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申请/专利权人：山东济宁运河煤矿有限责任公司

摘要：本发明公开了一种锚索缠绕张拉安全监控系统及方法，具体涉及锚索监控技术领域；通过对锚索材料在施工过程中的张力和裂纹扩展进行精确监测、实时数据分析、特征提取和预测预警，系统能够及时发现和预防潜在的结构风险，避免锚索断裂和结构失稳，提高数据的准确性和可靠性，从而减少因监测不准确导致的事故和损失，不仅有效降低了施工管理的成本和复杂性，还显著增强了施工过程中的安全性和稳定性，确保人员和财产的安全，优化了资源利用效率。

主权项：1.一种锚索缠绕张拉安全监控方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：对钢索和钢缆缠绕的锚固点在施工过程中被施加的张力进行监测，对监测到的张力数据进行分析，确定锚索应力集中区域；S2：通过裂纹监测仪对锚索应力集中区域的锚索裂纹数据进行实时监测，并将监测到的实时裂纹数据传输到中央监控系统；S3：对监测到的实时裂纹数据进行预处理，对预处理后的实时裂纹数据进行特征提取，提取实时裂纹数据中的裂纹扩展速度波动特征和裂纹应力分布异常特征；所述步骤S3包括：根据提取出的裂纹扩展速度波动特征生成裂纹扩展速度波动指数，则裂纹扩展速度波动指数的获取方法为：收集并预处理后的裂纹扩展速度数据xt，识别xt中的所有局部极大值和极小值，通过样条插值法连接局部极大值和极小值，分别构建上包络线和下包络线，计算上包络线和下包络线的均值mt，从原始信号中提取本征模态函数c1t，表达式为：c1t＝xt-mt；对剩余信号rt＝xt-c1t进行重复计算，提取全部的本征模态函数，对每个本征模态函数进行希尔伯特变换，得到解析信号zit，表达式：zit＝cit+jH[cit]；其中，H[cit]是cit的希尔伯特变换，j是虚数单位；计算瞬时幅值和瞬时相位，表达式分别为：式中，Ait为瞬时幅值，表示信号在时间t上的幅度变化，θit为瞬时相位，表示信号在时间t上的相位变化；计算瞬时频率，表达式为：ωit为瞬时频率，表示信号在时间t上的频率变化，计算瞬时频率标准差比上瞬时频率均值的比例值，即计算得到裂纹扩展速度波动指数；提取实时裂纹数据中的裂纹应力分布异常特征生成裂纹应力分布异常指数，则裂纹应力分布异常指数的获取方法为：获取裂纹应力分布的实时监测数据并建立数据矩阵为X，维度为n×m，其中，n是数据点的数量，m是应力分布特征的维度，对数据进行标准化处理，标准化后的数据矩阵为Z，表达式为：其中，μj和σj分别为第j个特征的均值和标准差，计算协方差矩阵：其中，C是m×m的协方差矩阵，T为矩阵转置，对协方差矩阵C进行特征值分解，得到特征值λi和对应的特征向量vi，分解表达式为：Cvi＝λivi；其中，λi是第i个特征值，vi是对应的特征向量，选择前k个最大的特征值及其对应的特征向量，构成主成分矩阵Vk：Vk＝[v1,v2,…,vk]；将数据投影到主成分空间，表达式为：Zk＝ZVk；其中，Zk是n×k的矩阵，表示原始数据在主成分空间的投影，根据主成分投影结果重构原始数据，表达式为：Z^＝ZkVkT；其中，Z^是重构后的数据矩阵，T为矩阵转置，E＝Z-Z^；其中，E是重构误差矩阵，计算重构误差的范数，表达式为：REi＝||Ei||；其中，REi是第i个数据点的重构误差范数，表示该数据点在重构过程中的误差大小，计算裂纹应力分布异常指数，表达式为：式中，Rg为裂纹应力分布异常指数，μRE和σRE分别是重构误差范数的均值和标准差；S4：根据实时裂纹数据中提取出的裂纹扩展速度波动特征和裂纹应力分布异常特征，构建数据预测模型，评估锚索材料裂纹扩展速度监测数据的准确性；所述步骤S4包括：将裂纹扩展速度波动指数和裂纹应力分布异常指数进行归一化处理，通过归一化处理后的裂纹扩展速度波动指数和裂纹应力分布异常指数计算锚索材料裂纹扩展速度监测数据的准确性系数；构建数据预测模型，将归一化处理后的裂纹扩展速度波动指数和裂纹应力分布异常指数输入到数据预测模型中计算锚索材料裂纹扩展速度监测数据的准确性系数，数据预测模型计算表达式为：式中，DX为锚索材料裂纹扩展速度监测数据的准确性系数，CQ为裂纹扩展速度波动指数，Rg为裂纹应力分布异常指数，a1、a2为裂纹扩展速度波动指数、裂纹应力分布异常指数的比例系数，且a2a10；S5：根据评估结果，将锚索材料裂纹扩展速度监测数据划分为准确性监测数据和不准确性监测数据，并进行相应的处理；S6：对于不准确性监测数据，对同一锚索区域固定时间段内锚索材料裂纹扩展速度监测数据的准确性进行进一步的分析，并根据分析结果对锚索材料裂纹扩展速度监测过程中的风险事件进行及时预测预警。

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