CN104777325B - 地铁站台与隧道内风速测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地铁站台与隧道内风速测试系统及方法，所述系统的风速传感器阵列用于测取地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速，数据采集单元用于以预定的时间间隔采集风速传感器阵列测取的气流场风速数据并输出，主控单元用于对气流场风速数据进行处理从而获得气流场风速的实际数值，数据存储单元用于存储气流场风速数据和气流场风速的实际数值。本发明通过风速传感器阵列对地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速数据进行测量，实现了在多次测量条件下确保每个测量地点的测量位置一致性，并且通过主控单元对气流场风速数据进行处理从而获得气流场风速的实际数值，实现了对检测结果进行实时分析的目的。

Description

地铁站台与隧道内风速测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种地铁站台与隧道内风速测试系统及方法，属于地铁站台及隧道风速测量技术领域。

背景技术

现有的地铁站台及地铁隧道内部的安全指标主要包括结构、防水、防火等。其中，防排烟系统是地铁防火极其重要的消防系统之一，与人员疏散密切相关，而地铁车站与区间隧道排烟风速则是地铁防排烟设计的重要指标。

由于地铁车站和隧道是一种地下的狭长型建筑，仅通过有限的楼梯和风亭与地面相通。当发生火灾时，燃烧产生的烟气和热量难以及时排出，导致热量和烟气在地铁站内的聚集。地铁内部烟气聚集不仅会使地铁建筑的温度快速上升，从而对站台、隧道等部分的结构产生破坏，同时也会给人员造成更严重的伤害。另一方面由于地铁站位于地下导致通风条件较差，受其影响可燃物燃烧不充分，在发生火灾时会产生大量不完全燃烧产物和各种有害气体，其烟气具有更大的毒性。因此需要地铁内部的防排烟系统形成一定的气流速度，将烟气控制在一定范围或将其迅速排出。

由于地铁站台及地铁隧道内部的空间相对密闭狭小，其内部气流及速度的形成具有以下特点：不同地点气流方向和形成的风速不同。例如当地铁车站站台层公共区发生火灾时，站厅与站台联络口处为了能够在疏散楼梯处形成向下的气流以便有效地控制烟气向上蔓延，需要在楼扶梯口处向下的风速至少达到1.5m/s，并且与乘客逃生方向相反，才能够保证人员安全疏散。而当地铁区间隧道内发生火灾时，应保证气流速度大于临界风速以使得烟气按照规定方向流动，并且人员迎着新风方向进行安全疏散，需要隧道断面排烟气流流速不小于2m/s且不得大于11m/s。

但现有的对地铁风速的测取方式在多次测量条件下无法确保每个测量地点的测量位置一致性，并且也无法对检测结果进行分析。

发明内容

本发明为解决现有的地铁风速测量技术存在的在多次测量条件下无法确保每个测量地点的测量位置一致性及无法对检测结果进行分析的问题，提出了一种地铁站台与隧道内风速测试系统及方法。

本发明提供的技术方案包括：

一种地铁站台与隧道内风速测试系统，包括：主控单元、数据采集单元、数据存储单元以及风速传感器阵列；所述风速传感器阵列用于测取地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速，所述数据采集单元用于以预定的时间间隔采集所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据并输出，所述主控单元用于对所述气流场风速数据进行处理从而获得所述气流场风速的实际数值，所述数据存储单元用于存储所述气流场风速数据和所述气流场风速的实际数值。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述风速传感器阵列包括：多个风速传感器、活动连接组件和阵列支架；多个所述风速传感器以预定间隔设置组成传感器阵列，所述传感器阵列通过所述活动连接组件与所述阵列支架连接，所述活动连接组件用于调整所述阵列支架的旋转角度和/或升降高度。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述传感器阵列中的多个所述风速传感器根据待测取的空间范围设置分布密度。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述风速传感器采用热线式线性气体传感器。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述阵列支架为通过直径小于预定值的硬质材料组成的网状结构，并通过配重底座设置在地面上。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述系统还包括触控显示屏，所述触控显示屏用于为用户提供控制对所述气流场风速数据进行采集以及显示已保存的气流场风速数据。

在本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统中，所述主控单元、数据采集单元和数据存储单元设置在具有电磁屏蔽功能的机箱中，所述机箱通过屏蔽线接地。

一种基于如上所述的地铁站台与隧道内风速测试系统的风速测试方法，包括：

根据待测地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面确定风速传感器阵列中的风速传感器数量及阵列形状，并将所述风速传感器阵列设置在地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内；

