CN114483195A - 基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统 - Google Patents
基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统。其包括若干监测节点以及隧道控制中心；在控制中心接收到所有监测节点的节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值后，根据任一的节点位置危险度信息确定该隧道节点危险状态，隧道控制中心根据所接收的各节点位置危险度信息以及隧道各节点当前温度值，结合历史信息确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息。本发明能有效实现长隧道的疏散与安全警示，提高隧道监测的可靠性与稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧急疏散安全预警指示系统，尤其是一种基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统。
背景技术
随着我国公路建设的发展，山区公路或者水下通道建设由于受地形限制，难免存在长距离隧道甚至是特长隧道。对于长隧道的运营安全等，一直是人们关注的热点和难点。目前，为了保证隧道的使用安全，都会对隧道进行监测，但隧道遇到进水、火灾、有毒气体、爆炸等紧急情况，需要快速疏散，由于隧道内人员的信息不对称，缺少对事态的准确掌握，因事发突然，或者因烟雾、毒气等导致视线受阻而失去判断力，因此，现有的隧道监测手段难以达到预期的效果。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其能有效实现长隧道的疏散与安全警示，提高隧道监测的可靠性与稳定性。
按照本发明提供的技术方案，所述基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，包括若干沿隧道长度方向设置的监测节点以及与所有监测节点适配连接的隧道控制中心；
通过任一监测节点能获取所在监测位置的隧道节点当前环境信息，并根据所监测的隧道节点当前环境信息确定所述该监测节点的节点位置危险度信息，将确定的监测节点的节点位置的危险度信息以及所述监测节点所在监测位置的隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心；
在接收到所有监测节点的节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值后，当根据任一的节点位置的危险度信息确定为隧道节点危险状态时，隧道控制中心根据所接收节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
所述监测节点包括监测节点控制器、与监测节点控制器电连接的隧道环境检测装置以及与所述监测节点控制器适配电连接的疏散警示指示装置，其中，通过隧道环境检测装置能获取当前监测节点所在监测位置的隧道当前环境信息，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息；疏散警示指示装置包括与监测节点控制器电连接的报警灯以及用于指示疏散方向的方向指示带；
监测节点的监测节点控制器接收隧道控制中心发送的紧急疏散警示指示信息，监测节点控制器通过报警灯输出疏散声光警示信息，并通过方向指示带输出疏散指示信息。
所述隧道环境检测装置包括烟雾传感器、风速传感器、风向传感器、温度传感器、液位监测传感器以及有毒气体监测传感器；
监测节点控制器利用BP神经网络对烟雾传感器获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器获取的隧道节点当前风速值、风向传感器获取的隧道节点当前风力值、温度传感器获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器获取的隧道节点当前边沟内液位值以及有毒气体监测传感器获取的隧道节点当前有毒气体信息处理，以确定监测节点控制器所在监测节点的节点位置危险度信息。
在监测节点内，还包括与监测节点控制器电连接的火焰检测装置，当火焰检测装置检测到所在监测节点所处的节点位置存在火焰信息时，监测节点控制器将火焰检测装置检测的节点位置火焰信息传输至隧道控制中心；
在接收到至少一个节点位置火焰信息后，隧道控制中心立即根据所接收节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息。
在确定危险状态变化趋势时，隧道控制中心可以提取任意三个相邻监测节点的节点位置的危险度信息以及每个监测节点相应的隧道节点当前温度值；
隧道控制中心将处于中间位置的监测节点作为基准节点，当基准节点一侧监测节点的隧道节点当前温度值高于基准节点的隧道当前温度，且节点位置的危险度较基准节点的节点位置危险度信息升高；同时，基准节点另一侧监测节点的隧道节点当前温度值低于基准节点的隧道当前温度，且节点位置的危险度较基准节点的节点位置危险度信息下降，则危险状态变化趋势确定为沿隧道节点当前温度值升高方向危险状态增加，则紧急疏散警示指示信息对应的疏散指示信息为与危险状态增加的方向相反的方向。
