CN114689129B - 一种地下空间环境监控系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种地下空间环境监控系统和方法，涉及地下环境监控领域，应用于地下空间环境监控，其中系统设置应用于服务器中，服务器通过网络与终端设备连接，其中网络用以在终端设备和服务器之间提供通信链路；系统包括监控中心，监控终端，多通路传输接口，标准传感装置以及多个监控传感装置，监控中心，监控终端和多个监控传感装置分别与多通路传输接口，该系统能够解决对地下空间环境进行快速精准的实时监控，快速高效的实现不间断的持续数据处理，提高效率的同时节约成本，解决以往功能单一，无法实现快速、精准的动态化监测的问题。

Description

一种地下空间环境监控系统和方法

技术领域

本发明涉及地下环境监控领域，具体涉及一种地下空间环境监控系统和方法。

背景技术

地下空间的开发利用是城市发展到一定阶段的产物，其目的、作用、规模、范围等都应与城市发展水平相适应，滞后或超前都是不利的。城市地下空间是一个巨大而丰富的空间资源，城市地下空间可开发的资源量为可供开发的面积、合理开发深度与适当的可利用系数之积。随着我国一线城市地下空间的开发利用，地下浅层部分将会利用完毕，以及深层开挖技术和装备的逐步完善，为了综合利用地下空间资源，地下空间开发将逐步向深层发展。尽管深层地下空间的开发成本较大，但深层地下空间资源的开发利用已成为未来城市现代化建设的重要方向。在地下空间深层化的同时，各空间层面分化趋势越来越强。这种分层面的地下空间，以人及为其服务的功能区为中心，人、车分流，市政管线、污水和垃圾的处理分置于不同的层次，各种地下交通也分层设置，以减少相互干扰，保证了地下空间利用的充分性和完整性。

在对地下空间进行开发利用的过程中，为了更好的掌握地下空间的情况，则需要对地下空间的环境进行监控。采用无线网络进行地下空间监控的常用方式，例如公开号为WO2021225243A1的发明专利公开了一种地下无线传感器网络，包括电连接到时域反射测量(TDR)测量线的多个传感器节点；与所述多个传感器节点通信连接的至少一个基站；以及通信地连接到所述至少一个基站的服务器，其中所述多个传感器节点中的每一个包括：电脉冲发生器，用于产生施加到所述电连接的TDR计量线的电脉冲信号；信号检测器，用于检测电脉冲信号的反射信号；通信模块，提供与所述多个传感器节点中的至少一些传感器节点和所述至少一个基站的通信连接；以及可操作地连接到电脉冲发生器的控制单元，信号检测器，以及通信模块，其中，控制单元可以基于由信号检测器检测到的电脉冲信号的反射信号来生成用于确认其中安装有TDR计量线的传热管是否损坏以及损坏的位置的信息，其可以实现地下空间参数的监测。例如，公开号为CN210428167U的实用新型专利公开了一种地下管廊监控技术领域，涉及一种地下综合管廊环境设备运行监控系统，特别是一种用于监测和控制城市地下公共管廊的环境设备的装置及管控系统；其主体结构包括：PLC就地箱、PLC可编程逻辑控制器、CAN总线、管廊形变传感器、温度传感器、湿度传感器、光度传感器、多合一气体传感器、照明装置、消防喷淋装置、风机装置、轨道式巡回红外摄像头、录音装置、固定可360°旋转红外摄像头、管廊震动传感器、消防水泵装置、紧急断电装置、水位传感器和排水水泵装置；其通过结构化的综合布线系统和计算机网络技术，实现集中、高效、便利的管理；其设计理念科学、技术方案先进，控制原理可靠，操作使用便捷，实时可控性好，应用环境友好。

然而，现有技术中虽在网络节点式的传感器布置方式实现对地下空间环境参数等进行监测的方式，但是其监测过程设置简单，且功能单一，无法实现快速、精准的动态化监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种地下空间环境监控系统和方法，能够实现对地下空间环境进行快速精准的实时监控，能够实现对地下空间环境进行快速精准的实时监控，快速高效的实现不间断的持续数据处理，提高效率的同时节约成本。

本发明提供了一种地下空间环境监控系统，系统设置应用于服务器中，服务器通过网络与终端设备连接，其中网络用以在终端设备和服务器之间提供通信链路；系统包括监控中心，监控终端，多通路传输接口，标准传感装置以及多个监控传感装置，监控中心，监控终端和多个监控传感装置分别与多通路传输接口；其中，地下空间环境参数为温度，湿度，气压，噪声，亮度中的至少一种；

监控中心，用于对地下空间的环境进行集中监控；

其中，监控中心包括处理器，利用处理器将环境参数数据还进行预处理，处理器具体的进行预处理包括：采用神经网络模型对环境参数数据进行处理后，再利用绝对距离来衡量两个环境参数数据之间的差异性进行聚类，之后对环境参数数据进行异常检测处理。

