CN110716015A - 一种隧道环境监测数据无线接力传输系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隧道环境监测数据无线接力传输系统，包括：环境监测数据采集终端、串口服务器、无线网桥、信号转弯传输装置、计算机和/或控制器；所述的环境监测数据采集终端布署在隧道中相应的断面上、采用RS485双绞线与其相应断面上所布署的串口服务器连接；所述的无线网桥由无线信号主站、无线信号从站两两一组对应组成，在转弯处或者上下沉路段设置信号转弯传输装置；计算机和/或控制器布署在隧道的终点处。本发明弥补了线缆传输移动不方便、易破损、故障率高、故障排除难度大等缺陷；解决了斜井及横洞的长大隧道、小半径隧道转弯处易出现无线数据信号中断的问题；设备简单、故障率低、安装方便、操作简单、成本低廉，实用性强。
Description
技术领域
本发明属于隧道环境监测技术领域，具体涉及一种隧道环境监测数据无线接力传输系统，特殊适用于隧道有害气体监测数据的无线传输。
背景技术
伴随着隧道及地下工程的修建，塌方、涌水、瓦斯爆炸等大量的地质灾害接踵而至，给隧道及地下工程建设和运营带来了极大的困难。近年来，随着地质复杂的偏远山区隧道及地下工程数量的不断增加，在一些非煤系地层中出现多种、高浓度有害气体，有害气体中毒、高压气体突出等情况，给隧道及地下工程建设和运营带来巨大的威胁和挑战，防止有害气体中毒是有害气体隧道及地下工程安全控制的重要环节之一，隧道环境监测、特别是有害气体监测是施工中掌握气体浓度变化最直观的手段。
隧道及地下工程环境监测目前主要采用人工监测和自动监测两种方式，实时监测隧道作业环境中的数据变化、特别是有害气体浓度的变化，进行危险性评价，采取针对性措施，保证隧道及地下工程施工和运营安全。现有的隧道环境自动监测多采用传感器收集环境数据、特别是有害气体浓度的变化数据，并传输至指挥中心显示、记录和数据处理。在隧道内，传统的方式可采用线缆传输数据。但隧道作业环境数据传输中，线缆传输存在以下问题：一是传输线缆长度需要根据隧道掘进长度接长，线缆接头数量增加，故障风险率高；二是隧道爆破作业时，作业面附近传感器需根据施工需要移动，线缆的存在影响传感器移动灵活性；三是隧道施工周期长，且施工环境差，施工本身造成的线缆破损无法避免；四是对于存在瓦斯等易燃易爆气体的隧道，采用线缆传输危险性较大，传输线缆需满足煤矿相关规定，成本高。
在隧道中采用无线数据传输系统，可很好地解决线缆传输中存在的问题。但因部分隧道长度较长，加之隧道作业环境有限，一些含斜井及横洞的长大隧道、小半径隧道在转弯处易出现无线数据信号中断问题。因此，隧道环境监测数据无线传输需要一套稳定、可靠的信息接力传输系统。
发明内容
本发明主要针对隧道环境监测数据传输现有技术的不足，提供一种隧道环境监测数据无线接力传输系统，主要应用于隧道施工、运营期间有害气体及空气质量自动监测和预警管理。本发明所采用的技术方案如下：
一种隧道环境监测数据无线接力传输系统，包括：环境监测数据采集终端(比如传感器)、串口服务器、无线网桥、信号转弯传输装置、计算机和/或控制器；所述的环境监测数据采集终端布署在隧道中相应的断面上、采用RS485双绞线与其相应断面上所布署的串口服务器连接；
所述的无线网桥由无线信号主站、无线信号从站两两一组对应组成，同一个无线网桥的无线信号主站与无线信号从站之间以无线通讯方式传输数据，同一个无线网桥的无线信号主站与无线信号从站在同一平行线上、形成一条直线，避免上、下和转角错位；如果同一个无线网桥的无线信号主站与无线信号从站之间存在转弯或者上下沉路段，在转弯处或者上下沉路段设置信号转弯传输装置，用于调整无线信号的传输方向、完成转弯；
