早期人防工程監測方法研究
——以濟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 苗猛 （.濟南市市中區人防工程服務中心；.山東省人民防空辦公室人防工程管理中心；.山東同圓數字科技有限公司）

0.引言

早期人防工程由于建設年代久遠，安全隱患日益突出，平戰功能難以發揮，一直困擾著人防事業的健康發展[1]。同時，早期人防工程在城市處于廢置狀態，成為現代化城市發展的雞肋，存在著嚴重的安全隱患，造成維護成本不斷。

早期人防工程的特點，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；二是防護標準低，無法達到相應的防核、生、化武器標準；三是結構安全性差，缺乏科學驗算和施工設計，使用壽命無法確定；四是規劃布局差，除了干道工程有少量聯通外，大部分工程零星散落；五是埋置深、口部少，通、排風不暢，難以維護，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。在新型城鎮化建設飛速發展的今天，應盡早加以妥善解決。高技術條件下的戰爭特點和現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揮戰時和平時的作用，提出了嚴峻的挑戰，治理早期人防工程必須引起高度重視。尤其是對利用價值較大的早期人防工程的合理開發利用、管理維護，結合現在的安全監測技術，充分發揮原有人防工程的新價值，其社會意義更為重要。

本文將針對早期人防工程監測方法展開論述，旨在實現早期人防工程智能化監測。

1.系統建設

1.1 系統建設內容

早期人防智能化監測系統實現早期人防工程的智能化監測，為早期人防工程安全維護管理提供科學依據。通過早期人防智能化監測系統聯動數據采集設備對工程內部環境、工程沉降變形進行實時監測，并通過分析監測所得數據進行預警提醒，以便于工作人員分析判斷可能發生的情況，提前做好防范措施；通過集群通訊系統實現地上地下通訊暢通，達到快速通訊指揮調度的目的；通過紅外線定位，準確獲取工作人員在工程內的移動軌跡和位置信息，輔助視頻監控更加直觀，一目了然；監測系統通過集成口部門禁系統、照明系統、視頻監控系統，實現遠程監測和控制。

1.2 監測系統詳述

針對當前早期人防工程監測管理現狀造成的維護保養針對性不強、數據掌握不及時、人防工程盲區、通訊質量差等問題。通過對早期人防工程的環境氣體、視頻監控、安防、照明、通訊定位、變形監測等系統的智能化監測，進行早期人防工程監測方法的研究，為早期人防工程安全維護管理提供科學依據，具體研究監測內容如下：

（1）對人防通道中濕度、溫度、空氣的質量、有毒有害氣體、二氧化碳濃度、可燃氣體濃度及液位等進行的實時監測。通過對數據的收集、篩選、分類整理，根據早期人防特點，設置預警、報警界值，當達到預警、報警界值后進行預警、報警提醒，提醒工作人員進行處理，保障通道適宜人員進入及進入人員的人身安全。

（2）建立人防干道的變形監測網，進行水平位移、頂部沉降、側面傾斜、結構裂縫、撓度、整體擺動和振動等監測。通過對數據的收集、篩選、分類整理，設置預警等級界值，當達到一級報警、二級報警、三級報警、四級報警界值后進行各類報警提醒，工作人員可根據不同類別的報警提醒采取相應的應對措施，避免造成坍塌等較大危害。

（3）系統可對人防干道內的現場實際情況進行實時的觀看、記錄存儲、并可以視頻回放、就地或遠程調出及儲取等操作，從而實現人防干道的網絡化的視頻監控，方便快捷地進行操作，避免外來人員、小動物等非法闖入，一旦發現可及時進行處理。

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

（5）無線集群通訊系統，選呼、群呼、個呼等集群通訊功能，與通道中人員進行語音通話，結合視頻監控、定位系統，準確獲取位置信息，當發現問題需地上人員配合修改時，可進行語音通話，及時到達準確位置，避免人員頻繁往返，問題點反復檢索問題，節約時間，提高效率。

（6）控制通道中照明，當人員進入時打開照明系統，避免通道黑暗，不易于人員通行。當無人員進入時，關閉照明系統，避免資源浪費。

（7）通過口部門禁系統的狀態監測，當人員離開工程時，門禁如未關閉，及時提醒工作人員進行關閉，避免外來人員、小動物等非法闖入，造成傷害。

2.技術路線

為實現研究早期人防工程的監測方法的智能化、規范化，采用以下研究方法進行研究：

（1）采用激光測距儀、溫濕度監測傳感器、氣體監測傳感器、液位監測傳感器等根據人防工程應用的技術特點，從安裝方式，結構形式等方面進行改進，同時研究相應的算法。

（2）根據現場情況對該工程通道內的表面進行沉降、變形觀測工作，適時動態的觀測過程中的沉降及變形變化量、累計量。通過觀測所取得的數據，分析和監測其沉降、變形情況，以便發現有無異常變形，確保其安全運營；針對人防通道的定、側結構安全監測做結構形變監測及周邊環境影響的監測。干道的結構形變的監測對象主要包含結構頂部差異性沉降、側面傾斜、突出等。對干道周圍環境影響的監測主要包括明顯的形變和振動監測及裂變檢測。

