CN108668228A - 一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统及其监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统及其监控方法，监控系统包括网络子系统和定位子系统，所述网络子系统通过环网光纤接入地下洞室入口，定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；所述网络子系统包括多个环网交换机和多个无线网桥，多个环网交换机组成环形网络，每个环网交换机均连接多个无线网桥。本发明将地下网络覆盖与地下室内人员(或车辆)定位功能从硬件到软件层面整合到一起，定位子系统依赖网络子系统运行，从设备和网络硬件方面减少成本，降低施工复杂程度和人力，提高施工效率，提高软件和硬件运行维护效率。

Description

一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统及其监控方法
技术领域
本发明属于通信网络、室内定位及数据采集分析领域，具体涉及一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统及其监控方法。
背景技术
现有无线网络覆盖系统：
无线网络在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，是一种无线联网技术，以前通过网线连接电脑，而Wi-Fi则是通过无线电波来连网；常见的就是一个无线路由器，在这个无线路由器的电波覆盖的有效范围都可以采用Wi-Fi连接方式进行联网，如果无线路由器连接了一条ADSL线路或者别的上网线路，则又被称为热点。几乎所有智能手机、平板电脑和笔记本电脑都支持Wi-Fi上网，是当今使用最广的一种无线网络传输技术。实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑、手机、平板等接收。
现有室内定位系统：
现有常用室内定位技术与系统，通常采用基于射频(RFID)、蓝牙、超宽频等室内定位系统，其原理是通过固定在周围环境上的基站扫描佩戴在车辆或人员上的标签信息和距离，经过综合解算计算出车辆或人员的位置，从而为人员或这里打卡、巡检的业务分析提供辅助支持。
现有网络覆盖和定位技术的缺陷：
现有网络和定位方案单方面来说比较成熟，但在面临地下空间，尤其是地下洞室环境下实施范围广、成本高、实施条件恶劣，如果单独部署两套系统，一方面会带来施工难度和成本的上升，另一方面两个独立的系统在技术整合上面还存在不兼容性，如定位系统不兼容网络系统的情况。因此，需要找到既满足地下网络无线全覆盖要求，又满足地下空间车辆和人员的定位需求。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统及其监控方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，包括网络子系统和定位子系统，所述网络子系统通过环网光纤接入地下洞室入口，定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；
所述网络子系统包括多个环网交换机和多个无线网桥，多个环网交换机组成环形网络，每个环网交换机均连接多个无线网桥。
定位子系统依赖网络子系统的网络环境运行，定位子系统实现对被识别对象的目标精确定位跟踪、移动轨迹查询、双向寻呼、历史数据查询，从而为生产指挥调度、安全监测检查、人员考勤、紧急事件处理等工作提供有效手段，系统可同时将有关数据传至各级管理部门，为各级领导监督指挥决策提供重要依据。
同时，网络子系统实现了地下网络覆盖，每个环网交换机上有两个用于组环的端口，环网交换机之间通过手拉手形式构成环形的网络拓扑，环形网络具有冗余性、可靠性等优点，避免了广播风暴的产生，环形网络上的某一路链路断开也不会影响网络上数据的转发。
无线网桥是无线网络的桥接，它利用无线传输方式实现在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁；无线网桥从通信机制上分为电路型网桥和数据型网桥。
具体地，所述定位子系统包括定位服务器、多个定位扫描基站和多个定位标签；
多个所述定位扫描基站均通信连接至定位服务器；
所述定位标签分别设置在每个监控点并与定位扫描基站无线通信连接。
定位子系统实现如下功能：
(1)定位数据采集
定位扫描基站部署在地下洞室，预设定位扫描基站的扫描时间间隔，定位扫描基站按预设的时间间隔(如1秒)定时采集定位标签的定位数据，以供数据后段定位服务器使用。
(2)定位数据传输
WIFI网络部署在地下洞室，定位扫描基站通过无线网络将定位数据传输至定位服务器。
(3)定位解算服务
定位服务器部署在云端，定位服务器根据各定位扫描基站及各定位标签数据，结合定位扫描基站自身的坐标解算出定位标签位置，并将解算结果缓存到定位服务器。
(4)位置综合显示
各办公网络下的用户终端通过网络子系统连接定位服务器，在地图或虚拟场景中将定位标签位置显示出来。结合地图与边界条件，可在客户端完成定位标签的位置分析，如超出界限、告警提示等业务。
用户终端包括但不限于手机、台式电脑、笔记本等。
进一步地，所述定位扫描基站通过无线网络连接至定位服务器。
作为优选，所述定位标签与定位扫描基站的无线通信连接方式包括WIFI、蓝牙的一种或两种，相应地，定位标签与定位扫描基站同时包括蓝牙模块和WIFI模块的一种或两种。
作为优选，所述定位服务器包括UWB模块和RFID模块。UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，UWB可实现短距离、超宽频、高精度的无线通信。