无线网桥的数量与隧道的长度相适应，第一个无线网桥的无线信号主站布署在第一个断面上；第一个无线网桥的无线信号从站和第二个无线网桥的无线信号主站之间设置一台交换机，三者通过网线连接、布署在第二个断面上；后面依次类推进行布署，最后一个无线网桥的无线信号从站布署在隧道的终点处；
将第一个断面布署的串口服务器与第一个无线网桥的无线信号主站之间通过网线连接，将后面的断面布署的串口服务器通过网线与相应的交换机连接、组成以太网连接方式；
计算机和/或控制器布署在隧道的终点处，终点处的最后一个无线网桥的无线信号从站通过网线与终点处布署的串口服务器连接，终点处的串口服务器与计算机之间以网线连接、与控制器之间以RS485双绞线连接。
隧道施工前，利用本系统检测隧道内的作业环境数据、特别是有害气体浓度情况，在保证作业环境安全的状态下，组织人员、机械进行隧道作业施工。当施工发现有害气体浓度超标时，隧道内有害气体传感器和隧道终点处的洞外指挥中心的计算机和/或控制器同时发出声光报警信号，收到报警信息后，立即组织洞内作业人员撤离。根据指挥中心控制器显示有害气体种类、浓度变化情况制定针对性措施，措施实施后，经本系统检测隧道内作业环境中有害气体浓度处于安全限值范围内，保证作业环境安全后，恢复施工。
优选的，所述的信号转弯传输装置由无线信号转弯从站与无线信号转弯主站通过网线连接组成，所述的无线信号转弯从站与转弯处的无线信号主站位于同一平行线上形成一条直线，所述的无线信号转弯主站与转弯处的无线信号从站位于同一平行线上形成一条直线。
优选的，在隧道的同一断面的不同部位设置多个测点、每个测点布署多个环境监测数据采集终端；所述的环境监测数据采集终端为有害气体监测传感器；同一断面同一测点的多个有害气体监测传感器采用RS485双绞线以手拉手串联方式连接，最后通过485模块实现该测点监测数据的汇集。将各测点的485模块采用RS485双绞线串联连接，完成该断面的数据采集。前一断面数据与后一断面数据以无线网桥连接传送，后一断面数据包含了前一段面和本断面的数据信息，以无线网桥依次累加接力传输至隧道终点处的洞口。
优选的，同一无线网桥的无线信号主站与无线信号从站之间的信号以5.8G频段wifi传输，理论最大值5km，测试条件有限有高低落差，实测1.7km。
最后一个网桥的无线信号从站出来的信号如果只进入计算机，使用自带LAN口通过网线接入计算机，用软件即可读取数据；如果数据不进入电脑，则需要加一个串口服务器将网络信号转成RS485信号接入控制器。
本发明具有以下优点：
1.本发明原理简单，很好地解决了隧道有限空间内多种有害气体、多断面监测数据、长距离传输难题；无线传输弥补了线缆传输移动不方便、易破损、故障率高、故障排除难度大等缺陷；解决了斜井及横洞的长大隧道、小半径隧道转弯处易出现无线数据信号中断的问题。
2.本发明不仅适用于隧道有害气体监测数据传输，也适用于其他地下工程及有限空间内监测数据传输。
3.本系统可实现多个监测断点、批量监测数据的集成传输。
4.本系统设备简单、故障率低、安装方便、操作简单、成本低廉，实用性强、适宜大范围推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本申请保护范围之内的附图。
图1是隧道内同一测点的多个有害气体检测传感器的连接示意图；
图2是隧道同一断面不同监测点的多个有害气体检测传感器的连接示意图；
图3是隧道环境有害气体监测数据无线接力传输系统整体结构示意图；
图4是隧道转弯处的信号转弯传输装置的结构示意图；