檢測工具主要是采用具有拱頂沉降和收斂監測功能的激光測距儀，利用激光測距儀測量速度快、數據測量精度高、設備體積小，使用較為方便等特點，可運用于隧道拱頂沉降及收斂、橋墩沉降監測[2]。

拱頂沉降和拱腰收斂測點布置如圖1所示。

圖1 拱頂沉降和拱腰收斂測點布置

在B 點處布置激光監測儀器，根據測出的AB 和BC 的間距數值，進行前后數據計算分析，可以得到干道拱腰的收斂量和拱頂的沉降程度值。

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 干道拱頂的沉降、腰線收斂監測斷面圖

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與平板間的最初距離AB 的值；同時，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 兩個傳感器位置關系

當干道的拱頂下沉變形時，利用測量出三角形此刻斜邊BF 的長度，進行等比計算，可知形變的程度（圖4）。

圖4 拱頂沉降計算示意圖

人防干道不均勻沉降采用壓差式變形測量傳感器進行現場監測，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構物沉降或撓度的長期自動化監測，技術特性是采用精密數字化的溫度補償和非線性修正技術手段，設備具有一體化結構設計和標準化的信號輸出優點，設備具有精度高、體積小、重量輕、操作簡單、量程覆蓋范圍寬等特點[5]。

利用壓差傳感器的測量值進行詳細的監測，并記錄和分析響應結果。具體如圖5。

沉降的異常情況直接進行系統顯示，出現異常閾值后，系統進行報警和提示。

3.技術實現

目前市中區早期人防工程通道約5.3km，且都為20 世紀六七十年代建設，具有早期人防工程的痛點通性，市中區按照現行人防工程設計、施工規范和質量標準對早期人防工程進行早期人防工程智能化建設，對全省能起到較好的示范性，且具備推廣的基礎與條件。系統依托市中區早期人防工程一期經八路工程，將物聯網技術與工程自身特性相結合，著力解決早期人防工程監測的技術與管理難題。

3.1 總體架構

根據實際情況，該系統架構設計為C/S端設計，采用JVVA 語言進行設計。系統分為感知末端、系統構架、服務基礎平臺部分。

系統根據末端采集的數據進行收集和分析，深入數據挖掘。并將形成數據統計方式在系統平臺顯示，為人防管理提供參考和決策依據。如圖6 所示。

圖6 系統架構圖

3.2 環境監測/報警

對人防通道中濕度、溫度、空氣的質量、有毒有害氣體、二氧化碳濃度、可燃氣體濃度及液位等進行實時監測，并進行環境報警信息預覽，趨勢分析。如圖7、8 所示。

圖7 環境監測

圖8 環境報警

3.3 變形監測/報警

利用專用的儀器和方法對變形體的變形現象進行持續觀測，對其變形形態進行分析，以及對變形的發展態勢進行預測等。干道的變形監測內容主要包括：建立變形監測網，進行水平位移、頂部沉降、側面傾斜、結構裂縫、撓度、整體擺動和振動等監測[6]，并進行變形報警信息預覽，趨勢分析。如圖9、10 所示。

圖9 變形監測

圖10 變形報警

3.4 視頻監控

檢測主機可對圖像進行實時的觀看、記錄存儲、視頻回放、就地或遠程調出及儲取等操作，從而實現人防干道的網絡化的視頻監控，方便快捷的進行操作。如圖11 所示。

圖11 視頻監控

3.5 定位通訊

支持無線集群通訊系統，實現選呼、群呼、個呼等集群通訊功能；可以實現GSP/北斗位置信息的傳輸，結合指揮調度軟件，可直觀地在地圖上查看人員位置、并與其進行語音通話。如圖12 所示。

圖12 定位通訊

4.結語

將物聯網安全態勢感知技術與可視化建模無縫結合，實現早期人防工程環境和設備設施的全方位、可視化監測，及對異常狀況的精準定位規范化、流程化、可視化巡檢，實現早期人防干道的結構、設備設施安全的隱患巡查，提升人防工程的信息化水平，提高人防工程管理的實效性、規范性，并將人防應急指揮思想引入其中，不僅滿足平時運維信息化管理需要，在緊急情況下還可實現事件的快速處置與應對，保障人民生命財產安全。

早期人防工程智能化監測系統的建設，通過智能化手段及時掌握早期人防工程的運行情況、健康狀態，人防工程的實時數據，實現人防工程的社會效益最大化。