进一步地，处理器进行预处理的方式包括去噪、聚类和异常检测。

进一步地，处理器进行去噪的方式为采用神经网络模型对环境参数数据进行处理，其中神经网络模型为根据网络框架设置，通过调整网络权值，并使得网络权值或者训练参数进行自适应的更新训练，得到普适性较强的预处理模型，

进一步地，处理器进行去噪的方式在去噪过程中还基于卡尔曼滤波器的原理对地下空间环境数据进行处理。

进一步地，处理器进行聚类的方式，采用欧式距离或曼哈顿距离的方式衡量两个环境参数数据之间的差异性。

进一步地，所述网络为有线、无线通信链路或者光纤电缆中的至少一种。

进一步地，终端设备为手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机中的至少一种。

进一步地，所述标准传感装置，用于对多个监控传感装置进行校准，并按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的热信息，并分别绘制标准热信息曲线，基于标准热信息曲线，上下浮动预设数值后绘制标准热信息曲线空间；所述多个监控传感装置，还分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

本发明还提供了一种地下空间环境监控方法，利用地下空间环境监控系统实现，包括依次进行的如下步骤：

S1、对地下空间环境监控进行校准和预处理；

S2、利用多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，并将采集的环境参数通过多通路传输接口发送至监控终端；

S3、利用第一监控终端或第二监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，并将处理后的环境参数发送至监控中心，其中：

当第一监控终端出现故障时，切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，将传输通路切换至第二监控终端，在第二监控终端上产生新的不同于第一监控终端的通讯地址；利用第二监控终端作为为第一监控终端的备用监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理；

当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，直接复制由第二监控终端发送经多通路传输接口传输的通讯地址，同时禁用第二监控终端的通讯地址；

S4、利用监控中心对地下空间的环境进行集中监控。

优选对方式中，所述步骤S1中对地下空间环境监控进行校准和预处理，具体包括如下步骤；

（1）初始化，利用标准传感装置对多个监控传感装置进行校准，并利用标准传感装置按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境参数，并分别绘制标准环境参数曲线；

（2）基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间；

（3）利用多个监控传感装置分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；

（4）将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；

（5）分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；

（6）将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

在优选的方式中，对地下空间环境监控进行预处理的过程中，还包括：采用神经网络模型对环境参数数据进行处理后，再利用绝对距离来衡量两个环境参数数据之间的差异性进行聚类，之后对环境参数数据进行异常检测处理。

本发明的地下空间环境监控系统和方法，可以实现以下有益效果：

（1）利用备用设置方式，结合中间数据传输和通讯地址的设置方式，可以实现数据不丢失，连续监控的同时实现了最新数据的更新，保证不间断的持续数据处理的同时减少成本，在不同紧迫程度和终端状态的时候利用不同的通讯方式，快速高效的实现不间断的持续数据处理；

（2）在本领域首次采用区间验证的方式进行地下空间环境参数的监控，用过该方式可以有效的解决误判，且利用容忍限制的方式，将可在容差范围内的传感器认为是正常的传感器的情况下继续测量，可有效的提高效率的同时节约成本。

附图说明

图1为地下空间环境监控系统及其方法的应用场景图；

图2为地下空间环境监控系统结构示意图；

图3为地下空间环境监控方法流程图。

具体实施方式

下面详细说明本发明的具体实施，有必要在此指出的是，以下实施只是用于本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍然属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种地下空间环境监控系统和方法，如附图1-3所示，分别为地下空间环境监控系统及其方法的应用场景图，地下空间环境监控系统结构示意图和地下空间环境监控方法流程图，下面进行具体的介绍。

图1示意性示出了根据地下空间环境监控系统及其方法的应用场景图。如图1所示，根据该应用场景100可以包括终端设备101、102、103、网络104和服务器105。网络104用以在终端设备101、102、103和服务器105之间提供通信链路的介质。网络104可以包括各种连接类型，例如有线、无线通信链路或者光纤电缆等等。

用户可以使用终端设备101、102、103通过网络104与服务器105交互，以接收或发送消息等。终端设备101、102、103上可以安装有各种通讯客户端应用，例如购物类应用、网页浏览器应用、搜索类应用、即时通信工具、邮箱客户端、社交平台软件等(仅为示例)。

终端设备101、102、103可以是具有显示屏并且支持网页浏览的各种电子设备，包括但不限于智能手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机等等。

服务器105可以是提供各种服务的服务器，例如对用户利用终端设备101、102、103所浏览的网站提供支持的后台管理服务器(仅为示例)。后台管理服务器可以对接收到的用户请求等数据进行分析等处理，并将处理结果(例如根据用户请求获取或生成的网页、信息、或数据等)反馈给终端设备。

