程智能化監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，通過智能化手段及時(shí)掌握早期人防工程的運(yùn)行情況、健康狀態(tài)，人防工程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)人防工程的社會效益最大化。