图中，1－第一有害气体检测传感器，2－第二有害气体检测传感器2，3－RS485双绞线，11－测点1的有害气体检测传感器，12－测点1的RS485双绞线，13－测点2的485模块，14－测点5的485模块，15－测点4的485模块，16－测点3的485模块，21－第一串口服务器，22－第一网线，23－A主站，24－B从站，25－第二网线，26－交换机，27－第三网线，28－C主站，29－第二串口服务器，30－第四网线，31－D从站，32－第五网线，33－E主站，34－F从站，35－第六网线，36－第三串口服务器，37－RS485双绞线，38－控制器，39－第七网线，40－计算机，41－G主站，42－I转弯从站，43－第八网线，44－J转弯主站，45－H从站。
具体实施方式
下面结合附图及非限定性的实施例对本发明作进一步的说明。本发明实施例，以隧道有害气体监测数据的无线传输为例进行说明。
如图1所示，是隧道内同一测点的多个有害气体检测传感器的连接示意图。第一有害气体检测传感器1和第二有害气体检测传感器2之间采用RS485双绞线3以手拉手方式串联，有害气体检测传感器的数量按照需要相应增加、按照上述连接方式依次延伸连接。
如图2所示，是隧道同一断面不同监测点的多个有害气体检测传感器的连接示意图。本发明实施例，以隧道同一断面设置5个监测点为例，说明各监测点之间以及各有害气体检测传感器之间的连接方式。测点1的多个有害气体检测传感器11之间采用多条RS485双绞线12、按照图1所示的方式手拉手串联，并将最后一个有害气体检测传感器11采用RS485双绞线接入测点2位置的485模块13。测点5的多个有害气体检测传感器之间采用RS485双绞线、按照图1所示的方式手拉手串联，并接入测点5的485模块14；测点5位置的485模块14与测点4的首个有害气体检测传感器之间采用RS485双绞线连接。同理，将测点4的多个有害气体检测传感器串联并接入测点4的485模块15，测点4位置的485模块15与测点3的首个有害气体检测传感器之间采用RS485双绞线连接；将测点3的多个有害气体检测传感器串联并接入测点3的485模块16，测点3位置的485模块16与测点2的首个有害气体检测传感器之间采用RS485双绞线连接。测点2的多个有害气体检测传感器之间采用RS485双绞线、按照图1所示的方式手拉手串联，并接入测点2的485模块13。这样，5个监测点的所有的有害气体检测传感器所检测的有害气体的数据，都通过485模块和RS485双绞线传输到了测点2的485模块13中。
如图3所示，是隧道环境有害气体监测数据无线接力传输系统整体结构示意图。本发明实施例，以隧道中有2个断面为例，说明无线接力传输系统的结构和连接方式。隧道中的断面1、断面2的各测点之间按照如图2所示的方法连接后，将汇集有该断面所有监测数据的485模块分别接入第一串口服务器21、第二串口服务器29。第一串口服务器21与A主站23之间采用第一网线22连接；B从站24接收A主站23传输的无线信号后，通过第二网线25接入交换机26；第二串口服务器29通过第四网线30接入交换机26；交换机26与C主站28之间采用第三网线27连接；D从站31接收C主站28传输的无线信号后，通过第五网线32接入E主站33，E主站33发射增强信号，实现接力；最后的F从站34接收到E主站33传输的无线信号后，通过第六网线35接入第三串口服务器36，第三串口服务器36与控制器38之间采用RS485双绞线37连接；如信号需进入电脑，串口服务器36与计算机40之间采用第七网线39连接。主站与从站两两一组使用，具体需要在一条隧道内布署多少组主站/从站，视隧道长度和主站/从站的无线传输距离而定。
本发明实施例中，所述的串口服务器用于实现RS485和以太网之间的数据转换传输。所述的控制器可采用可编程控制器实现，预先存储相关的环境数据的报警阀值，将采集数据与报警阀值数据进行比较，超过阀值时报警提示。所述的计算机中预先存储相关的环境数据的报警阀值，将采集数据与报警阀值数据进行比较，超过阀值时报警提示。
