DB42/T 1604-2020 城市综合管廊结构安全自动监测设计规程

ICS91.060

CCSQ70

DB42

湖北省地方标准

DB42/T1604—2020

城市综合管廊结构安全自动监测设计规程

Designspecificationforstructuralsafetyautomaticmonitoringofurbanutility

tunnel

2020-12-04发布2021-04-04实施

湖北省住房与城乡建设厅

联合发布

湖北省市场监督管理局

DB42/T1604—2020

目次

前言..........................................................................II

1范围..........................................................................1

2规范性引用文件................................................................1

3术语和定义....................................................................1

4总体设计......................................................................2

5监测内容与测点选择............................................................4

6传感器........................................................................6

7信号采集与传输模块............................................................7

8数据存储与管理模块............................................................9

9数据分析与安全预警模块.......................................................10

10系统集成....................................................................12

11系统运行安全................................................................13

附录A（资料性）传感器的选择...................................................15

附录B（资料性）常用传感器性能要求.............................................23

附录C（资料性）采集设备的选择.................................................25

附录D（资料性）综合管廊结构安全监测管理平台协议示例...........................27

附录E（资料性）综合管廊自动化监测日/周/月报表.................................35

附录F（资料性）设备状态统计表.................................................36

参考文献........................................................................37

I

DB42/T1604-2020

前言

本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起

草。

本文件遵循GB50838-2015的原则制定。由于城市综合管廊是一种浅埋地下的结构物，易受人为环

境和自然环境影响，发生不均匀沉降、振动、张裂破坏，导致结构开裂、渗水等。因此管廊结构的自动

化监测是管廊结构安全的重要保障。本文件是对城市综合管廊自动化监测设计的基本要求。

本文件由湖北省住房与城乡建设厅提出并归口。

本文件起草单位：中建三局安装工程有限公司、上海同禾工程科技股份有限公司、华中科技大学、

同济大学、武汉市政工程设计研究院有限责任公司、湖北省标准化与质量研究院、中建三局工程设计有

限公司、中国市政工程西北设计研究院有限公司

本文件主要起草人：李永峰、刘伟、宋爽、王丹生、赵程、彭定新、徐辉、李飞、王孝谦、杨卫星、

韩阳昱、黄俊、郭俊、方大为、刘国强、谢东武、刘凡、何皓、陈镜、王琛、秦黎泉、伍荣刚、梁杨、

胡祎、赵广振、刘尚书

本文件实施应用中的疑问，可咨询湖北省住房和城乡建设厅，联系电话：027-68873088，邮箱：

407483361@。对本文件的有关修改意见和建议请反馈至中建三局安装工程有限公司，联系电话：

027-87131700，邮箱：441276820@。

II

DB42/T1604—2020

城市综合管廊结构安全自动监测设计规程

1范围

本文件规定了城市综合管廊结构安全自动监测设计要求。

本文件适用于湖北省行政区划内的新建、扩建城市综合管廊本体结构在使用期间的安全监测系统设

计。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，

仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本

文件。

GB837.15爆炸性气体环境用电设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外)