还包括与监测节点控制器电连接的广播模块、车道指示模块以及联络洞通行指示灯。
监测节点控制器通过监测通讯模块与隧道控制中心连接，监测节点控制器通过监测通讯模块将节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心，并能接收隧道控制中心发送的紧急疏散警示指示信息；
监测节点控制器与隧道控制中心间处于断开状态时，监测节点控制器所在的监测节点进入独立分布式工作状态；进入独立分布式工作状态时，监测节点控制器根据烟雾传感器获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器获取的隧道节点当前风速值、风向传感器获取的隧道节点当前风向值、温度传感器获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器获取的隧道节点当前边沟内液位值和/或有毒气体监测传感器获取的隧道节点当前有毒气体信息，确定所在监测节点的隧道节点独立工作状态信息，并根据所确定的隧道节点独立工作状态信息确定存在至少一个高危险指标状态时，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
任一监测节点内的监测节点控制器，监测节点控制器通过监测通讯模块以及与所述监测通讯模块适配的监测通讯线缆与隧道控制中心连接；
监测节点利用电力电源或备用电源供电，电力电源处于故障状态时，则监测节点也进入独立工作状态。
所述火焰检测装置包括摄像头，方向指示带采用共阴极的导光带。
本发明的优点：在隧道内设置若干监测节点，监测节点与隧道控制中心连接，通过任一监测节点能获取所在监测位置的隧道节点当前环境信息，并根据所监测的隧道节点当前环境信息确定所述监测节点的节点位置危险度信息；任一的节点位置危险度信息确定为隧道节点危险状态后，隧道控制中心根据所接收节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息，即能有效实现长隧道的疏散与安全警示，提高隧道监测的可靠性与稳定性。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明监测节点的结构框图。
图3为本发明方向指示带进行方向指示的示意图。
附图标记说明：1-隧道控制中心、2-监测节点、3-监测节点控制器、4-联络洞通行指示灯、5-车道指示模块、6-烟雾传感器、7-火焰检测装置、8-风速传感器、9-风向传感器、10-方向指示带、11-广播模块、12-监测通讯模块、13-温度传感器、14-液位监测传感器、15-报警灯、16-有毒气体监测传感器
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能有效实现长隧道的疏散与安全警示，提高隧道监测的可靠性与稳定性，本发明包括若干沿隧道长度方向设置的监测节点2以及与所有监测节点2适配连接的隧道控制中心1；
通过任一监测节点2能获取所在监测位置的隧道节点当前环境信息，并根据所监测的隧道节点当前环境信息确定所述监测节点2的节点位置危险度信息，将确定监测节点2的节点位置危险度信息以及所述监测节点2所在监测位置的隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心1；
在接收到所有监测节点2的节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值后，当根据任一的节点位置危险度信息确定为隧道节点危险状态时，隧道控制中心1根据所接收节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点2发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点2根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
具体地，在隧道内，沿隧道的长度方向上设置多个监测节点2，监测节点2在隧道内设置的数量等可以根据需要选择，以能满足对隧道有效监测为准，此处不再赘述。所有的监测节点2与隧道控制中心1连接，隧道控制中心1可以为现有常用的集中控制信息，即利用监测节点2对隧道内的情况监测，根据所有监测节点2的监测情况，隧道控制中心1进行相应的疏散与安全警示控制。
本发明实施例中，所有的监测节点2可以采用相同的实施形式，其中，对任一监测节点2，可通过所述监测节点2获取所在监测位置的隧道节点当前环境信息，并根据所监测的隧道节点当前环境信息确定所述监测节点2的节点位置危险度信息。具体地，隧道节点当前环境信息，一般可包括温度信息、烟雾信息等，具体可以根据实际需要选择，以能表征隧道内当前环境状态，并能达到对隧道安全状态监控为准，下述对本发明隧道节点当前环境信息的情况具体说明。节点位置危险度信息，一般可以为正常、中度危险、高度危险等。同时，监测节点2将确定节点位置危险度信息以及所述监测节点2所在监测位置的隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心1，具体可以采用本技术领域常用的技术手段，以能满足实际传输需求为准，此处不再赘述。
