一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统及预警方法与流程

1.本发明涉及数据处理技术领域，具体为一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统及预警方法。


背景技术：

2.我国已建成隧道具有穿越地质条件复杂多变、结构形式多样、技术难度大的特点。由于受建设期技术水平和条件的限制，隧道在设计、施工阶段往往存在不完善和不合理的现象；同时受各种因素制约，运营期养护管理也往往存在不合理的现象，以上诸多因素导致公路隧道裂损病害不断出现；如裂缝检测不精准或是不全面，即会造成应对措施使用不及时，严重时会导致隧道出现渗漏水，隧道内部结构和通风、照明及消防设备的腐蚀损坏，导致路面积水，影响隧道正常运营，甚至发生运营期间混凝土掉块等现象，直接降低隧道的安全性。隧道掉块往往具有突发性，在现有的隧道养护技术水平下，难以预判掉块的发生。传统的检测，依托于人工协调可移动的检测设备在地面上定期对隧道内壁进行检测，但基于裂损病害的突发性，该种检测方式的检测结果并不理想，如检测周期过短，人工的工作负荷增大，如检测周期过长，则无法应对突发裂损病害。


技术实现要素：

3.针对以上问题，至少解决其中一个问题，本发明的目的在于通过在隧道衬砌拱部设置带状电阻，隧道衬砌拱部掉块改变带状电阻的电阻值，判断带状电阻的电阻值的变化，确定隧道衬砌拱部掉块的位置并进行图像采集，对图像数据进行处理，并对隧道衬砌拱部掉块进行预警，提供一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统及预警方法。
4.实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，包括：串联检测单元、数字电流表、数模转换器dac、微控制器、图像采集装置、直流电源，其中，串联检测单元包括带状电阻和mos管，且每一根带状电阻与每一个mos管串联；在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，通过数模转换器dac将数字电流表的数字输出端连接微控制器到输入接口，微控制器输出接口连接到mos管的栅极，微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应，进而，微控制器每一个输出接口与每一根带状电阻一一对应，微控制器的接口位置与带状电阻在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器输出接口和图像采集装置的控制接口连接，微控制器的接口位置与图像采集装置在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器内部关联连接带状电阻和图像采集装置的接口，进而，关联带状电阻和图像采集装置的空间位置；微控制器控制mos管阵列，按照时钟顺序依次且循环mos管阵列，在同一时间段，仅仅导通一个串联检测单元的mos管，数字电流表依次循环检测每一个串联检测单元的电流值，并实时传输到微控制器计算带状电阻的电阻值，微控制器计算带状电阻的电阻值并比对同一带状电阻的电阻值的历史数据，根据带状电阻的电阻值是否异常，控制图像采
集装置采集对应带状电阻所在区域的图像数据，并进行图像数据的处理；需要说明的是，带状电阻由一条窄而长的金属带制成，它的特点是具有较小的阻抗，可快速反应电流变化，选择具有良好弹性的金属或合金制成，如铜、铁、镍等，当外部施加力或压力导致带状电阻变形时，它会产生一定的电阻变化，这种变化可以通过电流和电压的测量来监测；带状电阻的弹性是有限的，它的变形范围和恢复能力是有限度的，这就一一对应了隧道衬砌拱部开裂及掉块；在隧道衬砌拱部内部或者表面设置若干带状电阻的目的是为了检测掉落的情况，通过这些电阻，可以实时监测拱部的变形情况和潜在的掉块风险，在隧道衬砌拱部内部的纵向方向设置带状电阻，可以检测拱部的径向变形情况，即是否发生了对拱的内向塌陷或外部膨胀等情况，这些信息可以用来预测掉块的风险，并及时采取措施进行补强修复；在隧道衬砌拱部内部的横向方向设置带状电阻，可以检测拱部的横向变形情况，即是否发生了横向位移或倾斜等情况，这些信息可以帮助预测掉块的位置和程度，并及时采取措施进行修复或支护；在隧道衬砌拱部表面设置带状电阻，可以检测拱面的裂缝和破损情况，当衬砌表面出现裂缝或破损时，电阻的值会发生变化，从而提醒进行检修和维护工作，防止掉块的发生；这些带状电阻可以通过连线与监测系统相连，并配备相应的数据采集和分析软件，实时监测和记录拱部的变形情况，如果检测到拱部存在掉块的风险，应及时采取措施进行修复和支护，确保隧道的安全运营；将每一根带状电阻与每一个mos管串联的目的是为了组成受控的电路，用mos管控制带状电阻的断开和导通，将导通mos管的电压固定为一个定值且高于开启电压，目的是为了去掉mos管的调节电流的作用，提高测量通过带状电阻的电流值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值，mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管）的开启电压是指当mos管的控制电压（也称为栅压）达到一定电压时，mos管开始导通电流的电压，对于n沟道mosfet（nmos），开启电压通常称为门阈电压（vth），它是指当栅压大于门阈电压时，nmos开始导通电流，通常，nmos的门阈电压是负数，通常在-0.5v至-3v之间，对于p沟道mosfet（pmos），开启电压也是指门阈电压（vth），它是指当栅压小于门阈电压时，pmos开始导通电流，通常，pmos的门阈电压是正数，通常在0.5v至3v之间，mos管的放大区是指mos管在工作时，输入信号的变化会引起输出信号的放大程度，通常，在mos管的放大区，会通过调节栅极电压来控制漏极-源极之间的电流，从而实现输入信号的放大，然而，在将mos管作为开关使用时，不需要进行调节电流的操作，只需要将门极电压控制在一个固定的开启电压，即可使mos管在开启和关闭之间切换，具体来说，在将mos管作为开关时，当门极电压高于临界电压（也称为开启电压）时，mos管处于开启状态，漏极-源极之间导通，当门极电压低于临界电压时，mos管处于关闭状态，漏极-源极之间截断，通过适当调节门极电压的高低，就可以实现mos管作为一个开关来控制输出信号的开启和关闭，这种开启和关闭的过程可以用来实现数字电路或开关电源等应用；若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，比如有2000个或者3000个串联检测单元并联，在同一时间段，有且仅有一个串联检测单元处于导通状态或者是工作状态，简化为一个串联检测单元依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，直流电源的电压限定为一个定值，提高测量通过带状电阻的电压值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值，其原理是根据电压、电流和电阻的公式u=ir，u表示电压，i表示电流，r表示电阻；微控制器由中央处理单元（cpu）、非易失性存储器、易失性存储器、外围设备和支持电路组成，微控制器采用处理模拟信号的型号，通过数模转换器dac（digital-to-analog converter）将数字电流表的数