GB3837.14爆炸性气体环境用电设备第14部分:危险场所分类

GB10070城市区域环境振动标准

GB10071城市区域环境振动测量法

GB/T15969可编程序控制器

GB/T17626.2电磁兼容试验和测量技术静电放电抗扰度试验

GB/T17626.5电磁兼容试验和测量技术浪涌(冲击)抗扰度试验

GB/T20633承载印制电路板用涂料（敷形涂料）

GB/T22239信息系统安全等级保护基本要求

GB50058爆炸危险环境电力装置设计规范

GB50168电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范

GB50169电气装置安装工程接地装置施工及验收规范

GB50174电子信息机房设计规范

GB50303建筑电气工程施工质量验收规范

GB50838城市综合管廊工程技术规范

HJ918环境振动监测技术规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

结构安全监测structuralsafetymonitoring

采用仪器监测方法，长期、连续地采集和收集反映结构本体安全状态、变化特征及其发展趋势的信

息，并进行分析、反馈和预警的活动。

3.2

结构安全监测系统structuralsafetymonitoringsystem

1

DB42/T1604-2020

是一种由特定硬件和软件组成的能对结构安全进行自动化监测为主的系统。

3.3

变形监测deformationmonitoring

对结构的竖向、倾斜、裂缝、断面收敛等指标变化进行的量测工作。

3.4

应力监测stressmonitoring

对结构的局部应力指标变化进行的量测工作。

3.5

振动监测vibrationmonitoring

对结构的突发振动指标变化进行的量测工作。

3.6

模拟信号传感器analogsignalsensor

输出信号为电压、电流、频率等模拟信号的传感器

3.7

数字信号传感器digitalsignalsensor

输出信号为数字量或数字编码的传感器。

3.8

预警值alarmingvalue

为保证运营期内结构安全，依据本文件规定和设计要求，对监测项目设定必须发布预警信息的下限

值。

3.9

控制值controllingvalue

为保证运营期内结构安全，依据本文件规定和设计要求，对监测项目设定必须采取维护措施的下限

值。

4总体设计

4.1一般规定

4.1.1城市综合管廊结构安全自动监测系统应进行专项设计，据监测项目及现场情况对结构的整体或

局部建立监测系统，宜与管廊的施工期监测和运行维护相结合。

4.1.2城市综合管廊结构安全自动监测系统应有适当的保护措施和可维护性，并能保证系统设计使用

寿命。

2

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4.1.3城市综合管廊结构安全自动监测系统软件应与硬件相匹配，且具有兼容性、可扩展性、易维护