对隧道控制中心1，在接收到所有监测节点2的节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值后，当根据任一的节点位置危险度信息确定为隧道节点危险状态时，隧道控制中心1根据所接收节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点2发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点2根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
具体实施时，在确定危险状态变化趋势时，隧道控制中心1提取任意三个相邻监测节点2的节点位置危险度信息以及每个监测节点2相应的隧道节点当前温度值；
隧道控制中心1将处于中间位置的监测节点2作为基准节点，当基准节点一侧监测节点2的隧道节点当前温度值高于基准节点的隧道当前温度，且节点位置危险度信息的危险度较基准节点的节点位置危险度信息升高；同时，基准节点另一侧监测节点2的隧道节点当前温度值低于基准节点的隧道当前温度，且节点位置危险度信息的危险度较基准节点的节点位置危险度信息下降，则危险状态变化趋势确定为沿隧道节点当前温度值升高方向危险状态增加，则紧急疏散警示指示信息对应的疏散指示信息为与危险状态增加的方向相反的方向。
当然，在具体实施时，隧道控制中心1还可以采用其他的技术手段判断或确定危险状态的变化趋势。当在隧道内发生火灾等情况时，距离火灾位置跃进，相应的隧道节点当前温度值会越高，否则，隧道节点当前温度值会较低，因此，隧道控制中心1可根据所有监测节点的节点位置危险度信息以及每个监测节点2相应的隧道节点当前温度值，进一步确定得到隧道内发生危险情况的具体区域，从而能输出更为精准的紧急疏散警示指示信息。
如图2所示，所述监测节点2包括监测节点控制器3、与监测节点控制器3电连接的隧道环境检测装置以及与所述监测节点控制器3适配电连接的疏散警示指示装置，其中，通过隧道环境检测装置能获取当前监测节点2所在监测位置的隧道当前环境信息，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息；疏散警示指示装置包括与监测节点控制器3电连接的报警灯15以及用于指示疏散方向的方向指示带10；
监测节点2的监测节点控制器3接收隧道控制中心1发送的紧急疏散警示指示信息，监测节点控制器2通过报警灯15输出疏散声光警示信息，并通过方向指示带10输出疏散指示信息。
本发明实施例中，监测节点控制器3可以采用现有常用的处理器形式，具体处理器的类型等以能满足所需的计算处理为准，此处不再赘述。通过隧道环境检测装置能获取当前监测节点2所在监测位置的隧道当前环境信息，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息。具体实施时，报警灯15可以采用现有常用的形式，方向指示带10采用共阴极的导光带，方向指示带10的具体指示方向的情况，可以参考图3所示。通过报警灯15能对隧道内的车辆或行人播报疏散声光警示信息，通过方向指示带10可输出疏散指示信息，通过疏散指示信息能使得隧道内的行人或车辆尽快疏散到安全区域。
进一步地，还包括与监测节点控制器3电连接的广播模块11、车道指示模块5以及联络洞通行指示灯4。本发明实施例中，广播模块11可以采用现有常用的FM模块，车道指示模块5可以采用现有常用的车道指示灯等形式，联络洞通行指示灯4可以采用现有常用的指示灯。通过广播模块11可以向隧道内的行人或车辆发送广播信息，如提示疏散方向或提示紧急警示信息等，通过车道指示模块5能对隧道内的车道指示，避免在在疏散过程中发生混乱的情况。当需要避开危险区域时，经过最近的前方联络洞疏散的，启用联络洞疏散，联络洞通行指示灯4开启，同时对向靠近联络洞的车道关闭，划分给疏散车辆使用，联络洞的具体情况与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
进一步地，所述隧道环境检测装置包括烟雾传感器6、风速传感器8、风向传感器9、温度传感器13、液位监测传感器14以及有毒气体监测传感器16；
监测节点控制器3利用BP神经网络对烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器8获取的隧道节点当前风力值、风向传感器9获取的隧道节点当前风向值、温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值以及有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息处理，以确定监测节点控制器3所在监测节点2的节点位置危险度信息。