字输出端连接到微控制器的输入接口，实现将数字电流表的读数传递给微控制器进行处理和分析，以下是一种具体的连接方式：首先，确定微控制器的输入接口类型，并找到合适的dac芯片，根据需求选择合适的数模转换器dac芯片，例如，8位、10位或12位分辨率，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的数字输入/输出引脚，这些引脚可能被标记为“数据引脚（data pin）”或“din”，确保连接正确，以便数值可以正确传输，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的时钟信号引脚，这些引脚可能会被标记为“时钟（clock）”或“clk”，时钟信号是用于同步转换的，确保数据的准确性，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的复位引脚，这些引脚可能被标记为“复位（reset）”或“rst”，复位信号是用于将数模转换器dac芯片重置为初始状态的，连接数模转换器dac芯片的vref引脚到vref电压源，vref是参考电压引脚，vref电压决定了dac的最大输出电压，连接微控制器的电源引脚和dac芯片的电源引脚到适当的电源电压，根据dac芯片的规格书，设置微控制器的程序来读取dac芯片的数据输出，这需要编写代码来访问和读取dac的寄存器，通过这种连接方法，微控制器可以读取并使用数字电流表的读数，它可以使用这些读数来进行进一步的计算、控制和决策；微控制器的输出接口可以连接到mos管的栅极，以控制mos管的导通和截止，具体连接方法如下：首先，确定微控制器的输出接口和mos管的栅极引脚，微控制器的输出接口采用模拟信号输出引脚，而mos管的栅极引脚通常是控制引脚，将微控制器的输出引脚连接到mos管的栅极引脚，这可以通过导线连接，确保正确地连接引脚，确保微控制器和mos管之间的连接是可靠的，没有松动或短路，使用适当的工具和技术进行连接，例如焊接或使用插头，确保微控制器的输出信号与mos管的工作电压兼容，微控制器的输出信号应与mos管的控制电压要求相匹配，以确保信号能够正确地控制mos管的导通和截止，注意事项：在连接之前，确保微控制器和mos管处于断电状态，以避免短路或其他损坏，在连接之前，仔细研究和理解微控制器和mos管的规格书，以确保正确连接和操作，如果需要，可能还需要使用电压级移位器或电平转换器，以确保微控制器和mos管之间的电平兼容性，这取决于微控制器和mos管之间的电气特性和信号要求；通过对微控制器输出接口和mos管的阵列进行数字排序，实现微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应，比如连接mos管的微控制器输出接口有100个，微控制器输出接口的数字序号为：001号接口、002号接口、003号接口、
……
、100号接口，依次类推，扩展到n号接口，n表示自然数，mos管的阵列有100个mos管，mos管的数字编号为：从第一行到最后一行，数字排序为：001号mos管、002号mos管、003号mos管、
……
、100号mos管，依次类推，扩展到n号接口，n表示自然数，微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应的控制关系为：微控制器的001号接口控制001号mos管的栅极，微控制器的002号接口控制002号mos管的栅极，微控制器的003号接口控制003号mos管的栅极，
……
、微控制器的100号接口控制100号mos管的栅极，依次类推，微控制器的n号接口控制n号mos管的栅极；由于串联检测单元包括带状电阻和mos管，且每一根带状电阻与每一个mos管串联，比如，有100根带状电阻，带状电阻001号与001号mos管配对，组成001号串联检测单元，微控制器的001号接口、001号mos管的栅极和带状电阻001号是一一对应的，带状电阻002号与002号mos管配对，组成002号串联检测单元，微控制器的002号接口、002号mos管的栅极和带状电阻002号是一一对应的，带状电阻003号与003号mos管配对，组成003号串联检测单元，微控制器的003号接口、003号mos管的栅极和带状电阻003号是一一对应的，
……
，带状电阻100号与100号mos管配对，组成100号串联检测单元，微控制器的100号接口、100号mos管的栅极和带状电阻
100号是一一对应的，依次类推，带状电阻n号与n号mos管配对，组成n号串联检测单元，微控制器的n号接口、n号mos管的栅极和带状电阻n号是一一对应的，因此，带状电阻在隧道衬砌拱部内部的空间位置，由微控制器输出接口的数字序号表示或者mos管的数字编号表示；微控制器输出接口连接图像采集装置的控制端，微控制器输入接口连接图像采集装置的数据输出接口，微控制器输出接口和输入接口都采用统一的数字序号，比如连接图像采集装置控制端的微控制器输出接口有10个，对应的微控制器输出接口的数字序号为：101号接口、102号接口、103号接口、
……
、110号接口，若干个图像采集装置与若干带状电阻搭配，并安装在隧道衬砌拱部内部，比如一个图像采集装置能够拍摄10根或者5根带状电阻在隧道衬砌拱部内部分布的区域，以10个图像采集装置为例，图像采集装置的数字序号为：001号图像采集装置、002号图像采集装置、003号图像采集装置、
……
、010号图像采集装置，连接图像采集装置数据输出接口的微控制器输入接口有10个，对应的微控制器输入接口的数字序号为：111号接口、112号接口、113号接口、
……
、120号接口；微控制器的101号接口控制001号图像采集装置控制端、微控制器的102号接口控制002号图像采集装置控制端、微控制器的103号接口控制003号图像采集装置控制端、
……
、微控制器的110号接口控制010号图像采集装置控制端；微控制器的111号接口连接001号图像采集装置数据输出接口、微控制器的112号接口连接002号图像采集装置数据输出接口、微控制器的113号接口连接003号图像采集装置数据输出接口、
……
、微控制器的120号接口连接010号图像采集装置数据输出接口；例如，一个图像采集装置能够拍摄10根带状电阻在隧道衬砌拱部内部分布的区域，微控制器内部采用程序关联接口，比如，001号图像采集装置能够拍摄带状电阻001号到带状电阻010号所在的区域，微控制器的001号接口到010号接口、101号接口、和111号接口关联，微控制器的001号接口到010号接口的任意一个或者几个（不大于10个）出现异常，微控制器的101号接口启动001号图像采集装置，微控制器的111号接口接收001号图像采集装置的图像数据；002号图像采集装置能够拍摄带状电阻011号到带状电阻020号所在的区域，微控制器的011号接口到020号接口、102号接口、和112号接口关联，微控制器的011号接口到020号接口的任意一个或者几个（不大于10个）出现异常，微控制器的102号接口启动002号图像采集装置，微控制器的112号接口接收002号图像采集装置的图像数据；以此类推，图像采集装置能够拍摄带状电阻的根数根据具体的情况确定和相互关联。
