1.1 引言
    鐵路隧道的開采、施工和使用（yòng）過程中，隧道圍岩變形是（shì）圍岩應力分布、整體力學形態變化和穩定狀態最直接和可（kě）靠的反映，圍岩淨空位移的測量是（shì）隧道施工過程中一個重要環節，是判斷圍岩穩定性和指導施工的重要依據。對隧道圍岩變形進行及時（shí）的（de）監測和分析預報成為鐵路隧道施（shī）工中保證施工安（ān）全（quán）、防止事故發生、合理確定隧（suì）道（dào）支護的十分重要（yào）的工作。
    1.2 項目（mù）背景（jǐng）/選題（tí）動機
    傳統（tǒng）的隧道圍岩位移測量方法主要有兩種：一種是在施工（gōng）過（guò）程中布置測量斷麵（miàn），間隔一定的時間由人工使用各種機械式或機械-電子式收斂計測量;另一（yī）種是借助隧道斷麵（miàn）儀定時定點測量待測斷麵。兩者的不足之處在於：
(1)不能實（shí）時監測：即不（bú）能隨時監（jiān）測待測斷麵的變（biàn）形情況，因而不（bú）能及時（shí）反映施工過程中隧道（dào）圍岩的異常變化。
(2)對施工幹擾大：由於變形測量中或者需要拉尺，或者需要架設斷麵儀，所以對施工（gōng）作業，尤其是運輸作業幹擾很大。
(3)測量工作危險：在人員不（bú）易接近的地方，為了獲取測量數據，人員不（bú）得不頻繁接（jiē）近危險空間，因而對人員與儀（yí）器的安全威脅較大。
(4)測量費用高：因同一斷麵要多次反複（fù）測量，加之測量過（guò）程繁瑣，用人多，耗時長，導（dǎo）致測量費用較高。
(5)測量數據（jù）不可靠：造成測量數據不可靠的原因主要是（shì）電子和機械儀表的測量精度不夠和處理測量數據時造成的誤差。
我們采（cǎi）用處理器構建新型的鐵（tiě）路施工隧道安全監測係統，具有無接觸、自動化、高精度和高可（kě）靠性等優（yōu）勢，該（gāi）係統能用於隧道施工安全、防止事故（gù）發生。
    二、需求分析
    2.1 功能要求
    係統需要實施監控鐵路隧道施工安全情況，如圖1係統架構，我們將半導體（tǐ）激光器架（jià）設在穩定地圍岩上，作為參（cān）考基準點。需要觀察的不穩定圍岩出架設我們設計的係統，通過CCD感應（yīng）光（guāng）斑的位置，從而（ér）反映圍岩下沉的情況。
 
    2.2 性能要求
    係統需要高精度地反映鐵路圍岩下沉的狀況，需要排除外界幹擾因素等影響，比如外界溫（wēn）度，濕（shī）度都會影響光線傳播（bō）的路徑;外界（jiè）光（guāng）線過強，會造（zào）成CCD飽和失真（zhēn）等等。我們需要消除這些因素，從而達到高（gāo）精度（dù）、高可靠性等（děng）特點
    三（sān）、方案設計（jì）
    3.1 係統功能實現原理
係統硬件結構如圖2所示：采用AVR EVK1105評估套件（jiàn）為基礎，它是采用32位（wèi）的AT32UC3A0512為核心處理器，外擴（kuò）256M SDRAM，64M FLASH的評估套件。數據采集部（bù）分采用（yòng）東芝線陣（zhèn）光電耦合器件（jiàn）(CCD)采集隧道下沉位置（zhì）信息，溫濕度傳（chuán）感器采集（jí）隧（suì）道環（huán）境信息，光線傳感器采集外界光強（qiáng）度（dù）信息。顯示（shì）部分采用板上的QVGA(320×240)彩（cǎi）色LCD液晶顯（xiǎn）示，顯示數據采（cǎi）集部分（fèn）采集的信息。由於係（xì）統需要進行長（zhǎng）時間地工作，對采集的信息需（xū）要做相應的（de）處理，需（xū）要顯示每分鍾（zhōng）/每（měi）小時（shí）/每天/每月這（zhè）四個界麵，從而直觀地反映鐵（tiě）路隧道短期和長期的（de）安全情況（kuàng），評估和預測未來（lái）的走勢。控製部分采用板上的觸摸選擇（zé）按鍵，達到顯示不同界麵的效果。數據可以通過板上的SD/MMC接口進行數據儲存，也可以通過以（yǐ）太網接口將數據傳輸到監控中心。當超過設定的閾值（zhí），可以（yǐ）通過板上的高保真音頻接口發出語音提示，設定的報警提示（shì）內容（róng）可以（yǐ）存儲在（zài）板上的FLASH當中。
以上敘述為站點1的（de）接口，其他站點與站點1類似，用於監測鐵路隧道的各個節點，都可以通過以（yǐ）太網接口將數據傳輸到監控平台，從而反映整條鐵路隧道的整體情況。
     3.2 硬件平台選（xuǎn）用及資源配置
硬件平台選用：32位的AVR EVK1105是基於AT32UC3A0512的評估套件。
使用到板上資源：320×240 QVGA 彩色液晶LCD顯示器，外展256M SDRAM，64M FLASH，SD/MMC接口（kǒu），以太網接口，光線傳感器，觸摸按鍵，高保真音頻解碼等。
    3.3係統軟件架構
如（rú）圖3所示（shì），係統首先采集三個重（chóng）要信息：光斑（bān）位置、溫濕度和外界光（guāng）強度。根據相應的數據算（suàn）發，消除溫濕度和外界光強都光斑位置（zhì）的影（yǐng）響。如果超過設定的（de）閾值，采用板上的高保真語音進行（háng）語音提示。處理後的（de）數據由SD卡（kǎ）數（shù）據（jù）存儲、LCD液晶顯示和以太網數（shù）據傳輸。
    3.4 係統軟件流（liú）程
    3.4 係統預計實現（xiàn）結果
圖4是我們前期采用（yòng）筆記本顯示和處理數據，整個係統龐大。預先采用AVR開發套件，完成相應模塊的驅動和設計（jì），小型化、實用化，應用（yòng）到（dào）實（shí）際的（de）工程項目（mù）當中。