本发明实施例中，烟雾传感器6可以采用现有常用的形式，利用烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度，具体获取隧道节点当前烟雾浓度的具体方式与现有相一致。利用风速传感器8可以获取隧道节点当前风力值，利用风向传感器9可以获取隧道节点当前风向值，通过温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、通过液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值，风速传感器8、风向传感器9、温度传感器13以及液位监测传感器14具体均可以采用现有常用的形式，具体可以根据实际需要选择。通过有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息，有毒气体监测传感器16的具体形式与所监测有毒气体的类型相关，具体以能实现有毒气体监测为准，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，温度传感器13设置在隧道内部洞顶位置，风向传感器9的设置与隧道内轴流风机的高度一致并且与风速传感器8纵向串联设置，烟感传感器6以及有毒气体监测传感器16的设置与风向传感器9设置相同，液位监测传感器14部署于隧道内部路侧横断面较低侧的边沟内。根据前述部署方式，沿隧道洞壁间隔一定距离顺序布设若干监测节点2，多个监测节点2形成探测器群组。
本发明实施例中，监测节点控制器3利用BP神经网络对隧道节点当前烟雾浓度、隧道节点当前风向值、隧道节点当前风力值、隧道节点当前温度值、隧道节点当前边沟内液位值以及隧道节点当前有毒气体信息进行信息融合处理，以能确定得到监测节点控制器3所在监测节点2的节点位置危险度信息，下面对具体融合得到节点位置危险度信息的具体方式以及过程进行详细说明。
具体实施时，利用BP神经网络进行信息融合处理时，需要构建所需的BP神经网络；其中，构建所需的BP神经网络时，具体包括如下步骤：
步骤1、提供BP神经网络基础模型，并配置所述BP神经网络基础模型，所述BP神经网络基础模型的输入为Y1、Y2、Y3、Y4、Y5以及Y6，BP神经网络基础模型的输出为危险程度O，所述危险程度O包括O1、O2以及O3，其中，Y1为烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度，Y2为风速传感器8获取的隧道节点当前风力值，Y3为风向传感器9获取的隧道节点当前风向值，Y4为温度传感器13获取的隧道节点当前温度值，Y5为液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值，Y6为有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息，利用O1、O2以及O3间的具体大小表述危险程度的状态。定义三种状态高危险、中度危险、正常来表示这种危险程度，即通过BP神经网络输出区域危险程度O1、O2、O3，输出神经元用百分之O来表示，如(O1、O2、O3)＝(0，0，100)表示该隧道区域正常，不会对隧道运营安全产生影响。对BP神经网络基础模型的具体配置时：设定网络隐含层激励函数为tansig，输出层激励函数为logsig，激励函数tansig、激励函数logsig具体为现有常用的激励函数，激励函数的具体情况与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
步骤2、对上述BP神经网络基础模型，即BP神经网络基础模型为六输入三输出，为了能满足本发明对信息融合得到节点位置危险程度信息，需要对BP神经网络基础模型进行训练，具体地，训练时需配置训练条件，其中，所配置的训练条件为：网络训练函数为traingdx，网络性能函数为mse，网络迭代次数为5000次，期望误差为0.00001，学习速率为0.01；网络训练函数traingdx、网络性能函数mse等也与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当然，在具体实施时，训练条件还可以根据需要进行相应配置，以能满足训练得到所需的BP神经网络为准。
步骤3、制作训练样本，其中，对任一监测节点2，将所述监测节点2内烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器8获取的隧道节点当前风力值、风向传感器9获取的隧道节点当前风向值、温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值以及有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息收集，以形成一个样本，具体训练样本的数量可以根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
为了能提高适应性以及预测的准确性，需要对训练样本内的样本进行归一化处理，具体地，Xi＝[Ri-min(Ri)]/[max(Ri)-min(Ri)]；其中，Ri为第i个样本的数值；Xi为第i个样本归一化后得到的值；min(Ri)为训练样本中第i个样本中的最小值；max(Ri)为训练样本中第i个样本中的最大值。
步骤4、通过建立误差函数与隐含层神经元数目计算公式之间的联系自动搜索确定最佳隐含层神经元个数，其中，
具体地，现有BP神经网络中隐含层神经元数目需要根据经验公式确定，隐含层神经元个数的确定参照了如下公式：
L为隐含层神经元数目，n为输入层神经元数目，m为输出层神经元数目，a为[1,10]之间的常数。由上述说明可知，本发明实施例中，输入层神经元数目n为6，输出层神经元数目m为3，隐含层神经元个数取值范围为