5.一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法，实现所述方法的具体步骤如下：步骤s1、 测量带状电阻的电阻值，定位隧道衬砌拱部掉块的位置信息；需要说明的是，其原理在于：在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，若干个带状电阻分别组成若干电流回路，每个电流回路连接到微控制器的模拟输入通道的输入端，微控制器对每个电流回路进行数字编码，每一个数字编码对应一个带状电阻的物理位置；步骤s2、图像采集装置对带状电阻的电阻值异常数据发生位置进行图像采集，其中，通过图像采集装置对异常数据发生位置的图像进行采集，并根据图像识别模型进行特征提取和分类，得到分类结果；步骤s3、 将得到的分类结果数据m上传至数据库，与过往数据共同组成历史数据集；需要说明的是，m表示分类结果数据；
步骤s4、 通过历史数据集中的数据计算变形速率v和累计值l，并判断预警等级k，当预警等级k到达阈值时，则将该数据的位置数据发送至控制端进行告警；需要说明的是，v表示变形速率，l表示变形的累计值；其中，所述步骤s2中，图像识别模型特征提取具体流程步骤为：s201. 将异常数据发生位置的图像导入到图像识别模型中，对图像进行预处理，所述预处理包括图像增强、图像分割、去除噪声；s202. 通过卷积神经网络cnn提取图像的特征信息，所述特征信息包括边缘、颜色、形状、宽度；s203. 将提取的特征输入到分类模型中，对图像进行分类，根据分类结果，将被识别为裂缝的图像进行分离，得到裂缝数据；s204. 对裂缝数据进行裂缝参数分析，其中，所述裂缝参数至少包括宽度、长度、裂缝位置和错台量其中的一种。
6.进一步地，所述步骤s4中，计算变形速率v的具体流程步骤为：从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝和从数据ln-1发生当天到数据ln发生当天所距离的天数d，计算ln-1数据到ln数据的变形速率v，其计算公式为：v=
△
l/d
△
l=ln
‑ꢀ
ln-1其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数，所述
△
l表示宽度变形量，所述表示时间天数，d=1。
7.进一步地，所述步骤s4中，计算累计值l的具体流程步骤为：从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝，计算l0数据到ln数据的累计值l，其计算公式为：l=ln
‑ꢀ
l0其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数。
8.进一步地，所述步骤s1中，具体包括以下步骤：s101. 在隧道衬砌拱部等距离安装带状电阻，将带状电阻连接至电源和检测器；s102. 设定带状电阻的预警阈值；s103. 对隧道衬砌拱部进行监测，当裂缝未变形时，带状电阻的电阻值为常态值；当裂缝发生变形时，带状电阻的电阻值会发生变化；当带状电阻的电阻值超过预警阈值时，检测器发送预警数据；s104. 根据预警数据定位带状电阻的检测位置，所述带状电阻的检测位置即为异常数据发生位置。
9.进一步地，所述步骤s4中，判断预警等级的具体步骤流程为：s401. 设置预警等级k=｛k1、k2、k3｝，并分别对k1、k2、k3设置判断标准和对应指标的判定界限，所述判断标准包括变形速率判断标准与累计值判断标准，所述判定界限具体为：k1的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值；k2的判定界限为裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值；
k3的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值；s402. 根据得到的变形速率v和累计值l，根据相应的判断标准和判定界限，对数据进行预警等级分类；s403. 当数据属于k1预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值，不进行预警；当数据属于k2预警等级时，则表示裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值，进行预警；当数据属于k3预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值，进行告警。
10.进一步地，其中，所述图像采集模块具体包括：数据预处理单元，将异常数据发生位置的图像导入到图像识别模型中，对图像进行预处理，所述预处理包括图像增强、图像分割、去除噪声；特征提取单元，通过卷积神经网络cnn提取图像的特征信息，所述特征信息包括边缘、颜色、形状、宽度；分类识别单元，将提取的特征输入到分类模型中，对图像进行分类，根据分类结果，将被识别为裂缝的图像进行分离，得到裂缝数据；数据分析单元，对裂缝数据进行裂缝参数分析，其中，所述裂缝参数至少包括宽度、长度、裂缝位置和错台量其中的一种。其中，特征提取是图像识别模型中非常重要的一步，它通常使用卷积神经网络（cnn）等算法来实现。作为优选的，卷积层是cnn中最重要的组成部分之一，它可以提取图像的特征信息。
11.卷积层中包含多个卷积核，每个卷积核会扫描输入图像的局部区域，并输出一个特征图。卷积核的大小和数量可以根据需求调整。卷积层的输出需要通过激活函数进行处理，以增加非线性特征。常用的激活函数包括relu、sigmoid、tanh等。
12.池化层用于减少特征图的大小和数量，以减少计算量和过拟合的风险。常用的池化操作包括最大池化和平均池化。
13.全连接层用于将池化层的输出进行分类。全连接层中的每个神经元都与前一层中的所有神经元相连，因此需要进行权重和偏置的调整以适应不同的分类任务。
14.dropout是一种常用的正则化方法，用于减少网络中的过拟合风险。dropout会随机地将一些神经元置为0，从而增加网络的鲁棒性。
15.最终的特征提取结果是全连接层的输出。这些特征可以用于分类模型的训练，也可以用于其他任务，比如目标检测和图像分割。特征提取是图像识别模型中非常重要的一步，它可以从图像中提取出有用的信息，为后续的分类和预测任务提供帮助。不同的特征提取方法和算法可以适用于不同的应用场景，需要根据具体情况进行选择和调整。
16.进一步地，所述分析告警模块，具体包括：变形速率计算单元，用于从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝和从数据ln-1发生当天到数据ln发生当天所距离的天数d（d=1天），计算ln-1数据到ln数据的变形速率v，其计算公式为： v=
△
l/d
△
l=ln
‑ꢀ
ln-1其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数，所述
△
l表示宽度变形量，所述d表示时间天数，d=1；