再进一步地，所述网络子系统还包括网络管理服务器，该网络管理服务器通信连接至环形网络。
再进一步地，每个所述环网交换机还连接有出口/工作组交换机，无线网桥通过该出口/工作组交换机与环网交换机交换数据。
一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的监控方法，包括如下步骤：
S1、定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；
S2、定位扫描基站按预设的时间间隔定时采集定位标签的定位数据；
S3、定位扫描基站将定位数据传输至定位服务器；
S4、定位服务器根据各定位扫描基站及各定位标签数据，结合定位扫描基站自身的坐标解算出定位标签位置。
监控方法还包括步骤S5：
S5、用户终端通过网络子系统连接定位服务器，在地图或者虚拟场景中将定位标签位置显示出来。
将定位标签位置显示后，还结合地图与边界条件对定位标签的位置进行分析，当超过边界时，发出告警或提示。
定位扫描基站通过无线网络将定位数据传输至定位服务器。
解算结果缓存到定位服务器。
本发明的有益效果为：
1、本发明实现了网络覆盖和定位监控的一体化管理。
常规地下网络覆盖和室内定位系统是分离式的，网络系统需要进行布线安装和信号传输设备，定位系统也需要进行布线安装和信号传输设备，在信号传输设备和线路方面存在重复建设问题，尤其是在狭长、大范围的地下洞室群环境下，会造成极大的人工、耗材和设备成本的增加。
本发明将地下网络覆盖与地下室内人员(或车辆)定位功能从硬件到软件层面整合到一起，定位子系统依赖网络子系统运行，从设备和网络硬件方面减少成本，降低施工复杂程度和人力，提高施工效率，提高软件和硬件运行维护效率。
2、本发明实现了定位与预警统计分析
本发明建立了定位范围、电子围栏。对超出定位范围的人员进行预警预报处理，从而提醒管理人员进行及时的应急处置措施，有利于提高安全管理效率与水平。
附图说明
图1是本发明-实施例地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的系统框图。
图2是本发明-实施例定位子系统的监控流程图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。
如图1、2所示，本实施例的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，具体应用于大型水电站建设的地下工程定位及通信，采用无线定位技术，在引水发电系统和泄洪系统工程中根据工程进展动态建设人员定位管理网络及无线覆盖网络，使无线信号覆盖已经开挖的重点洞段区域，实现地下工程的运输车辆、施工设备及人员、设备进行定位管理，实时定位、轨迹跟踪等功能。
根据开挖和后期衬砌进度，覆盖范围需同步跟进，直至全部隧道工程所有项目完工。
一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，包括网络子系统和定位子系统。
网络子系统通过环网光纤接入大坝左右岸坝肩和进厂交通洞、尾调洞等各大洞室入口。
网络子系统包括网络管理服务器、环网交换机、出口/工作组交换机、无线网桥，最终网络并入企业局域网。
交换机(英文：Switch，意为“开关”)是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。最常见的交换机是以太网交换机。
本发明利用交换机组成网络子系统，而在实际的应用中，传统的交换机组网容易产生广播风暴。因此，本实施例优选环网交换机。
多个环网交换机通过组环的端口组成环形网络并通信连接至网络管理服务器，每个环网交换机上有两个用于组环的端口，环网交换机之间通过手拉手形式构成环形的网络拓扑，环形网络具有冗余性、可靠性等优点，避免了广播风暴的产生，环形网络上的某一路链路断开也不会影响网络上数据的转发。
在实际的应用中，环网交换机可采用德思的赫思曼、台湾的MOXA等。
每个环网交换机均连接出口/工作组交换机，每个出口/工作组交换机均通信连接多个无线网桥。
无线网桥是无线网络的桥接，它利用无线传输方式实现在两个或多个网络之间搭起通信的桥梁；无线网桥从通信机制上分为电路型网桥和数据型网桥，根据实际场景选择。
电路型网桥无线传输机制采用PDH/SDH微波传输原理，接口协议采用桥接原理实现，具有数据速率稳定，传输时延小的特点，适用于多媒体需求的融合网络解决方案，适用于作为3G/4G移动通信基站的互联互通。
数据型网桥采用IP传输机制，接口协议采用桥接原理实现，具有组网灵活，成本低廉的特征，适合于网络数据传输和低等级监控类图像传输，广泛应用于各种基于纯IP构架的数据网络解决方案。
定位子系统依赖网络子系统的网络环境运行，定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统。
定位子系统包括定位硬件和定位软件，定位硬件包括定位服务器、定位扫描基站和定位标签，多个定位扫描基站均通过无线网络连接至定位服务器，定位标签分别设置在每个监控点并与定位扫描基站无线通信连接。
定位服务器包括UWB模块和RFID模块，UWB是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，UWB可实现短距离、超宽频、高精度的无线通信。
定位标签与定位扫描基站的无线通信连接包括但不限于WIFI、蓝牙。定位标签与定位扫描基站均包括蓝牙和WIFI模块。
定位软件实现对被识别对象的目标精确定位跟踪、移动轨迹查询、双向寻呼、历史数据查询，从而为生产指挥调度、安全监测检查、人员考勤、紧急事件处理等工作提供有效手段，系统可同时将有关数据传至各级管理部门，为各级领导监督指挥决策提供重要依据。