在训练时，可确定训练样本中第p个样本的误差函数：
因此，将上述公式(2)与公式(3)结合，即可得到上述公式1中。上述公式中，Ep为第p个样本的均方误差，ok为输出层输出(k＝1、2、3)，tk为期望输出(k＝1、2、3)，L为隐含层神经元个数，Wij为Yi与隐含层神经元Mj之间的权值，隐含层神经元Mj与ok之间的权值为Vjk，f1为隐含层激励函数tansig，f2为输出层激励函数logsig。权值Wij、权值Vjk一般在训练时可以随机给定，并在训练中调节，并在训练后最终确定，具体与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
具体实施时，每次训练时，以均方误差最小为目标自动搜寻最佳隐含层神经元个数L，即可根据a的取值确定均方误差Ep的大小，并能进一步确定均方误差最小，确定最佳隐含层神经元个数L后，根据取定的隐含层神经元个数L，继续训练，直到达到训练结束条件为止，停止训练，保存权值与阈值，确定相应的参数，即可得到所需的BP神经网络，训练后确定得到所需BP神经网络的方式以及过程与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
步骤5、在得到BP神经网络后，通过烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器8获取的隧道节点当前风力值、风向传感器9获取的隧道节点当前风向值、温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值以及有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息后，即得到上述Y1～Y6，当然，对于得到的Y1～Y6输入值，也需要通过上述归一化方式进行归一化处理。
在归一化处理时，对任一输入值，min(Ri)、min(Ri)可以根据统计等方式确定得到，如对于温度传感器13可以根据统计确定所在监测节点2区域的正常情况下的最大值以及最小值，当然，也可以根据其他方式确定，具体可根据需要选择确定。
具体实施时，利用得到BP神经网络对输入值Y1～Y6进行信息融合，预测并输出(O1、O2、O3)的状态值，当输出的状态值中O3的值大于其他两个值时，表明当前节点负责的隧道区域属于正常运营状态，无异常情况，当输出的O2大于其他两个值时，表明该区域处于中度危险状态，有一定几率转向高危险状态，监测节点控制器3及时将该状态信息上传隧道控制中心1，同时做出预警，等待隧道控制中心1进一步指示，隧道控制中心1接收到监测节点控制器3上传的状态信息，即刻派遣相关工作维护人员实地查看并且调节异常因子至正常状态范围。
当输出的O1大于其他两个值时，此时表明该区域可能因为某些原因(比如交通事故、车辆拥挤、渗水)，造成火灾、爆炸、有毒气体扩散、尾气浓度高、积水过多等异常情况，该处隧道区域处于高危险状况，该处的监测节点控制器3确定节点位置危险度信息为重危险，同时监测节点控制器3将节点位置危险度信息传送至隧道控制中心1，以便隧道控制中心1进行全局的判断与紧急输送预警指示，如可通过广播等途径撤离疏散车辆以及隧道内的人员、通过指示灯带指引撤离疏散方向并派遣工作人员及时到危险现场处置险情，最大可能降低经济损失、保障生命财产安全。
进一步地，在监测节点2内，还包括与监测节点控制器3电连接的火焰检测装置7，当火焰检测装置7检测到所在监测节点2所处的节点位置存在火焰信息时，监测节点控制器3将火焰检测装置7检测的节点位置火焰信息传输至隧道控制中心1；
在接收到至少一个节点位置火焰信息后，隧道控制中心1立即根据所接收节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点2发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息。
本发明实施例中，火焰检测装置7包括摄像头，当火焰检测装置7采用摄像头时，利用摄像头可以采集视野范围内的图像，并根据图像确定是否存在火焰，具体利用图像确定火焰的具体情况与现有相一致，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
当在监测节点2内设置火焰检测装置7后，只要一个监测节点2的火焰检测装置7确定存在火焰信息后，隧道控制中心1即可确定当前隧道内存在危险情况，则隧道控制中心1立即根据所接收节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点2发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息。
进一步地，监测节点控制器3通过监测通讯模块12与隧道控制中心1连接，监测节点控制器3通过监测通讯模块12将节点位置危险度信息以及隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心1，并能接收隧道控制中心1发送的紧急疏散警示指示信息；