性和良好的用户使用性能。

4.1.4城市综合管廊结构安全自动监测系统的安装方式不得对管廊结构本体造成损害，且不应妨碍管

廊正常使用和施工。

4.1.5城市综合管廊结构安全自动监测系统设计，除应符合本文件的规定外，尚应符合国家现行标准

的规定。

4.2系统组成与架构

4.2.1城市综合管廊结构安全自动监测系统包含传感器、信号采集与数据传输系统、数据存储与管理

系统、数据分析与安全预警系统。

4.2.2城市综合管廊结构安全自动监测系统各模块应包含表1中所列出的部件。

表1城市综合管廊结构安全自动监测系统的组成部件

名称组成部件

传感器应包含传感器硬件、连接管线及配套供电设备

信号采集与数据传输系统应包含信号采集硬件、网络传输硬件、供电设备及配套软件

数据存储与管理系统应包含数据存储硬件、远程管理平台软件

数据分析与安全预警系统主要为具备数据分析和预警功能的软件平台

4.2.3城市综合管廊结构安全自动监测系统架构宜按图1中所列架构设置。

3

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数据分析

数据分析与安全预警系统

安全预警

数据分析

数据存储硬件

数据存储与管理系统

远程管理平台

数据传输

信号采集硬件

信号采集与数据传输系统

网络传输硬件

供电设备

数据采集软件控制

传感器硬件

传感器连接管线

图1城市综合管廊监测系统构架图

5监测内容与测点选择

5.1一般规定

5.1.1城市综合管廊结构安全自动监测在采用自动化监测系统的基础上，宜与现场巡查、视频监控等

方法相结合。

5.1.2监测内容及测点布置应根据具体项目需求和实际运用环境确定。

5.1.3监测的方式宜采用连续监测，不具备自动连续监测的条件时，监测频率宜不低于2次/天，当监

测数据异常时应增大监测频率。

5.2监测内容

5.2.1城市综合管廊结构安全自动监测内容应包括变形、应力、振动监测，可根据结构特点和管廊运

营需求增设其他监测内容。

5.2.2常规监测内容可按表2执行，其限值由设计单位根据结构计算确定。

4

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表2城市综合管廊结构安全常规监测内容

变形监测应力监测振动监测环境

沉降倾斜裂缝水平位移变形缝形变断面收敛应力振动温、湿度

★★★▲★▲▲★▲

注1：★为必测项，▲为选测项；

注2：温湿度监测可采用已有的其他温湿度监测数据。

5.3监测方法

5.3.1城市综合管廊监测方法应结合工程结构特点、现场安装环境条件等因素综合确定，监测方法应

具备先进性、适用性、可靠性、及时性、经济性。

5.3.2沉降监测方法可采用连通管测量、几何水准测量、电子测距三角高程测量等方法，对应监测设

备详见附录A。

5.3.3倾斜监测可通过测量相互垂直的两个方向上的倾斜分量来获得城市综合管廊结构倾斜累计值和

倾斜速率。

5.3.4裂缝和变形缝监测方法可通过接触式或非接触式设备获得裂缝监测数据。

5.3.5应力应变监测可通过安装在结构内部或表面的应变计或其他传感器进行监测，试验和临时监测

宜采用外贴方式，长期监测宜采用内埋式。

5.3.6断面收敛监测应根据断面净空情况布置测点，宜采用非接触测量方法。

5.3.7振动监测方法应根据GB10070、GB10071和HJ918执行。

5.4监测测点布置

5.4.1监测点的布置要求应在GB50838的基础上遵循下列原则：

a)在管廊结构沿线间隔布置监测点，且受力最不利处或已损伤处必须布置；

b)应充分考虑地质条件和环境条件；

c)便于传感器的安装、维护和更换；

d)尽量减少信号的干扰和衰减；

e)关键区域合理增加传感器数量；

f)超过2个舱室的管廊宜在两侧舱室独立布置沉降和倾斜监测测线；

g)测点布置详图参照附录A的管廊测点布设图。

5.4.2沉降和倾斜监测测点应符合以下规定：

a)至少选择一个管廊舱室进行连续沉降和倾斜监测；

b)沉降和倾斜监测测点的纵向间距宜不大于30m，但在以下特殊位置应专门布设测点：沉降和倾

斜监测点纵向分布位置应选择在起点处、断面变化处、水文地质条件变化处、线路交叉处、曲

线段的中点处、终点处和沉降量可能变形较大处；

c)沉降和倾角监测点在结构横断面上宜选择在结构顶板或侧壁位置进行布置；

d)对具有一定高差变化或曲率变化的城市综合管廊，沉降测点布置时应满足转点布置和传感器量

程要求；

e)每组监测在一个典型结构单元段首、末端应布设不少于2个监测点；

f)断面宽度尺寸大于10m的管廊结构应增设一条沉降测线进行横向差异沉降监测；

g)沉降监测基准点应布设在结构中相对稳定区域，且每6个月内应至少进行一次基准点高程人工

复核。

5

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5.4.3沉降监测基准点应布设在结构中相对稳定区域，且每6个月内应至少进行一次基准点高程人工

复核。裂缝监测测点应符合以下规定:

a)裂缝监测应横跨裂缝布设，布设前应采集裂缝的长度、宽度和深度是否为贯穿裂缝的信息，并

作为基础信息保存；

b)裂缝监测宜在裂缝的最宽处及裂缝首、末端按组布置，重点应监测裂缝的宽度变化情况，每组

应布设2个监测点，并应分别布设在裂缝两侧，且其连线应垂直于裂缝走向；

c)潜在裂缝的监测点宜选择在断面变化较大处、跨度较大构件跨中部位、荷载突变处、下穿主干

道处、变形可能较大处等位置；

d)当选取关键横断面进行裂缝监测时，应在舱室顶板、承重侧壁上至少布置1个裂缝测点；

e)当裂缝宽度达到报警值后，宜对裂缝深度、宽度进行检测。

5.4.4变形缝监测测点应选取关键断面进行监测，在舱室顶板、承重侧壁上布设，每组应对称布设至

少3个监测点，测项包含差异沉降与伸缩变形，纵向间距不宜大于100m。

5.4.5应力监测测点应符合以下规定：

a)监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定，宜与变形监测区

域一致，纵向间距不宜大于30m；

b)监测横断面上的监测点应选择各边中间部位、接缝部位、地面荷载较大和变形较大部位、受力

条件复杂部位等位置，每边至少布置1个应力应变监测点。

5.4.6断面收敛监测断面的纵向间距应根据结构受力特点、土质条件、线型特征等情况确定，纵向间

距不宜大于30m，监测点沿横断面宜布置在断面宽度较大位置。

5.4.7振动监测测点应符合以下规定：

a)振动测点宜布设在结构主要振型振幅较大部位，并避开节点位置，且相邻测点间距不宜大于

200m；

b)当外部环境增加新的震源时，应在对应管廊位置新增振动监测测点。

6传感器

6.1一般规定

6.1.1传感器宜选用国际通用数字信号传感器。

6.1.2传感器应满足各项指标参数的技术需求，包括测量精度、量程、供电方式、输出方式、频率、

响应范围、防护等级、抗干扰性能等。

6.1.3传感器应能在复杂环境条件下正常工作，元器件和防护配件应具有高防护性、高稳定性、高耐

久性和高集成度，传感器外壳的防护等级应不小于IP65。

6.1.4传感器设置应充分考虑管廊结构形式及内部管线布置，做到安装便捷、稳定。

6.1.5传感器安装完成后应立即对其进行初始状态设置或归零处理。

6.1.6传感器的安装可参考附录A的传感器安装图。

6.2传感器选择

6.2.1传感器的选型应符合下列规定：

a)应根据具体的项目要求和实际应用条件选择合理的传感器类型；

b)传感器应具有良好的稳定性和抗干扰能力；

c)宜选择具有温度补偿功能的传感器；

d)应根据传感器性能及现场条件等因素选择传感器合理安装方式；

6

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e)应根据传感器类型，选择操作方便、耐久性好且精度合适的信号采集及信号通讯系统，保证监

测结果的可信度，宜优先选用技术先进、微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络

化的传感器元件；

f)宜采用数字信号传感器，如采用模拟信号传感器，应先将模拟信号转换为数字信号，通过总线

传输，避免信号干扰对数据质量的影响。

6.2.2常用传感器的选型可参照表规定，使用注意事项宜按本文件附录A的规定进行。

表3推荐传感器选型

监测内容推荐传感器类型

沉降静力水准传感器、压差式沉降传感器

倾斜倾角传感器

裂缝、变形缝裂缝传感器、位移传感器

应力应变传感器、混凝土应变传感器、钢筋应力传感器

断面收敛红外激光测距传感器

振动加速度传感器

6.3传感器性能

6.3.1传感器的性能参数应符合下列要求：

a)传感器工作状态点宜在满量程的20%〜80%内，且最大工作状态点不应超过满量程；

b)应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率；

c)传感器应具有良好而稳定的线性度；

d)传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比；

e)传感器应具有良好而稳定的分辨率，且不应低于所需监测参数的最小单位量级；

f)传感器应具有良好而稳定的重复性；

g)传感器测量值应具备较小的时漂和温漂。

6.3.2传感器除应符合第6.3.1条的性能参数要求外，尚应符合下列规定：

a)不同类型传感器的供电方式应根据实际情况和监测要求确定；

b)传感器应满足结构实际使用环境的要求；

c)结构安全监测系统的设计年限应根据监测需要确定；

d)传感器使用前应进行必要的标定、校准或自校；

e)传感器应满足防护要求。

6.3.3常用传感器的性能参数详见本文件附录B。

6.4供电要求

6.4.1传感器应具备稳定的直流供电，系统应配备备用电源，保证传感器断电后工作时间不少于12

小时。

6.4.2传感器的输入电压应兼容直流12V与24V，具备宽压工作功能，单个传感器功率不宜大于1.5W，

保证传感器采集总线的线压降可控，可进行长距离传输。

7信号采集与传输模块

7.1一般规定

7

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7.1.1信号采集与传输模块是一种对传感器数据进行采集和传输到管理平台的模块，包含信号采集及