以预定的时间间隔采集所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据，并对所述气流场风速数据进行计算、修正处理后获得所述气流场风速的实际数值。

在本发明所述的风速测试方法中：

所述计算为：通过在一个采集周期内每个风速传感器采集的气流场风速数据的读值来计算该风速传感器在该采集周期内的气流场风速值；

所述修正处理为：根据每个风速传感器的探头标定误差对每个风速传感器测取的气流场风速数据进行修正计算。

在本发明所述的风速测试方法中，将所述风速传感器阵列设置在地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内包括：

将多个所述风速传感器设置在阵列支架上，所述阵列支架通过配重底座设置在地面上，将所述风速传感器阵列中的多个风速传感器的测取方向通过活动连接组件调整指向风速方向。

本发明的有益效果是：通过风速传感器阵列对地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速数据进行测量，实现了在多次测量条件下确保每个测量地点的测量位置一致性，并且通过主控单元对气流场风速数据进行处理从而获得气流场风速的实际数值，实现了对检测结果进行实时分析的目的。

附图说明

图1以示例的方式示出了本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试系统的结构图。

图2以示例的方式示出了本发明所述的风速传感器阵列的结构图。

图3以示例的方式示出了本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试方法的流程图。

图4本发明所述的地铁站台与隧道内风速测试方法的详细流程图。

图5是实施例一中待测地铁站的站台与站厅联络处的横断面测试图。

图6是实施例二中待测地铁站的站台与站厅联络处的横断面测试图。

具体实施方式

由于在现有的地铁隧道内的风速测量横断面较大，单点测取风速不能全面、有效评价测试区域的风速，因此本具体实施方式针对地铁设施投入运行前，需要依据相关技术标准与规范对地铁隧道和站台进行防排烟系统检测评定的要求，提出了一种对结构横断面进行多点气流场风速测试的技术方案，从而满足地铁内部空间较大区域的排烟指标测试要求，同时实现数据的在线存储与显示。

本具体实施方式提出了一种地铁站台与隧道内风速测试系统，结合图1和图2所示，包括：风速传感器阵列11、数据采集单元12、主控单元13和数据存储单元14；风速传感器阵列11包括：多个风速传感器21、活动连接组件22和阵列支架23，多个风速传感器21以预定间隔设置组成传感器阵列，该传感器阵列通过活动连接组件22与阵列支架23连接，活动连接组件22用于调整阵列支架23的旋转角度和/或升降高度；风速传感器阵列11用于测取地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速，数据采集单元12用于通过变送器阵列以预定的时间间隔采集风速传感器阵列11测取的气流场风速数据并输出，主控单元13用于对所述气流场风速数据进行处理从而获得所述气流场风速的实际数值，数据存储单元14用于存储所述气流场风速数据和所述气流场风速的实际数值。

在本具体实施方式中可采用台式计算机通过三芯屏蔽电缆及变送器阵列与风速传感器阵列11连接，相应的连接端子可采用航空插头进行连接，以保证连接的可靠性以及数据传输的可靠性。所述台式计算机中的中央处理器可作为主控单元13，插接在所述台式计算机的主机板上的数据采集卡可作为数据采集单元12，通过数据线与所述台式计算机的主机板连接的硬盘可作为数据存储单元14。

其中，利用活动连接组件22，可以根据气流场的分布和主要气流方向通过调节与阵列支架23连接的松紧程度从而调整阵列支架23的旋转角度和/或升降高度，以保证多数的风速传感器21的朝向能够与气流场方向一致，达到更高的测取精度。可选的，活动连接组件22可以实现所述传感器阵列的与气流场方向一致的调整，以方便根据地铁站台与站厅联络口处和地铁隧道内的高度不同进行传感器的调整。活动连接组件22可为一中空的圆柱形结构并套接在阵列支架23上，通过螺纹调节活动连接组件22与阵列支架23，对阵列支架23的高度在0.5m的范围内调整，使所述传感器阵列能够按照本实施例的技术方案最大限度地测取区域气流场的典型参数值，从而达到更高的测取精度。

在本发明一可选实施例中，所述传感器阵列中的多个风速传感器21根据待测取的空间范围设置分布密度。例如，在站台与站厅联络的楼梯处根据截面面积为矩形的特点等密度设置风速传感器。

在本发明一可选实施例中，风速传感器21可采用测量范围为0～10m/s的热线式线性气体传感器，该传感器的探头具有体积较小、对流场干扰较小、响应较快以及测量精度较高的特点，并且该传感器可采用24V直流供电，输出0～10V电压信号。同时，也可选择不同的传感器输出信号类型，如4-20mA电流信号或0-5V电压信号，测量量程范围也可选择0～15m/s的风速传感器。