监测节点控制器3与隧道控制中心1间处于断开状态时，监测节点控制器3所在的监测节点2进入独立分布式工作状态；进入独立分布式工作状态时，监测节点控制器3根据烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器8获取的隧道节点当前风力值、风向传感器9获取的隧道节点当前风向值、温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值和/或有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息，确定所在监测节点2的隧道节点独立工作状态信息，并根据所确定的隧道节点独立工作状态信息确定存在至少一个高危险指标状态时，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
具体实施时，可以通过本技术领域常用的技术手段确定监测节点控制器3与隧道控制中心1间是否处于断开状态，具体确定是否处于断开通讯状态的方式以及过程可以根据实际需要选择，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。下面对监测节点控制器3进入独立分布式工作状态的具体方式等进行具体说明。
1)、利用温度传感器13进行温度检测时，由于热气流向上升，温度传感器13设置在隧道洞顶高度，由于隧道温度较为恒定，将隧道节点当前温度值与历史同期温度进行对比，历史同期温度指的是前七天的同一采集时刻点所采集到的温度平均值。具体实施时，可采集当前时间的前2分钟温度的平均值作为温度基点，与历史同期温度比较，如果基本一致(5％以内)，则不进行调整。如果监测温度出现激烈波动幅度大于5％且小于10％，则调整基点温度为当前平均值。如果温度变化大于10％，则查询火焰信息进行校正，提示监控人员立即观察。温度值记录、变化幅度、危险度，分别记录为：Ti、ΔTi、
危险度的确定根据同类型隧道的经验，结合历史数据分析进行修正。
具体实施时，监测节点控制器3根据温度传感器13所检测的隧道节点当前温度值变化，确定处于温度变化高危险状态时，监测节点控制器3可以通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息的具体方式以及过程可以参考上述说明，此处不再赘述。
2)、利用风速传感器8进行风力监测时，风向传感器9设置在轴流风机的高度，由于长大隧道的洞身长，一般不受外界风力变化，一般洞内气流与车流方向、轴流风机、风塔设置有关。风速传感器8与车流量和车速有关，扰动气流的作用影响较小，一般较为恒定。采集当前点的前2分钟风速的平均值作为风速基点，如果基本一致(5％以内)，则危险度保持为低风险度不调整。当监测风速出现激烈波动幅度，如大于5％且小于10％，则调整风力危险度为中度危险。如果监测风速波动幅度大于10％，则可能出现异常情况，可将风力危险度设置为重危险。风速值记录、变化幅度、危险度，分别记录为：Fi、ΔFi、
危险度的确定根据同类型隧道的经验，结合历史数据分析进行修正。
具体实施时，监测节点控制器3根据风速危险度变化，可以通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
3)、利用风向传感器9对所在区域风向监测时，风向传感器9与风速传感器纵8向串联设置，风向影响因素与风力影响因素一致，如果出现风向翻转，则可能为火灾、爆炸等引起的急剧气流变化。同时参考风速传感器8的参数变化幅度。风向与隧道行车方向一致，则风向为1。风向与行车方向相反，则为-1；无风时，则为0。风向值记录、变化幅度、危险度，分别记录为：Wi、ΔWi、
风向无变化，风险度为低，
如果低风险危险度设置为零。风变无风与无风变有风，变化幅度小，风险度为中，
转换风向，一般为异常情况，风险度为高，
| 当前风向 | 风向转换前 | 变化 | 危险度 |
| w＝1 | 1、0、-1 | 0.1、1、2 | 低、中、高 |
| w＝0 | 1、0、-1 | -1、0.1、1 | 中、低、中 |
| w＝-1 | 1、0、-1 | -2、-1、0.1 | 高、中、低 |
具体实施时，监测节点控制器3根据风向危险度变化，可以通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
4)、利用烟雾传感器6对所在区域烟雾监测时，烟雾传感器6设置在轴流风机的高度，隧道内虽然有通风设施，但是由于风力和空气流量较小，隧道内不同断面集聚的汽车尾气浓度与车流量、风力和空气流量有关，不同断面的尾气浓度不同，距离洞口越远，受环境的影响越小。如果烟雾传感器6监测的烟雾浓度出现变化，如烟雾浓度的值变化3％幅度内，默认为烟雾传感器6为测量误差，即当前烟雾浓度为低风险状态。烟雾浓度的变化在3％-10％范围内，则可认为当前所在区域的烟雾浓度为中风险状态。烟雾浓度的变化大于10％，则可判定当前区域烟雾浓度为重风险。烟雾浓度记录、变化幅度、危险度，分别记录为：Si、ΔSi、
危险度的确定根据同类型隧道的经验，结合历史数据分析进行修正。
具体实施时，监测节点控制器3根据风速危险度变化，可以通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
