文｜张宇晓 赵建莉 王玉贵 刘鹏飞 王洪功 王强 苗猛 （.济南市市中区人防工程服务中心；.山东省人民防空办公室人防工程管理中心；.山东同圆数字科技有限公司）

0.引言

早期人防工程由于建设年代久远，安全隐患日益突出，平战功能难以发挥，一直困扰着人防事业的健康发展[1]。同时，早期人防工程在城市处于废置状态，成为现代化城市发展的鸡肋，存在着严重的安全隐患，造成维护成本不断。

早期人防工程的特点，一是幅员小，大部分工程高、宽不足2 米，单体工程多为百十平方米到几百平方米；二是防护标准低，无法达到相应的防核、生、化武器标准；三是结构安全性差，缺乏科学验算和施工设计，使用寿命无法确定；四是规划布局差，除了干道工程有少量联通外，大部分工程零星散落；五是埋置深、口部少，通、排风不畅，难以维护，有的常年积水、有裂隙，成为危及地面安全的隐患。如何治理早期人防工程，一直是困扰各地人防部门的老大难问题。在新型城镇化建设飞速发展的今天，应尽早加以妥善解决。高技术条件下的战争特点和现代城市综合功能的提升，对处在大、中城市的早期人防工程能否发挥战时和平时的作用，提出了严峻的挑战，治理早期人防工程必须引起高度重视。尤其是对利用价值较大的早期人防工程的合理开发利用、管理维护，结合现在的安全监测技术，充分发挥原有人防工程的新价值，其社会意义更为重要。

本文将针对早期人防工程监测方法展开论述，旨在实现早期人防工程智能化监测。

1.系统建设

1.1 系统建设内容

早期人防智能化监测系统实现早期人防工程的智能化监测，为早期人防工程安全维护管理提供科学依据。通过早期人防智能化监测系统联动数据采集设备对工程内部环境、工程沉降变形进行实时监测，并通过分析监测所得数据进行预警提醒，以便于工作人员分析判断可能发生的情况，提前做好防范措施；通过集群通讯系统实现地上地下通讯畅通，达到快速通讯指挥调度的目的；通过红外线定位，准确获取工作人员在工程内的移动轨迹和位置信息，辅助视频监控更加直观，一目了然；监测系统通过集成口部门禁系统、照明系统、视频监控系统，实现远程监测和控制。

1.2 监测系统详述

针对当前早期人防工程监测管理现状造成的维护保养针对性不强、数据掌握不及时、人防工程盲区、通讯质量差等问题。通过对早期人防工程的环境气体、视频监控、安防、照明、通讯定位、变形监测等系统的智能化监测，进行早期人防工程监测方法的研究，为早期人防工程安全维护管理提供科学依据，具体研究监测内容如下：

（1）对人防通道中湿度、温度、空气的质量、有毒有害气体、二氧化碳浓度、可燃气体浓度及液位等进行的实时监测。通过对数据的收集、筛选、分类整理，根据早期人防特点，设置预警、报警界值，当达到预警、报警界值后进行预警、报警提醒，提醒工作人员进行处理，保障通道适宜人员进入及进入人员的人身安全。

（2）建立人防干道的变形监测网，进行水平位移、顶部沉降、侧面倾斜、结构裂缝、挠度、整体摆动和振动等监测。通过对数据的收集、筛选、分类整理，设置预警等级界值，当达到一级报警、二级报警、三级报警、四级报警界值后进行各类报警提醒，工作人员可根据不同类别的报警提醒采取相应的应对措施，避免造成坍塌等较大危害。

（3）系统可对人防干道内的现场实际情况进行实时的观看、记录存储、并可以视频回放、就地或远程调出及储取等操作，从而实现人防干道的网络化的视频监控，方便快捷地进行操作，避免外来人员、小动物等非法闯入，一旦发现可及时进行处理。

（4）通过预设基站及工作人员携带的定位芯片准确定位工作人员在通道中的位置信息，辅助监控视频，更加准确直观的获取工作人员在通道中的移动轨迹和位置信息，一旦工作人员发生意外，可在最短时间到达工作人员所处位置，最大可能保证人员的人身安全。

（5）无线集群通讯系统，选呼、群呼、个呼等集群通讯功能，与通道中人员进行语音通话，结合视频监控、定位系统，准确获取位置信息，当发现问题需地上人员配合修改时，可进行语音通话，及时到达准确位置，避免人员频繁往返，问题点反复检索问题，节约时间，提高效率。

（6）控制通道中照明，当人员进入时打开照明系统，避免通道黑暗，不易于人员通行。当无人员进入时，关闭照明系统，避免资源浪费。

（7）通过口部门禁系统的状态监测，当人员离开工程时，门禁如未关闭，及时提醒工作人员进行关闭，避免外来人员、小动物等非法闯入，造成伤害。

2.技术路线

为实现研究早期人防工程的监测方法的智能化、规范化，采用以下研究方法进行研究：

（1）采用激光测距仪、温湿度监测传感器、气体监测传感器、液位监测传感器等根据人防工程应用的技术特点，从安装方式，结构形式等方面进行改进，同时研究相应的算法。

（2）根据现场情况对该工程通道内的表面进行沉降、变形观测工作，适时动态的观测过程中的沉降及变形变化量、累计量。通过观测所取得的数据，分析和监测其沉降、变形情况，以便发现有无异常变形，确保其安全运营；针对人防通道的定、侧结构安全监测做结构形变监测及周边环境影响的监测。干道的结构形变的监测对象主要包含结构顶部差异性沉降、侧面倾斜、突出等。对干道周围环境影响的监测主要包括明显的形变和振动监测及裂变检测。