在本发明一可选实施例中，阵列支架23可采用直径小于预定值的硬质材料组成网状结构并通过配重底座24设置在地面上。例如，阵列支架23可采用铝合金管焊接成网架结构，以使多个风速传感器21可以方便地安装于网架上方。所述铝合金管的直径可采用2cm，避免风阻过大而对被测风场产生影响，导致测试不准确。另外，若将所述传感器阵列设置在地面上，为避免阵列支架23被地铁隧道内的风吹倒或在较强的风速下晃动导致测量结果偏差，可将阵列支架23通过配重底座24设置在地面上，从而通过降低重心的方式保持阵列支架23的稳定及避免被风吹倒。

在本发明一可选实施例中，所述系统还可以包括触控显示屏15，触控显示屏15用于为用户提供输入对所述气流场风速数据进行修正的控制信号的功能以及显示已保存的气流场风速数据或对当前采集的气流场风速数据进行修正计算后获得的实际数值。触控显示屏15可采用7英寸触屏，用于完成实时数据采集、处理、管理及显示工作。进一步地，为了方便现场携带及减小风速测试设备体积，触控显示屏15可固定于所述台式计算机的机箱外壳上，并通过视频数据线与所述台式计算机的主机板连接后组成为一个整体设备。触控显示屏15可由所述台式计算机的主机电源进行供电，所述台式计算机的主机电源可采用输入为220V交流市电且直流输出电压值可调的电源。

针对目前地铁防排烟系统检测中风速测量无法实现多点风速测取和数据保存的缺陷，在本发明一可选实施例中，数据采集单元12可采用十六通道及十二位精度的数据采集卡，并用于完成对风速传感器阵列11的气流场风速数据实时同步采集。数据采集单元12可通过PCI插槽插接在所述台式计算机的主机板上，并且所述台式计算机的内部同时固定有接线端子排，用于连接数据采集单元12和风速传感器阵列11中各风速传感器21的引线端子，该引线端子排具有坚固可靠的优点，能够保证信号通路可靠连接，并且数据采集单元12可由所述台式计算机的主机电源提供的输出功率为48W的24V直流电供电。

在本发明一可选实施例中，所述台式计算机可以设置在具有电磁屏蔽功能的机箱中，所述机箱通过屏蔽线接地，从而防止地铁内部的电磁干扰对数据采集的影响。进一步地，所述台式计算机对风速传感器阵列11的供电和数据信号线均可采用屏蔽电缆，以防止因工作环境恶劣或电磁干扰严重导致的工作可靠性较差的问题，所述台式计算机与风速传感器阵列11之间的有效通信距离可选的为10m以内。

在本发明一可选实施例中，所述系统还可以包括变送器阵列，风速传感器阵列11的传感器数据输出端与该变送器阵列的传感器数据输入端连接，该变送器阵列的直流电压信号输出端与数据采集单元12的传感器数据输入端连接。该变送器阵列用于将风速传感器阵列11的输出信号转变为可被控制器识别的直流电压信号并发送给数据采集单元12。

本具体实施方式进一步提出了一种地铁站台与隧道内风速测试方法，结合图3所示，包括：

步骤31，根据待测地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面确定风速传感器阵列中的风速传感器数量及阵列形状，并将所述风速传感器阵列设置在地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内。

首先对地铁隧道、站台与站厅联络处的结构横断面进行测量，所述风速传感器矩阵中的风速传感器探头数量、矩阵的长、宽、高均可根据不同结构的地铁站台与站厅联络处、地铁隧道内部的空间横断面进行布放，然后再将所述风速传感器阵列安装在联络口处气流场较为稳定的位置。可选的，可将多个所述风速传感器设置在阵列支架上，所述阵列支架通过配重底座设置在地面上，将所述风速传感器阵列中的多个风速传感器的测取方向可通过活动连接组件调整指向风速方向。

步骤32，以预定的时间间隔采集所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据，并对所述气流场风速数据进行计算、存储及显示。

当设置好所述风速传感器阵列后，启动所述台式计算机进行气流场风速数据测取工作。首先用户可通过所述触控显示屏设置气流场风速数据的测取时间间隔及采集时间，然后所述台式计算机通过所述数据采集卡对所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据进行采集并存储。根据不同的场合需要，气流场风速数据的测取时间间隔可设置为1秒至60秒的范围内可调节。对采集的气流场风速数据可首先计算在一个采集周期内每个风速传感器采集的气流场风速数据读值，然后通过各风速传感器的探头标定误差对对应的探头读值分别进行修正计算，最后根据所有风速传感器修正计算后得到的气流场风速数据读值计算获得的均值作为该断面在该采集周期内的气流场风速值，并保存在所述台式计算机中。