累计值计算单元，用于从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝，计算l0数据到ln数据的累计值l，其计算公式为：l=ln
‑ꢀ
l0其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数；等级判定单元，设置预警等级k=｛k1、k2、k3｝，并分别对k1、k2、k3设置判断标准和对应指标的判定界限，所述判断标准包括变形速率判断标准与累计值判断标准，根据得到的变形速率v和累计值l，根据相应的判断标准和判定界限，对数据进行预警等级分类；当数据属于k1预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值，不进行预警；当数据属于k2预警等级时，则表示裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值，进行预警；当数据属于k3预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值，进行告警。
17.进一步地，所述判定界限具体为：k1的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值；k2的判定界限为裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值；k3的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值，d=1。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果包括：（1）、用mos管控制带状电阻的断开和导通，将导通mos管的电压固定为一个定值且高于开启电压，目的是为了去掉mos管的调节电流的作用，提高测量通过带状电阻的电流值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值；直流电源的电压限定为一个定值，提高测量通过带状电阻的电压值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值；（2）、在隧道衬砌拱部内部或者表面设置若干带状电阻的目的是为了检测掉落的情况，通过这些电阻，可以实时监测拱部的变形情况和潜在的掉块风险，在隧道衬砌拱部内部的纵向方向设置带状电阻，可以检测拱部的径向变形情况，即是否发生了对拱的内向塌陷或外部膨胀等情况，这些信息可以用来预测掉块的风险，并及时采取措施进行补强修复；在隧道衬砌拱部内部的横向方向设置带状电阻，可以检测拱部的横向变形情况，即是否发生了横向位移或倾斜等情况，这些信息可以帮助预测掉块的位置和程度，并及时采取措施进行修复或支护；在隧道衬砌拱部表面设置带状电阻，可以检测拱面的裂缝和破损情况，当衬砌表面出现裂缝或破损时，电阻的值会发生变化，从而提醒进行检修和维护工作，防止掉块的发生；这些带状电阻可以通过连线与监测系统相连，并配备相应的数据采集和分析软件，实时监测和记录拱部的变形情况；（3）、通过图像识别分类模型，对隧道衬砌的裂缝进行检测，并根据检测结果进行变形速率和累计值计算，通过计算得到的准确的计算数据，能够对隧道裂缝的开裂程度进行有效评估，使预警更精准，检测更全面；（4）、设置有预警等级，通过对计算得到的变形速率和累计值进行判断其所在等级，根据预警等级对数据进行不预警-预警-告警操作，更细致化数据对象内容，分类评估数据危害程度，使检测系统的预警功能更精确。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
20.图1是一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的带状电阻的分布示意图；图2是一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的串联检测单元的电路图；图3是一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法的流程图。
21.附图中标记及对应的零部件名称：101-带状电阻。
具体实施方式
22.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
23.因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。
27.实施例1，如图1至2所示，一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，包括：串联检测单元、数字电流表、数模转换器dac、微控制器、图像采集装置、直流电源，其中，串联检测单元包括带状电阻和mos管，且每一根带状电阻与每一个mos管串联；在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，通过数模转换器dac将数字电流表的数字输出端连接微控制器到输入接口，微控制器输出接口连接到mos管的栅极，微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应，进而，微控制器每一个输出接口与每一根带状电阻一一对应，微控制器的接口位置与带状电阻在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器输出接口和图像采集装置的控制接口连接，微控制器的接口位置与图像采集装置在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器内部关联连接带状电阻和图像采集装置的接口，进而，关联带状电阻和图像采集装置的空间位置；微控制器控制mos管阵列，按照时钟顺序依次且循环mos管阵列，在同一时间段，仅仅导通一个串联检测单元的mos管，数字电流表依次循环检测每一个串联检测单元的电流值，并实时传输到微控制器计算带状电阻的电阻值，微控制器计算带状电阻的电阻值并比对同一带状电阻的电阻值的历史数据，根据带状电阻的电阻值是否异常，控制图像采集装置采集对应带状电阻所在区域的图像数据，并进行图像数据的处理；需要说明的是，带状电阻由一条窄而长的金属带制成，它的特点是具有较小的阻抗，可快速反应电流变化，选择具有良好弹性的金属或合金制成，如铜、铁、镍等，当外部施加力