本发明实施例中，所述的控制器和计算机仅用于实现简单的数据存储、比较或者显示，不涉及程序方面的改进，在此不再详细描述。
设置斜井、横洞等辅助坑道的隧道或小曲线隧道，在转弯处需要设置转角拼接实现信号接力。如图4所示，是隧道转弯处的信号转弯传输装置的结构示意图。图中，假定G主站41和H从站45是一组无线网桥，因为二者之间在隧道中布署的位置遇到转弯点或者上下沉路段形成遮挡，不能完成信号的直线传输，所以，需要在转弯点或者上下沉路段布署I转弯从站42和J转弯主站44，I转弯从站42与G主站41、J转弯主站与H从站45位于同一平行线上形成一条直线；所述的I转弯从站42和J转弯主站44之间采用第八网线43连接，用于调整无线信号传输方向，完成转弯后，J转弯主站44发射无线信号传至H从站45完成接力传输。
最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种隧道环境监测数据无线接力传输系统，包括：环境监测数据采集终端、串口服务器、无线网桥、信号转弯传输装置、计算机和/或控制器；所述的环境监测数据采集终端布署在隧道中相应的断面上、采用RS485双绞线与其相应断面上所布署的串口服务器连接；其特征在于：
所述的无线网桥由无线信号主站、无线信号从站两两一组对应组成，同一个无线网桥的无线信号主站与无线信号从站在同一平行线上、形成一条直线；如果同一个无线网桥的无线信号主站与无线信号从站之间存在转弯或者上下沉路段，在转弯处或者上下沉路段设置信号转弯传输装置；
无线网桥的数量与隧道的长度相适应，第一个无线网桥的无线信号主站布署在第一个断面上；第一个无线网桥的无线信号从站和第二个无线网桥的无线信号主站之间设置一台交换机，三者通过网线连接、布署在第二个断面上；后面依次类推进行布署，最后一个无线网桥的无线信号从站布署在隧道的终点处；
将第一个断面布署的串口服务器与第一个无线网桥的无线信号主站之间通过网线连接，将后面的断面布署的串口服务器通过网线与相应的交换机连接、组成以太网连接方式；
计算机和/或控制器布署在隧道的终点处，终点处的最后一个无线网桥的无线信号从站通过网线与终点处布署的串口服务器连接，终点处的串口服务器与计算机之间以网线连接、与控制器之间以RS485双绞线连接。
2.根据权利要求1所述的无线接力传输系统，其特征在于，所述的信号转弯传输装置由无线信号转弯从站与无线信号转弯主站通过网线连接组成，所述的无线信号转弯从站与转弯处的无线信号主站位于同一平行线上形成一条直线，所述的无线信号转弯主站与转弯处的无线信号从站位于同一平行线上形成一条直线。
3.根据权利要求2所述的无线接力传输系统，其特征在于，在隧道的同一断面的不同部位设置多个测点、每个测点布署多个环境监测数据采集终端。
4.根据权利要求3所述的无线接力传输系统，其特征在于，所述的环境监测数据采集终端为有害气体监测传感器。
5.根据权利要求4所述的无线接力传输系统，其特征在于，同一断面同一测点的多个有害气体监测传感器采用RS485双绞线以手拉手串联方式连接，最后通过485模块实现该测点监测数据的汇集。
6.根据权利要求1－5任一项所述的无线接力传输系统，其特征在于，同一无线网桥的无线信号主站与无线信号从站之间的信号以5.8G频段wifi传输。
7.根据权利要求6所述的无线接力传输系统，其特征在于，所述的串口服务器用于实现RS485和以太网之间的数据转换传输；所述的控制器采用可编程控制器实现，预先存储相关的环境数据的报警阀值；所述的计算机中预先存储相关的环境数据的报警阀值。
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