在一个采集周期内每个风速传感器采集的气流场风速数据的均值可通过以下公式计算获得：

其中，v_m表示一个采集周期内所有风速传感器采集的气流场风速数据的均值，v及其下角标的数字表示在一个采集周期内风速传感器采集的气流场风速读值及传感器标号，n为自然数且表示一个采集周期内一个风速传感器采集气流场风速的次数总和。

对所述气流场风速数据的数据库存储操作可由相应的数据库软件完成，通过所述台式计算机中的操作控件也可以实现将存储的数据进行导出并生成.xls文件，以便于后续的数据分析处理。

在本具体实施方式中可采用台式计算机通过三芯屏蔽电缆与所述风速传感器阵列连接，所述台式计算机中的中央处理器可作为主控单元，插接在所述台式计算机的主机板上的数据采集卡可作为数据采集单元，通过数据线与所述台式计算机的主机板连接的硬盘可作为数据存储单元。基于所述台式计算机的地铁站台与隧道内风速测试方法结合图4所示，包括：

步骤41，启动台式计算机。针对待测地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道，当设置好所述风速传感器阵列后，启动所述台式计算机进行气流场风速数据测取工作。

步骤42，设置气流场风速数据采集的时间间隔，并进行气流场风速数据采集。可以以1秒至60秒范围内的任意时刻作为时间间隔，所述台式计算机通过所述数据采集卡对所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据进行采集。

步骤43，进行气流场风速数据存储。采集的气流场风速数据可存储在所述台式计算机的硬盘的存储空间中。

步骤44，根据探头标定误差对各风速传感器计算获得的读值进行修正处理。根据每个风速传感器的探头标定误差对每个风速传感器测取的气流场风速读值进行修正计算,将计算后的每个风速传感器测取的气流场风速均值保存在所述台式计算机的硬盘中。

步骤45，采用均值法对每个风速传感器采集的气流场风速数据进行处理。计算在一个采集周期内每个风速传感器采集的气流场风速数据均值。将计算后的每个风速传感器测取的气流场风速均值保存在所述台式计算机的硬盘中。

步骤46，对修正计算后的气流场风速数据进行处理，得到该断面的气流场风速值。具体可采用采用均值法实现，将修正计算后的每个风速传感器测取的气流场风速均值求和后再求均值即可作为当次采集的气流场风速数据的实际数值，并保存在所述台式计算机的硬盘中。

下面通过具体的实施例对所述的地铁站台与隧道内风速测试系统进行详细说明。

实施例一

以某地铁站的站台与站厅联络处的风速测量为实例，结合图1和图2所示，该实例中的地铁站台与隧道内风速测试系统包括风速传感器阵列、工控计算机(包含主机供电电源和数据采集卡)、传感器供电电源、触摸屏显示器。其中，工控计算机用于通过变送器阵列采集风速传感器阵列检测的风速信号，并完成风速信号的处理、数据存储、数据导出工作。工控计算机安装于具有良好电磁屏蔽的机箱内部，机箱通过内部屏蔽线可靠接地，防止地铁内部电磁干扰对数据采集的影响。工控计算机内部包含主机供电电源，该电源输入为220V交流市电。数据采集卡为16通道、12位精度采集卡，通过PCI插槽插接与工控计算机的主机板上。工控计算机内部同时固定接线端子排，用于连接数据采集卡和传感器引线端子。传感器供电电源为220V交流电流输入，24V直流电流输出，功率48W。为了方便现场携带，减小测试设备体积，传感器供电电源可固定于工控计算机的机箱内部。触摸屏显示器采用7英寸触摸屏，可以完成实时数据采集与处理工作。为了方便现场携带，减小测试设备体积，触摸屏显示器固定于工控计算机的机箱外壳，与工控计算机主机部分成为一个整体。触摸屏显示器由工控计算机内部的主机供电电源进行供电。