或压力导致带状电阻变形时，它会产生一定的电阻变化，这种变化可以通过电流和电压的测量来监测；带状电阻的弹性是有限的，它的变形范围和恢复能力是有限度的，这就一一对应了隧道衬砌拱部开裂及掉块；在隧道衬砌拱部内部或者表面设置若干带状电阻的目的是为了检测掉落的情况，通过这些电阻，可以实时监测拱部的变形情况和潜在的掉块风险，在隧道衬砌拱部内部的纵向方向设置带状电阻，可以检测拱部的径向变形情况，即是否发生了对拱的内向塌陷或外部膨胀等情况，这些信息可以用来预测掉块的风险，并及时采取措施进行补强修复；在隧道衬砌拱部内部的横向方向设置带状电阻，可以检测拱部的横向变形情况，即是否发生了横向位移或倾斜等情况，这些信息可以帮助预测掉块的位置和程度，并及时采取措施进行修复或支护；在隧道衬砌拱部表面设置带状电阻，可以检测拱面的裂缝和破损情况，当衬砌表面出现裂缝或破损时，电阻的值会发生变化，从而提醒进行检修和维护工作，防止掉块的发生；这些带状电阻可以通过连线与监测系统相连，并配备相应的数据采集和分析软件，实时监测和记录拱部的变形情况，如果检测到拱部存在掉块的风险，应及时采取措施进行修复和支护，确保隧道的安全运营；将每一根带状电阻与每一个mos管串联的目的是为了组成受控的电路，用mos管控制带状电阻的断开和导通，将导通mos管的电压固定为一个定值且高于开启电压，目的是为了去掉mos管的调节电流的作用，提高测量通过带状电阻的电流值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值，mosfet（金属氧化物半导体场效应晶体管）的开启电压是指当mos管的控制电压（也称为栅压）达到一定电压时，mos管开始导通电流的电压，对于n沟道mosfet（nmos），开启电压通常称为门阈电压（vth），它是指当栅压大于门阈电压时，nmos开始导通电流，通常，nmos的门阈电压是负数，通常在-0.5v至-3v之间，对于p沟道mosfet（pmos），开启电压也是指门阈电压（vth），它是指当栅压小于门阈电压时，pmos开始导通电流，通常，pmos的门阈电压是正数，通常在0.5v至3v之间，mos管的放大区是指mos管在工作时，输入信号的变化会引起输出信号的放大程度，通常，在mos管的放大区，会通过调节栅极电压来控制漏极-源极之间的电流，从而实现输入信号的放大，然而，在将mos管作为开关使用时，不需要进行调节电流的操作，只需要将门极电压控制在一个固定的开启电压，即可使mos管在开启和关闭之间切换，具体来说，在将mos管作为开关时，当门极电压高于临界电压（也称为开启电压）时，mos管处于开启状态，漏极-源极之间导通，当门极电压低于临界电压时，mos管处于关闭状态，漏极-源极之间截断，通过适当调节门极电压的高低，就可以实现mos管作为一个开关来控制输出信号的开启和关闭，这种开启和关闭的过程可以用来实现数字电路或开关电源等应用；结合图2，带状电阻101安装在隧道衬砌拱部，001号mos管也就是mos管q1，002号mos管也就是mos管q2，依次类推，n号mos管也就是mos管qn,带状电阻001号就是带状电阻q1, 带状电阻002号就是带状电阻q2, 依次类推，带状电阻n号就是带状电阻qn,n为自然数，若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，比如有2000个或者3000个串联检测单元并联，在同一时间段，有且仅有一个串联检测单元处于导通状态或者是工作状态，简化为一个串联检测单元依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，直流电源的电压限定为一个定值，提高测量通过带状电阻的电压值的精度，进而计算出高精度的带状电阻的电阻值，其原理是根据电压、电流和电阻的公式u=ir，u表示电压，i表示电流，r表示电阻；微控制器由中央处理单元（cpu）、非易失性存储器、易失性存储器、外围设备和支持电路组成，微控制器采用处理模拟信号的型号，通过数模转换器dac（digital-to-analog converter）将数字电流表的
数字输出端连接到微控制器的输入接口，实现将数字电流表的读数传递给微控制器进行处理和分析，以下是一种具体的连接方式：首先，确定微控制器的输入接口类型，并找到合适的dac芯片，根据需求选择合适的数模转换器dac芯片，例如，8位、10位或12位分辨率，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的数字输入/输出引脚，这些引脚可能被标记为“数据引脚（data pin）”或“din”，确保连接正确，以便数值可以正确传输，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的时钟信号引脚，这些引脚可能会被标记为“时钟（clock）”或“clk”，时钟信号是用于同步转换的，确保数据的准确性，连接微控制器和数模转换器dac芯片之间的复位引脚，这些引脚可能被标记为“复位（reset）”或“rst”，复位信号是用于将数模转换器dac芯片重置为初始状态的，连接数模转换器dac芯片的vref引脚到vref电压源，vref是参考电压引脚，vref电压决定了dac的最大输出电压，连接微控制器的电源引脚和dac芯片的电源引脚到适当的电源电压，根据dac芯片的规格书，设置微控制器的程序来读取dac芯片的数据输出，这需要编写代码来访问和读取dac的寄存器，通过这种连接方法，微控制器可以读取并使用数字电流表的读数，它可以使用这些读数来进行进一步的计算、控制和决策；微控制器的输出接口可以连接到mos管的栅极，以控制mos管的导通和截止，具体连接方法如下：首先，确定微控制器的输出接口和mos管的栅极引脚，微控制器的输出接口采用模拟信号输出引脚，而mos管的栅极引脚通常是控制引脚，将微控制器的输出引脚连接到mos管的栅极引脚，这可以通过导线连接，确保正确地连接引脚，确保微控制器和mos管之间的连接是可靠的，没有松动或短路，使用适当的工具和技术进行连接，例如焊接或使用插头，确保微控制器的输出信号与mos管的工作电压兼容，微控制器的输出信号应与mos管的控制电压要求相匹配，以确保信号能够正确地控制mos管的导通和截止，注意事项：在连接之前，确保微控制器和mos管处于断电状态，以避免短路或其他损坏，在连接之前，仔细研究和理解微控制器和mos管的规格书，以确保正确连接和操作，如果需要，可能还需要使用电压级移位器或电平转换器，以确保微控制器和mos管之间的电平兼容性，这取决于微控制器和mos管之间的电气特性和信号要求；通过对微控制器输出接口和mos管的阵列进行数字排序，实现微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应，比如连接mos管的微控制器输出接口有100个，微控制器输出接口的数字序号为：001号接口、002号接口、003号接口、
……
、100号接口，依次类推，扩展到n号接口，n表示自然数，mos管的阵列有100个mos管，mos管的数字编号为：从第一行到最后一行，数字排序为：001号mos管、002号mos管、003号mos管、
……
、100号mos管，依次类推，扩展到n号接口，n表示自然数，微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应的控制关系为：微控制器的001号接口控制001号mos管的栅极，微控制器的002号接口控制002号mos管的栅极，微控制器的003号接口控制003号mos管的栅极，
……
、微控制器的100号接口控制100号mos管的栅极，依次类推，微控制器的n号接口控制n号mos管的栅极；由于串联检测单元包括带状电阻和mos管，且每一根带状电阻与每一个mos管串联，比如，有100根带状电阻，带状电阻001号与001号mos管配对，组成001号串联检测单元，微控制器的001号接口、001号mos管的栅极和带状电阻001号是一一对应的，带状电阻002号与002号mos管配对，组成002号串联检测单元，微控制器的002号接口、002号mos管的栅极和带状电阻002号是一一对应的，带状电阻003号与003号mos管配对，组成003号串联检测单元，微控制器的003号接口、003号mos管的栅极和带状电阻003号是一一对应的，