(1)定位数据采集
定位扫描基站部署在地下洞室，预设定位扫描基站的扫描时间间隔，定位扫描基站按预设的时间间隔(如1秒)定时采集定位标签的定位数据，以供数据后段定位服务器使用。
(2)定位数据传输
WIFI网络部署在地下洞室，定位扫描基站通过无线网络将定位数据传输至定位服务器。
(3)定位解算服务
定位服务器部署在云端，定位服务器根据各定位扫描基站及各定位标签数据，结合定位扫描基站自身的坐标解算出定位标签位置，并将解算结果缓存到定位服务器。
(4)位置综合显示
各办公网络下的用户终端通过网络子系统连接定位服务器，在地图或虚拟场景中将定位标签位置显示出来。
结合地图与边界条件，可在客户端完成定位标签的位置分析，如超出界限、告警提示等业务。
用户终端包括但不限于手机、台式电脑、笔记本等。
一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的监控方法，包括如下步骤：
S1、定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；
S2、定位扫描基站按预设的时间间隔定时采集定位标签的定位数据；
S3、定位扫描基站将定位数据传输至定位服务器；
S4、定位服务器根据各定位扫描基站及各定位标签数据，结合定位扫描基站自身的坐标解算出定位标签位置；
S5、用户终端通过网络子系统连接定位服务器，在地图或者虚拟场景中将定位标签位置显示出来。
定位扫描基站通过无线网络将定位数据传输至定位服务器。
解算结果缓存到定位服务器。
定位标签显示后，还可结合地图与边界条件对定位标签的位置进行分析，当超过边界时，发出告警或提示。
1、本发明实现了网络覆盖和定位监控的一体化管理。
常规地下网络覆盖和室内定位系统是分离式的，网络系统需要进行布线安装和信号传输设备，定位系统也需要进行布线安装和信号传输设备，在信号传输设备和线路方面存在重复建设问题，尤其是在狭长、大范围的地下洞室群环境下，会造成极大的人工、耗材和设备成本的增加。
本发明将地下网络覆盖与地下室内人员(或车辆)定位功能从硬件到软件层面整合到一起，定位子系统依赖网络子系统运行，从设备和网络硬件方面减少成本，降低施工复杂程度和人力，提高施工效率，提高软件和硬件运行维护效率。
2、本发明实现了定位与预警统计分析
本发明建立了定位范围、电子围栏。对超出定位范围的人员进行预警预报处理，从而提醒管理人员进行及时的应急处置措施，有利于提高安全管理效率与水平。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：包括网络子系统和定位子系统，所述网络子系统通过环网光纤接入地下洞室入口，定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；
所述网络子系统包括多个环网交换机和多个无线网桥，多个环网交换机组成环形网络，每个环网交换机均连接多个无线网桥。
2.根据权利要求1所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：所述定位子系统包括定位服务器、多个定位扫描基站和多个定位标签；
多个所述定位扫描基站均通信连接至定位服务器；
所述定位标签分别设置在每个监控点并与定位扫描基站无线通信连接。
3.根据权利要求2所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：所述定位扫描基站通过无线网络连接至定位服务器。
4.根据权利要求2所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：所述定位标签与定位扫描基站的无线通信连接方式包括WIFI、蓝牙的一种或两种，相应地，定位标签与定位扫描基站同时包括蓝牙模块和WIFI模块的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：所述定位服务器包括UWB模块和RFID模块。
6.根据权利要求1所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：所述网络子系统还包括网络管理服务器，该网络管理服务器通信连接至环形网络。
7.根据权利要求1所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统，其特征在于：每个所述环网交换机还连接有出口/工作组交换机，无线网桥通过该出口/工作组交换机与环网交换机交换数据。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的监控方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、定位子系统内嵌网络接入模块接入网络子系统；
S2、定位扫描基站按预设的时间间隔定时采集定位标签的定位数据；
S3、定位扫描基站将定位数据传输至定位服务器；
S4、定位服务器根据各定位扫描基站及各定位标签数据，结合定位扫描基站自身的坐标解算出定位标签位置。
9.根据权利要求8所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的监控方法，其特征在于：监控方法还包括步骤S5：
S5、用户终端通过网络子系统连接定位服务器，在地图或者虚拟场景中将定位标签位置显示出来。
10.根据权利要求9所述的一种地下网络覆盖及无线定位一体化监控系统的监控方法，其特征在于：将定位标签位置显示后，还结合地图与边界条件对定位标签的位置进行分析，当超过边界时，发出告警或提示。
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