风速传感器阵列用于检测地铁站台与站厅联络处横断面的风速，检测地铁隧道内活塞风风速。风速传感器阵列由传感器阵列、传感器、活动连接组件、阵列支架和配重底座等部分组成，风速传感器阵列的传感器探头安装于阵列支架上。传感器阵列为铝合金材质焊接网状架组成，传感器可以方便地安装于网架上方，传感器采用热线式风速传感器探头，并采用24V直流电供电，输出0～10V电压信号，传感器的探头方向与气流场方向一致。活动连接组件用于连接传感器阵列和阵列支架，并通过螺丝调节与阵列支架的连接，控制支架的间隔和高度。配重底座用于风速传感器阵列的整体固定于地面，防止支架被风吹到，同时还能防止结构不稳，在强风速下支架晃动导致测量偏差。

结合图5所示，在某地铁车站站厅到站台联络处(站台层)设置一个测量断面，测试编号和参数如表1所示：

表1

根据断面尺寸，在该测量断面上设置28个测点，设定采样时间为10分钟，采样频率为2秒，每个测点分别得到301个风速采样数值。各测点在10分钟采样时间中的平均风速参见表2，各测点的编号结合图3所示。

表2

所测得的断面平均风速为2.16m/s。

实施例二

本实施例以某地铁站台与站厅联络处扶梯断面的风速测量为例。表3示出了断面参数，在本实施例中根据断面尺寸共布置15个测点，测点间距采用等间距布置方式，各测点的编号结合图6所示。

表3

各测点在10分钟采样时间中的平均风速结合表4所示。

表4

所测得的断面平均风速为1.89m/s。

采用本具体实施方式提出的地铁站台与隧道内风速测试系统，通过风速传感器阵列对地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速数据进行测量，实现了在多次测量条件下确保每个测量地点的测量位置一致性，并且通过主控单元对气流场风速数据进行处理从而获得气流场风速的实际数值，实现了对检测结果进行实时分析的目的。

虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。

Claims (10)

1.一种地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，包括：主控单元、数据采集单元、数据存储单元以及风速传感器阵列，所述数据采集单元与所述风速传感器阵列连接，所述主控单元与所述数据采集单元连接，所述数据存储单元与所述主控单元连接；所述风速传感器阵列用于测取地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面的气流场风速，所述数据采集单元用于以预定的时间间隔采集所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据并输出，所述主控单元用于对所述气流场风速数据进行处理从而获得所述气流场风速的实际数值，所述数据存储单元用于存储所述气流场风速数据和所述气流场风速的实际数值。

2.如权利要求1所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述风速传感器阵列包括：多个风速传感器、活动连接组件和阵列支架；多个所述风速传感器以预定间隔设置组成传感器阵列，所述传感器阵列通过所述活动连接组件与所述阵列支架连接，所述活动连接组件用于调整所述阵列支架的旋转角度和/或升降高度。

3.如权利要求2所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述传感器阵列中的多个所述风速传感器根据待测取的空间范围设置分布密度。

4.如权利要求2所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述风速传感器采用热线式线性气体传感器。

5.如权利要求2所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述阵列支架为通过直径小于预定值的硬质材料组成的网状结构，并通过配重底座设置在地面上，所述硬质材料为铝合金管。

6.如权利要求1所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述系统还包括触控显示屏，所述触控显示屏用于为用户提供控制对所述气流场风速数据进行采集以及显示已保存的气流场风速数据。

7.如权利要求1所述的地铁站台与隧道内风速测试系统，其特征在于，所述主控单元、数据采集单元和数据存储单元设置在具有电磁屏蔽功能的机箱中，所述机箱通过屏蔽线接地。

8.一种基于权利要求1至7任意一项所述的地铁站台与隧道内风速测试系统的风速测试方法，其特征在于，包括：

根据待测地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内横断面确定风速传感器阵列中的风速传感器数量及阵列形状，并将所述风速传感器阵列设置在地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内；

以预定的时间间隔采集所述风速传感器阵列测取的气流场风速数据，并对所述气流场风速数据进行计算、修正处理后获得所述气流场风速的实际数值。

9.如权利要求8所述的风速测试方法，其特征在于，所述方法中：

所述计算为：通过在一个采集周期内每个风速传感器采集的气流场风速数据的均值来计算确定该风速传感器在该采集周期内的气流场风速值；

所述修正处理包括：根据每个风速传感器的探头标定误差对每个风速传感器测取的气流场风速数据进行修正计算，修正计算后的结果作为当次采集的气流场风速数据的实际数值并保存在所述数据存储单元中。

10.如权利要求8所述的风速测试方法，其特征在于，将所述风速传感器阵列设置在地铁站台与站厅联络口处或地铁隧道内包括：

将多个所述风速传感器设置在阵列支架上，所述阵列支架通过配重底座设置在地面上，将所述风速传感器阵列中的多个风速传感器的测取方向通过活动连接组件调整指向风速方向。