5)、利用液位监测传感器14监测所在区域路侧横断面较低侧的边沟内的液位变化时，由于洞壁渗漏，水量基本恒定，只有进洞口由于车辆雨天车轮和车身能携带少量水进入隧道。采集液位监测传感器14的液位平均值作为液位基点，与历史液位量比较，当液位平均值与历史液位量的偏差在3％幅度内，则认为是正常情况，液位情况为低风险状态；液位平均值与历史液位量的偏差在3％-10％范围内，则可认为液位变化为中风险状态，可提示监控人员立即调动监控或者现场观察。液位平均值与历史液位量的偏差大于10％，甚至偏差大于30％时，则可认为隧道内出现严重积水，当前隧道出现重大风险。液位值记录、变化幅度、危险度，分别记录为：Pi、ΔPi、
危险度的根据同类型隧道的经验，结合历史数据分析进行修正。
具体实施时，监测节点控制器3根据液位危险度变化，可以通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，具体可以参考上述说明，此处不再赘述。
6)、利用有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息时，隧道内部产生的有毒气体有多种，有因为汽车尾气排放产生的有毒气体，也有因为化学用品泄漏等造成的毒气泄漏，利用有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息，并确定所在区域有毒气体的危险度变化时，具体可以参考上述利用烟雾传感器6对所在区域进行烟雾监测的情况说明，此处不再赘述。
具体实施时，监测节点控制器3根据上述根据烟雾传感器6获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器8获取的隧道节点当前风力值、风向传感器9获取的隧道节点当前风向值、温度传感器13获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器14获取的隧道节点当前边沟内液位值和/或有毒气体监测传感器16获取的隧道节点当前有毒气体信息，确定所在监测节点2的隧道节点独立工作状态信息，并根据所确定的隧道节点独立工作状态信息确定存在至少一个高危险指标状态时，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息，从而在无法与隧道控制中心1进行数据交互时，能确保对所在区域监测的有效性与可靠性。
进一步地，任一监测节点2内的监测节点控制器3，监测节点控制器3通过监测通讯模块12以及与所述监测通讯模块12适配的监测通讯线缆与隧道控制中心1连接；
监测节点2利用电力电源或备用电源供电，电力电源处于故障状态时，则监测节点2也进入独立工作状态。
本发明实施例中，监测节点2可以采用电力电源或备用电源供电，电力电源即为采用市电供电，备用电源一般可以为锂电池等形式，利用电力电源可以满足长时间的供电需要，备用电源一般为短时间的应急供电。当电力电源处于故障状态时，监测节点也进入独立工作状态，进入独立工作状态的具体方式以及具体工作过程可以参考上述说明，此处不再赘述。具体实时时，可以采用本技术领域常用的技术手段实现对电力电源处于故障状态的检测，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
Claims (9)
1.一种基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：包括若干沿隧道长度方向设置的监测节点(2)以及与所有监测节点(2)适配连接的隧道控制中心(1)；
通过任一监测节点(2)能获取所在监测位置的隧道节点当前环境信息，并根据所监测的隧道该节点当前环境信息确定所述监测节点(2)的节点位置危险度信息，将确定监测节点(2)的节点位置的危险度信息以及所述监测节点(2)所在监测位置的隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心(1)；
在接收到所有监测节点(2)的节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值后，当根据任一的节点位置的危险度信息确定为隧道节点危险状态时，隧道控制中心(1)根据所接收节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值，结合历史信息确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点(2)发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息，以通过监测节点(2)根据紧急疏散警示指示信息输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：所述监测节点(2)包括监测节点控制器(3)、与监测节点控制器(3)电连接的隧道环境检测装置以及与所述监测节点控制器(3)适配电连接的疏散警示指示装置，其中，通过隧道环境检测装置能获取当前监测节点(2)所在监测位置的隧道当前环境信息，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息；疏散警示指示装置包括与监测节点控制器(3)电连接的报警灯(15)以及用于指示疏散方向的方向指示带(10)；