传输硬件和数据传输网络。

7.1.2信号采集及传输硬件应满足传感器的监测要求，还应具有可靠性高、抗干扰能力强、采样率高、

功耗低等特点。

7.1.3数据传输网络应选用覆盖范围广、传输稳定性强、传输速度快的网络。

7.2信号采集

7.2.1信号采集方式应根据综合管廊的结构形式、传感器的类型、数量及布置方式等进行设计，并应

满足下列要求：

a)传感器相距较远且较分散，宜选用分布式信号采集方式；

b)传感器相距较近且分布较集中，宜选用集中式信号采集方式；

c)信号采集模块应安装进专用的防护箱。

7.2.2信号采集硬件应根据传感器种类、数量、信号特征、采样频率、数据吞吐量及对信号的预处理

要求等进行选择，并应符合下列原则：

a)应遵循标准协议和标准接口，便于数据传输和存储；

b)应具备实时采集、本地存储、自动传输等功能，应保证现场数据的真实性、有效性和实时性；

c)应满足复杂环境下工作需求，具有防护功能，且应易于更换，更换时不影响软件的使用。

7.2.3信号采集硬件除符合7.2.2条规定外，还应符合下列规定：

a)数字信号传感器宜选用分布式信号采集硬件，并确定传输距离、传输带宽和速率；

b)模拟信号宜选用4mA～20mA和0V～10V等标准工业信号，可选用集中式信号采集硬件，并确定

输入范围、分辨率、精度、传输带宽和速率；

c)信号采集模数转换分辨率应满足传感器分辨率和监测要求，不宜低于16位；

d)模拟信号应进行光电隔离，以增强抗干扰能力。

7.2.4信号采集软件设计应符合下列规定：

a)应实现数据实时采集、自动存储、缓存管理、即时反馈和自动传输等功能；

b)应与数据库系统和数据分析软件稳定、可靠地通信，可本地或远程调整设备配置，可通过标签

数据库或本地配置文件进行信息读取；

c)应对传感器输出信号、信号采集和传输设备的运行状态信号进行实时采集，对系统运行状态进

行监控，异常时可及时报警；

d)应能接受并处理信号采集参数的调整指令，并记录和备份处理过程；

e)应能定时启动传感器设备监测运行；

f)可按不同的监测内容、采样次序、采样频率来完成对传感器输出的采样与模数转换。

7.2.5信号采集硬件布置应根据监测要求和信号传输距离要求确定，不应影响数据质量；信号采集站

之间应考虑信号采集时间同步性要求。

7.2.6应力与变形监测点采用周期采集模式，采样频率宜不超过1次/小时，当综合管廊结构区段满足

以下条件之一时，采样频率宜适当提高。

a)下穿河流、隧道、城市快速路、主干路、铁路、轨道交通、高速公路、高层建筑、地下管线、

桥梁等结构物的区段；

b)处于富水和软土地质条件的区段；

c)周围10m范围内有可能影响管廊结构的新建工程施工区段。

7.2.7当遇到下列特殊情况时，应在常规采样频率基础上适当提高采样频率。

a)监测数据达到预警值时；

b)监测数据异常或变化速率过大时；

8

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c)存在勘察未发现的不良地质条件，且影响管廊安全时；

d)暴雨或长时间连续降雨时；

e)邻近工程施工、超载、振动等周边环境有较大改变时；

f)出现其他影响综合管廊结构安全的异常情况时。

7.2.8振动监测点应采用触发采集模式，超过预警值时，以不低于200Hz的采样频率采集不小于1024

个采样点。

7.2.9信号采集硬件宜使用工业可编程逻辑控制器（PLC）或远程终端单元（RTU），该硬件设备应符

合以下规定：

a)具备可编程功能，可适配各类管廊结构物监测所需使用的传感器及物联网平台；

b)具备RJ45网络接口、工业RS485接口、电源浪涌保护设计等硬件功能；

c)具备本地存储空间，支持缓存本地传感器数据7天以上；

d)信号采集设备宜与管廊监控与报警系统合用，信号采集设备宜采用可扩展、易更换的模块化结

构，符合GB/T15969的规定；

e)常用采集设备的选型和使用注意事项宜按本文件附录C的规定进行。

7.3数据传输

7.3.1物理传输方式应符合下列规定:

a)数据传输线路及电源传输线路的布线应基于管廊现场情况，在保证满足抗电磁干扰要求的同

时，做到统一规划、安装牢固、维护便捷，根据实际情况宜选用有线、无线相结合的传输方式；

b)选用有线传输的方式时，宜通过光纤通信网络连接监控中心与各管廊区段（一般以防火门为划

分，区段长度不超过1km），各区段及监控中心通过光纤交换机将光纤网络转换为以太网；

c)光纤网络或以太网络等数据传输线路应按需设置必要的路由器；

d)选用无线传输的方式时，管廊内的无线信号传输能力应满足传输要求；

e)数据传输硬件的选择除满足上述规定外，还应符合GB50838中的规定。

7.3.2接口与协议应符合下列规定:

a)数据提供方和数据接收方之间的接口应具备完整性、规范性、开放性和灵活性；

b)传输数据时，如突遇网络异常或其他异常情况，具备断点续传和补全历史数据的功能；

c)交换内容组织格式采用JSON方式，字符编码宜采用UTF-8格式；

d)接口应支持至少TCP/IP、Https、MQTT等协议中的一种；

e)接口应支持双向通讯，具备数据主动推送及远程遥测功能；

f)推荐传输协议示例见本文件附录D。

7.4供电要求

采集模块的输入电压应兼容直流12V与24V，具备宽压工作功能。

8数据存储与管理模块

8.1一般规定

8.1.1数据存储与管理模块应具备数据统一上传、存储、管理、浏览的功能，确保监测数据完整性。

8.1.2数据存储与管理模块应建立用户等级制度，对不同等级用户赋予管理权限。

8.1.3数据存储和管理模块宜设置开放式数据接口，可与其他数据库实现无缝衔接。

8.2数据存储

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8.2.1监测数据应当在系统运营期内完整保存，系统宜采用冷热数据分离技术，热数据的有效时间宜

大于6个月。

8.2.2数据库系统应当支持冗余或集群部署，并设置自动备份，宜采用容错服务器，并支持异地容灾。

8.2.3数据应进行分层设计，原始传感数据与分析处理后数据独立存储，保证原始传感数据不得被任

何人修改。

8.2.4数据资源需进行鉴权设计，敏感信息应强加密存储。

8.3数据管理

8.3.1原始监测数据应定期存储、备份存档，后处理数据宜保持不少于三个月在线存储，重要数据宜

采用光盘或大数据硬盘永久存储。

8.3.2在应用程序调试完成后，应对数据库进行试运行操作，包括功能测试和性能测试。试运行操作

期间，应做好数据库的备份和恢复工作。

8.3.3应有一个或多个能胜任的授权用户来管理数据库管理系统和它所包含信息的安全。管理员应经

过培训，以便能正确有效地建立和维护安全策略。被授权的管理员应严格遵从系统管理员文档的要求进

行操作，不应蓄意破坏数据库管理系统，不应蓄意违反操程。授权用户应具备必要的授权来访问由数据

库管理系统管理的少量信息。

9数据分析与安全预警模块

9.1一般规定

9.1.1数据分析与安全预警模块应能根据监测数据对管廊结构安全状态进行分析，并根据分析结果对

管廊结构的安全状况进行预警。

9.1.2应建立明确的管廊结构预警指标，并建立预警机制。

9.1.3预警指标的确定应根据工程特点、结构设计要求等制定，对于工况条件复杂的综合管廊结构宜

通过计算分析或专项评估等方式有针对性制定监测项目预警指标。

9.1.4数据分析及安全预警模块应具备在线分析与实时报警能力。

9.2数据分析

9.2.1数据分析模块应根据监测数对管廊结构安全性和耐久性进行全面分析，当设计文件无明确要求

时，分析内容可按表4执行。

表4数据分析内容表格

监测内容分析方法分析内容

沉降、水平位移

倾斜

时程曲线、累计值、日变化速率

裂缝、变形缝时域分析

断面收敛

应力时程曲线、累计值、峰值

振动时域分析、频率分析峰值、特征频率

9.2.2数据分析模块应对监测数据进行对比、趋势分析，同时利用人工巡检数据进行复核，综合评估

管廊结构工作状态。

10

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9.2.3数据分析模块应具备各项结构参数的时域趋势变化趋势功能及安全评价功能，评价标准参