……
，带状电阻100号与100号mos管配对，组成100号串联检测单元，微控制器的100号接口、100号mos管的栅极和带状
电阻100号是一一对应的，依次类推，带状电阻n号与n号mos管配对，组成n号串联检测单元，微控制器的n号接口、n号mos管的栅极和带状电阻n号是一一对应的，因此，带状电阻在隧道衬砌拱部内部的空间位置，由微控制器输出接口的数字序号表示或者mos管的数字编号表示；微控制器输出接口连接图像采集装置的控制端，微控制器输入接口连接图像采集装置的数据输出接口，微控制器输出接口和输入接口都采用统一的数字序号，比如连接图像采集装置控制端的微控制器输出接口有10个，对应的微控制器输出接口的数字序号为：101号接口、102号接口、103号接口、
……
、110号接口，若干个图像采集装置与若干带状电阻搭配，并安装在隧道衬砌拱部内部，比如一个图像采集装置能够拍摄10根或者5根带状电阻在隧道衬砌拱部内部分布的区域，以10个图像采集装置为例，图像采集装置的数字序号为：001号图像采集装置、002号图像采集装置、003号图像采集装置、
……
、010号图像采集装置，连接图像采集装置数据输出接口的微控制器输入接口有10个，对应的微控制器输入接口的数字序号为：111号接口、112号接口、113号接口、
……
、120号接口；微控制器的101号接口控制001号图像采集装置控制端、微控制器的102号接口控制002号图像采集装置控制端、微控制器的103号接口控制003号图像采集装置控制端、
……
、微控制器的110号接口控制010号图像采集装置控制端；微控制器的111号接口连接001号图像采集装置数据输出接口、微控制器的112号接口连接002号图像采集装置数据输出接口、微控制器的113号接口连接003号图像采集装置数据输出接口、
……
、微控制器的120号接口连接010号图像采集装置数据输出接口；例如，一个图像采集装置能够拍摄10根带状电阻在隧道衬砌拱部内部分布的区域，微控制器内部采用程序关联接口，比如，001号图像采集装置能够拍摄带状电阻001号到带状电阻010号所在的区域，微控制器的001号接口到010号接口、101号接口、和111号接口关联，微控制器的001号接口到010号接口的任意一个或者几个（不大于10个）出现异常，微控制器的101号接口启动001号图像采集装置，微控制器的111号接口接收001号图像采集装置的图像数据；002号图像采集装置能够拍摄带状电阻011号到带状电阻020号所在的区域，微控制器的011号接口到020号接口、102号接口、和112号接口关联，微控制器的011号接口到020号接口的任意一个或者几个（不大于10个）出现异常，微控制器的102号接口启动002号图像采集装置，微控制器的112号接口接收002号图像采集装置的图像数据；以此类推，图像采集装置能够拍摄带状电阻的根数根据具体的情况确定和相互关联。
28.进一步地，扩展微控制器的接口，需要说明的是，由于带状电阻、mos管和图像采集装置的总数量远大于微控制器自身的接口数量，采用扩展微控制器的接口的方法，实现微控制器的接口数量与带状电阻、mos管和图像采集装置的总数量的一一匹配；采用分级接口的方式，通过接口扩展的方式来扩展微控制器的接口数量，接口扩展可以通过添加新的接口模块或使用现有的接口模块进行连接，使微控制器能够输出更多的信号或数据，例如，可以通过添加新的输出接口模块，将其连接到微控制器上的输出引脚，从而扩展微控制器的输出接口，这样，微控制器就能够同时控制多个外部设备，并输出不同的信号；另一种方式是通过使用分级接口来扩展微控制器的输出接口，分级接口是指将一个接口划分为多个级别，每个级别可以输出不同类型的信号或数据，例如，可以将一个通用的模拟输出接口划分为多个级别，每个级别可以输出不同的模拟量信号；通过采用接口扩展和分级接口的方式，可以根据实际需求扩展微控制器的输出接口，以满足不同的应用场景，这样可以提高系统的灵活性和可扩展性，使微控制器更加适应各种不同的外部设备和信号要求。
29.实施例2，如图3所示，一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的集成方法，实现所述方法的具体步骤如下：一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法，实现所述方法的具体步骤如下：步骤s1、 测量带状电阻的电阻值，定位隧道衬砌拱部掉块的位置信息；步骤s2、图像采集装置对带状电阻的电阻值异常数据发生位置进行图像采集，其中，通过图像采集装置对异常数据发生位置的图像进行采集，并根据图像识别模型进行特征提取和分类，得到分类结果；步骤s3、 将得到的分类结果数据m上传至数据库，与过往数据共同组成历史数据集；步骤s4、 通过历史数据集中的数据计算变形速率v和累计值l，并判断预警等级k，当预警等级k到达阈值时，则将该数据的位置数据发送至控制端进行告警。
30.其中，步骤s1、 测量带状电阻的电阻值，定位隧道衬砌拱部掉块的位置信息；需要说明的是，其原理在于：在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，若干个带状电阻分别组成若干电流回路，每个电流回路连接到微控制器的模拟输入通道的输入端，微控制器对每个电流回路进行数字编码，每一个数字编码对应一个带状电阻的物理位置；步骤s2、图像采集装置对带状电阻的电阻值异常数据发生位置进行图像采集，其中，通过图像采集装置对异常数据发生位置的图像进行采集，并根据图像识别模型进行特征提取和分类，得到分类结果；步骤s3、 将得到的分类结果数据m上传至数据库，与过往数据共同组成历史数据集；需要说明的是，m表示分类结果数据；步骤s4、 通过历史数据集中的数据计算变形速率v和累计值l，并判断预警等级k，当预警等级k到达阈值时，则将该数据的位置数据发送至控制端进行告警；需要说明的是，v表示变形速率，l表示变形的累计值；其中，所述步骤s2中，图像识别模型特征提取具体流程步骤为：s201. 将异常数据发生位置的图像导入到图像识别模型中，对图像进行预处理，所述预处理包括图像增强、图像分割、去除噪声；s202. 通过卷积神经网络cnn提取图像的特征信息，所述特征信息包括边缘、颜色、形状、宽度；s203. 将提取的特征输入到分类模型中，对图像进行分类，根据分类结果，将被识别为裂缝的图像进行分离，得到裂缝数据；s204. 对裂缝数据进行裂缝参数分析，其中，所述裂缝参数至少包括宽度、长度、裂缝位置和错台量其中的一种。
31.进一步地，所述步骤s4中，计算变形速率v的具体流程步骤为：从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝和从数据ln-1发生当天到数据ln发生当天所距离的天数d，计算ln-1数据到ln数据的变形速率v，其计算公式为：v=
△
l/d
△
l=ln
‑ꢀ
ln-1