监测节点(2)的监测节点控制器(3)接收隧道控制中心(1)发送的紧急疏散警示指示信息，监测节点控制器(2)通过报警灯(15)输出疏散声光警示信息，并通过方向指示带(10)输出疏散指示信息。
3.根据权利要求2所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：所述隧道环境检测装置包括烟雾传感器(6)、风速传感器(8)、风向传感器(9)、温度传感器(13)、液位监测传感器(14)以及有毒气体监测传感器(16)；
监测节点控制器(3)利用BP神经网络对烟雾传感器(6)获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器(8)获取的隧道节点当前风速值、风向传感器(9)获取的隧道节点当前风向值、温度传感器(13)获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器(14)获取的隧道节点当前边沟内液位值以及有毒气体监测传感器(16)获取的隧道节点当前有毒气体信息处理，以确定监测节点控制器(3)所在监测节点(2)的节点位置危险度信息。
4.根据权利要求2所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：在监测节点(2)内，还包括与监测节点控制器(3)电连接的火焰检测装置(7)，当火焰检测装置(7)检测到所在监测节点(2)所处的节点位置存在火焰信息时，监测节点控制器(3)将火焰检测装置(7)检测的节点位置火焰信息传输至隧道控制中心(1)；
在接收到至少一个节点位置火焰信息后，隧道控制中心(1)立即根据所接收节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值确定隧道危险状态在隧道内的变化趋势，以根据所确定的危险状态变化趋势向所有的监测节点(2)发送与所述危险状态变化趋势相对应的紧急疏散警示指示信息。
5.根据权利要求1至4任一项所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：在确定危险状态变化趋势时，隧道控制中心(1)可以提取任意三个相邻监测节点(2)的节点位置的危险度信息以及每个监测节点(2)相应的隧道节点当前温度值；
隧道控制中心(1)将处于中间位置的监测节点(2)作为基准节点，当基准节点一侧监测节点(2)的隧道节点当前温度值高于基准节点的隧道当前温度，且节点位置的危险度较基准节点的节点位置危险度信息升高；同时，基准节点另一侧监测节点(2)的隧道节点当前温度值低于基准节点的隧道当前温度，且节点位置的危险度较基准节点的节点位置的危险度信息下降，则确定危险状态变化趋势为沿隧道节点当前温度值升高方向危险状态增加，则紧急疏散警示指示信息对应的疏散指示信息为与危险状态增加的方向相反的方向。
6.根据权利要求2至4任一项所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：还包括与监测节点控制器(3)电连接的广播模块(11)、车道指示模块(5)以及联络洞通行指示灯(4)。
7.根据权利要求2至4任一项所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：监测节点控制器(3)通过监测通讯模块(12)与隧道控制中心(1)连接，监测节点控制器(3)通过监测通讯模块(12)将节点位置的危险度信息以及隧道节点当前温度值传输至隧道控制中心(1)，并能接收隧道控制中心(1)发送的紧急疏散警示指示信息；
监测节点控制器(3)与隧道控制中心(1)间处于断开状态时，监测节点控制器(3)所在的监测节点(2)进入独立分布式工作状态；进入独立分布式工作状态时，监测节点控制器(3)根据烟雾传感器(6)获取的隧道节点当前烟雾浓度、风速传感器(8)获取的隧道节点当前风速值、风向传感器(9)获取的隧道节点当前风力值、温度传感器(13)获取的隧道节点当前温度值、液位监测传感器(14)获取的隧道节点当前边沟内液位值和/或有毒气体监测传感器(16)获取的隧道节点当前有毒气体信息，确定所在监测节点(2)的隧道节点独立工作状态信息，并根据所确定的隧道节点独立工作状态信息确定存在至少一个高危险指标状态时，通过疏散警示指示装置输出疏散警示信息以及疏散指示信息。
8.根据权利要求7所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：任一监测节点(2)内的监测节点控制器(3)，监测节点控制器(3)通过监测通讯模块(12)以及与所述监测通讯模块(12)适配的监测通讯线缆与隧道控制中心(1)连接；
监测节点(2)利用电力电源或备用电源供电，电力电源处于故障状态时，则监测节点(2)也进入独立工作状态。
9.根据权利要求4所述的基于边缘计算的长隧道紧急疏散安全预警指示系统，其特征是：所述火焰检测装置(7)包括摄像头，方向指示带(10)采用共阴极的导光带。
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| GR01 | Patent grant | ||
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