检测工具主要是采用具有拱顶沉降和收敛监测功能的激光测距仪，利用激光测距仪测量速度快、数据测量精度高、设备体积小，使用较为方便等特点，可运用于隧道拱顶沉降及收敛、桥墩沉降监测[2]。

拱顶沉降和拱腰收敛测点布置如图1所示。

图1 拱顶沉降和拱腰收敛测点布置

在B 点处布置激光监测仪器，根据测出的AB 和BC 的间距数值，进行前后数据计算分析，可以得到干道拱腰的收敛量和拱顶的沉降程度值。

例如AB 间距初测值为L，二次测得值为LAB，则收敛量△L=L-LAB。

拱顶沉降采用等比法，以激光测距仪为例[3]，原理为图2。

图2 干道拱顶的沉降、腰线收敛监测断面图

通过在人防干道拱顶部布置一块水平板，在干道的拱腰处布置二个激光检测位移传感器，通过激光测距仪可以测出传感器位置点与平板间的最初距离AB 的值；同时，利用全站仪得量出顶部水平板距离已测出的BD 水平线的初始垂直距离AC[4]（图3）。

图3 两个传感器位置关系

当干道的拱顶下沉变形时，利用测量出三角形此刻斜边BF 的长度，进行等比计算，可知形变的程度（图4）。

图4 拱顶沉降计算示意图

人防干道不均匀沉降采用压差式变形测量传感器进行现场监测，压差式变形测量传感器的主要用途是：用于桥梁、涵洞、隧道、地铁及周边建筑物等的结构物沉降或挠度的长期自动化监测，技术特性是采用精密数字化的温度补偿和非线性修正技术手段，设备具有一体化结构设计和标准化的信号输出优点，设备具有精度高、体积小、重量轻、操作简单、量程覆盖范围宽等特点[5]。

利用压差传感器的测量值进行详细的监测，并记录和分析响应结果。具体如图5。

沉降的异常情况直接进行系统显示，出现异常阈值后，系统进行报警和提示。

3.技术实现

目前市中区早期人防工程通道约5.3km，且都为20 世纪六七十年代建设，具有早期人防工程的痛点通性，市中区按照现行人防工程设计、施工规范和质量标准对早期人防工程进行早期人防工程智能化建设，对全省能起到较好的示范性，且具备推广的基础与条件。系统依托市中区早期人防工程一期经八路工程，将物联网技术与工程自身特性相结合，着力解决早期人防工程监测的技术与管理难题。

3.1 总体架构

根据实际情况，该系统架构设计为C/S端设计，采用JVVA 语言进行设计。系统分为感知末端、系统构架、服务基础平台部分。

系统根据末端采集的数据进行收集和分析，深入数据挖掘。并将形成数据统计方式在系统平台显示，为人防管理提供参考和决策依据。如图6 所示。

图6 系统架构图

3.2 环境监测/报警

对人防通道中湿度、温度、空气的质量、有毒有害气体、二氧化碳浓度、可燃气体浓度及液位等进行实时监测，并进行环境报警信息预览，趋势分析。如图7、8 所示。

图7 环境监测

图8 环境报警

3.3 变形监测/报警

利用专用的仪器和方法对变形体的变形现象进行持续观测，对其变形形态进行分析，以及对变形的发展态势进行预测等。干道的变形监测内容主要包括：建立变形监测网，进行水平位移、顶部沉降、侧面倾斜、结构裂缝、挠度、整体摆动和振动等监测[6]，并进行变形报警信息预览，趋势分析。如图9、10 所示。

图9 变形监测

图10 变形报警

3.4 视频监控

检测主机可对图像进行实时的观看、记录存储、视频回放、就地或远程调出及储取等操作，从而实现人防干道的网络化的视频监控，方便快捷的进行操作。如图11 所示。

图11 视频监控

3.5 定位通讯

支持无线集群通讯系统，实现选呼、群呼、个呼等集群通讯功能；可以实现GSP/北斗位置信息的传输，结合指挥调度软件，可直观地在地图上查看人员位置、并与其进行语音通话。如图12 所示。

图12 定位通讯

4.结语

将物联网安全态势感知技术与可视化建模无缝结合，实现早期人防工程环境和设备设施的全方位、可视化监测，及对异常状况的精准定位规范化、流程化、可视化巡检，实现早期人防干道的结构、设备设施安全的隐患巡查，提升人防工程的信息化水平，提高人防工程管理的实效性、规范性，并将人防应急指挥思想引入其中，不仅满足平时运维信息化管理需要，在紧急情况下还可实现事件的快速处置与应对，保障人民生命财产安全。

早期人防工程智能化监测系统的建设，通过智能化手段及时掌握早期人防工程的运行情况、健康状态，人防工程的实时数据，实现人防工程的社会效益最大化。