其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数，所述
△
l表示宽度变形量，所述表示时间天数，d=1。
32.进一步地，所述步骤s4中，计算累计值l的具体流程步骤为：从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝，计算l0数据到ln数据的累计值l，其计算公式为：l=ln
‑ꢀ
l0其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数。
33.进一步地，所述步骤s1中，具体包括以下步骤：s101. 在隧道衬砌拱部等距离安装带状电阻，将带状电阻连接至电源和检测器；s102. 设定带状电阻的预警阈值；s103. 对隧道衬砌拱部进行监测，当裂缝未变形时，带状电阻的电阻值为常态值；当裂缝发生变形时，带状电阻的电阻值会发生变化；当带状电阻的电阻值超过预警阈值时，检测器发送预警数据；s104. 根据预警数据定位带状电阻的检测位置，所述带状电阻的检测位置即为异常数据发生位置。
34.作为优选的，在监测电阻值的过程中，需要注意以下细节：1. 选用合适的带状电阻：不同的裂缝大小、材质和环境条件都可能需要不同类型或规格的带状电阻。因此，在选择带状电阻时需要考虑裂缝的实际情况。
35.2. 安装带状电阻：带状电阻需要正确安装在裂缝周围，以确保能够准确地检测裂缝的变形情况。安装时需要仔细调整电阻的位置和方向，以确保能够最大程度地感知裂缝的变形。
36.3. 测量电阻值：在带状电阻安装完成后，需要使用万用表等测试仪器测量其电阻值。这个值通常是一个标准值，也可以是一个范围。在记录或设置预警阈值时，需要根据实际情况确定带状电阻的电阻值范围。
37.4. 监测电阻值变化：在裂缝发生变形时，带状电阻的电阻值会发生变化。因此，需要定期监测带状电阻的电阻值，以便及时发现裂缝的变形情况。
38.5. 校准带状电阻：带状电阻的灵敏度和准确性可能会随着使用时间而发生变化。为确保其能够准确地检测裂缝的变形情况，需要定期对带状电阻进行校准。
39.进一步地，所述步骤s4中，判断预警等级k的具体步骤流程为：s401. 设置预警等级k=｛k1、k2、k3｝，并分别对k1、k2、k3设置判断标准和对应指标的判定界限，所述判断标准包括变形速率判断标准与累计值判断标准，所述判定界限具体为：k1的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值；k2的判定界限为裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值；k3的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值；s402. 根据得到的变形速率v和累计值l，根据相应的判断标准和判定界限，对数据进行预警等级分类；s403. 当数据属于k1预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均未超过规
定阈值，不进行预警；当数据属于k2预警等级时，则表示裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值，进行预警；当数据属于k3预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值，进行告警。
40.作为优选的，提出一种具体的实施方案，其中，一种基于图像分类的隧道衬砌拱部掉块检测预警系统，其在第1天、第4天、第5天、第6天和第7天分别采集得到裂缝图像，并根据分析得到裂缝的宽度分别为1.01mm、1.08mm、1.11mm、1.13mm、1.38mm。
41.通过计算分析，其变形速率为：（1.38-1.13）/1=0.25mm/d；/表示除以，其累计值为：1.38-1.01=0.37mm；设置等级阈值，具体的：设置k1变形速率≤0.2mm/d且累计值≤3mm；设置k2变形速率＞0.2mm/d或累计值＞3mm；设置k3变形速率＞0.2mm/d且累计值≥3mm；则根据阈值和计算的变形速率、累计值，可判断此时的预警等级为，系统进行预警。
42.需要说明的是，上述实施例的阈值设定，具体可根据实际规定、需求等进行自适应改变，也可根据隧道受力程度、施工规范等进行自适应改变，其数据的设定均为本领域技术人员的常规技术手段，在此不再赘述。
43.进一步地，所述步骤s4中，上述实施例采用的为裂缝宽度作为检测变量进行实施，在另一种具体实施方案中，还可根据实际情况需要将变量进行选择修改，如，裂缝长度、裂缝位置、裂缝错台量等检测变量，而对于裂缝长度、裂缝错台量的检测计算，均和上述实施例中的裂缝宽度计算方式一致，对于裂缝位置，可根据实际经验和常识知识，对易发生事故的隧道处进行危险位置设定，当所设位置处存在裂缝数量达到阈值时，进行告警。
44.作为优选的，上述实施方式中，可将多种参数进行组合，提取特征进行特征计算，并根据计算结果进行分类。
45.进一步地，其中，所述图像采集模块具体包括：数据预处理单元，将异常数据发生位置的图像导入到图像识别模型中，对图像进行预处理，所述预处理包括图像增强、图像分割、去除噪声；特征提取单元，通过卷积神经网络cnn提取图像的特征信息，所述特征信息包括边缘、颜色、形状、宽度；分类识别单元，将提取的特征输入到分类模型中，对图像进行分类，根据分类结果，将被识别为裂缝的图像进行分离，得到裂缝数据；数据分析单元，对裂缝数据进行裂缝参数分析，其中，所述裂缝参数至少包括宽度、长度、裂缝位置和错台量其中的一种。
46.进一步地，所述分析告警模块，具体包括：变形速率计算单元，用于从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝和从数据ln-1发生当天到数据ln发生当天所距离的天数d（d=1天），计
算ln-1数据到ln数据的变形速率v，其计算公式为：v=
△
l/d
△
l=ln
‑ꢀ
ln-1其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数，所述
△
l表示宽度变形量，所述d表示时间天数，d=1；累计值计算单元，用于从过往数据集中提取变形数据集v中的宽度变形量数据｛l0、l1、l2、
……
、ln｝，计算l0数据到ln数据的累计值l，其计算公式为：l=ln
‑ꢀ
l0其中，所述｛l0、l1、l2、
……
、ln｝表示宽度变形量数据集，所述ln表示第n天的宽度变形量数据，所述n为自然数；等级判定单元，设置预警等级k=｛k1、k2、k3｝，并分别对k1、k2、k3设置判断标准和对应指标的判定界限，所述判断标准包括变形速率判断标准与累计值判断标准，根据得到的变形速率v和累计值l，根据相应的判断标准和判定界限，对数据进行预警等级分类；当数据属于k1预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值，不进行预警；当数据属于k2预警等级时，则表示裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值，进行预警；当数据属于k3预警等级时，则表示裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值，进行告警。
47.进一步地，所述判定界限具体为：k1的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均未超过规定阈值；k2的判定界限为裂缝处的变形速率或累计值其中一项数据超过规定阈值；k3的判定界限为裂缝处的变形速率和累计值均超过规定阈值。
48.作为优选的，其阈值设定具体为：根据统计分析的结果，可以根据预设的规则或指标，设定一些等级阈值，例如低、中、高三个等级，或根据具体情况设置更多的等级，将设定好的等级阈值应用到实际数据中，以判断数据所处的等级。例如，如果某个数据的统计指标超过了设定的高阈值，则可以将其标记为高等级；如果低于设定的低阈值，则可以标记为低等级。定期监控阈值的应用效果，并根据实际情况进行调整。例如，如果发现某个等级的数据过于稀少或过于密集，可以重新设定阈值，以更好地反映实际情况。根据设定好的等级阈值，可以快速、准确地对数据进行分类和判断，并基于此做出相应的决策。例如，通过对监测数据的分类，可以及时发现异常情况并采取相应的措施，以保障系统的正常运行。根据实际应用情况和反馈信息，不断优化阈值设定流程，以提高其准确性和可靠性。例如，可以加入更多的数据源、优化数据处理算法、改进阈值设定规则等，以提高阈值设定的精度和适用性。
49.以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照所述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于所述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，包括：串联检测单元、数字电流表、数模转换器dac、微控制器、图像采集装置、直流电源，其中，串联检测单元包括带状电阻和mos管，且每一根带状电阻与每一个mos管串联，其特征在于，在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，通过数模转换器dac将数字电流表的数字输出端连接微控制器到输入接口，微控制器输出接口连接到mos管的栅极，微控制器输出接口与mos管的阵列顺序一一对应，进而，微控制器每一个输出接口与每一根带状电阻一一对应，微控制器的接口位置与带状电阻在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器输出接口和图像采集装置的控制接口连接，微控制器的接口位置与图像采集装置在隧道衬砌拱部的空间位置一一映射，微控制器内部关联连接带状电阻和图像采集装置的接口，进而，关联带状电阻和图像采集装置的空间位置；微控制器控制mos管阵列，按照时钟顺序依次且循环mos管阵列，在同一时间段，仅仅导通一个串联检测单元的mos管，数字电流表依次循环检测每一个串联检测单元的电流值，并实时传输到微控制器计算带状电阻的电阻值，微控制器计算带状电阻的电阻值并比对同一带状电阻的电阻值的历史数据，根据带状电阻的电阻值是否异常，控制图像采集装置采集对应带状电阻所在区域的图像数据，并进行图像数据的处理。2.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，将导通mos管的电压固定为一个定值且高于开启电压。3.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，若干个串联检测单元并联，并依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路，简化为一个串联检测单元依次串联数字电流表和直流电源组成电流回路。4.根据权利要求3所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，直流电源的电压限定为一个定值。5.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，对微控制器输出接口和mos管的阵列进行数字排序。6.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，微控制器输出接口连接图像采集装置的控制端。7.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，微控制器输入接口连接图像采集装置的数据输出接口。8.根据权利要求1所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，扩展微控制器的接口。9.一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法，基于权利要求1至8中任意一项所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，其特征在于，实现所述方法的具体步骤如下：步骤s1、测量带状电阻的电阻值，定位隧道衬砌拱部掉块的位置信息；步骤s2、图像采集装置对带状电阻的电阻值异常数据发生位置进行图像采集，其中，通过图像采集装置对异常数据发生位置的图像进行采集，并根据图像识别模型进行特征提取和分类，得到分类结果；步骤s3、将得到的分类结果数据m上传至数据库，与过往数据共同组成历史数据集；步骤s4、通过历史数据集中的数据计算变形速率v和累计值l，并判断预警等级k，当预
警等级k到达阈值时，则将该数据的位置数据发送至控制端进行告警。10.根据权利要求9所述的一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法，其特征在于，在步骤s2中，图像识别模型特征提取具体流程步骤为：s201. 将异常数据发生位置的图像导入到图像识别模型中，对图像进行预处理；s202. 通过卷积神经网络cnn提取图像的特征信息；s203. 将提取的特征输入到分类模型中，对图像进行分类，根据分类结果，将被识别为裂缝的图像进行分离，得到裂缝数据；s204. 对裂缝数据进行裂缝参数分析。

技术总结
一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统及预警方法，涉及数据处理技术领域，一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统，在隧道衬砌拱部内部或者表面的纵向和横向两个方向设置若干带状电阻，微控制器计算带状电阻的电阻值并比对同一带状电阻的电阻值的历史数据，根据带状电阻的电阻值是否异常，控制图像采集装置采集对应带状电阻所在区域的图像数据，并进行图像数据的处理。一种基于隧道衬砌拱部掉块的数据处理系统的预警方法，步骤S1、测量带状电阻的电阻值；步骤S2、图像采集装置对带状电阻的电阻值异常数据发生位置进行图像采集；步骤S3、得到的分类结果数据；步骤S4、并判断预警等级。等级。等级。


技术研发人员：徐洪彬 吴耀宗 宋文超 李本伟 陶双江 宋恒扬 邓刚 周明 李鹏 罗亦洲 陶磊 郑小洋 罗雪涛 朱国保 吉锐
受保护的技术使用者：四川省公路规划勘察设计研究院有限公司
技术研发日：2023.08.08
技术公布日：2023/9/9