需要说明的是，本发明所提供的地下空间环境监控方法一般可以由服务器105执行。相应地，本发明所提供的地下空间环境监控系统一般可以设置于服务器105。本发明所提供的地下空间环境监控方法也可以由不同于服务器105且能够与终端设备101、102、103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群执行。相应地，本发明所提供的动画效果的设置装置也可以设置于不同于服务器105且能够与终端设备101、102、103和/或服务器105通信的服务器或服务器集群中。

应该理解，图1中的终端设备、网络和服务器的数目仅仅是示意性的。根据实现需要，可以具有任意数目的终端设备、网络和服务器。

下面，针对地下空间环境监控系统及其方法进行具体的介绍。

本发明提供一种地下空间环境监控系统，其结构如附图2所示，包括监控中心，监控终端，多通路传输接口以及多个监控传感装置，其中多通路传输接口分别与监控中心，监控终端和多个监控传感装置连接，监控终端包括第一监控终端和第二监控终端。

监控中心，用于对地下空间的环境进行集中监控；其中，监控中心包括处理器，利用处理器将环境数据还进行预处理，处理器具体的进行预处理包括：采用神经网络模型对环境参数进行预处理，该神经网络模型为根据网络框架设置，通过调整网络权值，并使得网络权值或者训练参数进行自适应的更新训练，得到普适性较强的预处理模型，进而实现对采样数据进行去噪处理，在去噪过程中还可以基于卡尔曼滤波器的原理对地下空间环境数据进行处理。聚类的方式，则可以采用利用绝对距离来衡量两个环境参数数据之间的差异性，例如可以采用欧式距离、曼哈顿距离等方式实现，两个参数数据之间的距离越大表明两者的相似性越小，反之则相似性越大。在完成聚类后还需要对环境参数数据进行异常检测处理。其中，采用神经网络模型对环境参数进行预处理实现去噪的过程中，将环境数据输入至神经网络模型中，得到的估计结果，还可以结合利用卡尔曼滤波算法进行处理，即实现了预处理，完成了对环境数据的去噪。欧氏距离是一个通常采用的距离定义，指在m维空间中两个点之间的真实距离（直线距离），或者向量的自然长度（即该点到原点的距离）。在二维和三维空间中的欧氏距离就是两点之间的实际距离。哈顿距离是两点在南北方向上的距离加上在东西方向上的距离,主要用来计算两个点在标准坐标系上的绝对轴距综合。

第一监控终端，用于对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，第二监控终端为第一监控终端的备用监控终端，用于当第一监控终端出现故障时，作为备用监控终端，其实现与第一监控终端相同的功能；多通路传输接口，用于将多个监控传感装置采集到的地下空间的环境参数传输至第一监控终端或第二监控终端，还用于切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，从而使得当第一监控终端出现故障时将传输通路切换至第二监控终端，或者使得当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，从而使得第一监控终端处理数据更新至最新后继续工作；多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，其中需要监控的地下空间分为多个连续的区域空间，每个监控传感装置都设置于对应于区域空间的中心位置。

此处需要说明的是，备用设置实现不间断的持续数据处理属于现有技术，但是本发明在现有技术的基础上，进一步的将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，从而使得第一监控终端依然作为主监控终端进行数据处理，并且数据不丢失，实现了最新数据的更新，这种方式可以保证不间断的持续数据处理的同时，减少成本，使用高性能的第一监控终端作为主监控终端，第二监控终端可以选择低性能的监控终端作为辅助。同时，需要说明的是，本发明还在此基础上，进一步的让当第一监控终端切换至第二监控终端时，第二监控终端产生新的不同于第一监控终端的通讯地址（路由方式此处不再赘述），当由第二监控终端切换至第一监控终端时，直接禁用第二监控终端的通讯地址，同时将第二监控终端的通讯地址发送至第一监控终端后，直接在第一监控终端进行复制，从而可以快速的实现通讯，不用经过路由地址的重新分配，快速高效，从而在不同紧迫程度和终端状态的时候利用不同的通讯方式，快速高效的实现不间断的持续数据处理。其中，第一监控终端或第二监控终端之间的切换，利用多通路传输接口，将多个监控传感装置采集到的地下空间的环境参数传输至第一监控终端或第二监控终端，还用于切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，从而使得当第一监控终端出现故障时将传输通路切换至第二监控终端，或者使得当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，从而使得第一监控终端处理数据更新至最新后继续工作。

需要监控的地下空间分为多个连续的区域空间，对于每一个区域都可以进行单独的监控，其中区域空间的大小可以根据实际去设置，不做具体的限制；每个监控传感装置都设置于对应于区域空间的中心位置。每个监控传感装置都包括均匀布置（例如五边形顶点）的5个传感器，其可以是多种类型，也可以某一种类型，这样可以利用多个传感器进行测量，其中多种类型也是对同一环境参数进行测量。在监控的过程中，由于受到环境的影响，传感器自身的质量等多方面的影响，会出现故障的情况，因此快速的识别故障可以保证测量质量。对应的环境参数可以为对地下空间的温度，湿度，气压，噪声，亮度等环境参数中的至少一种。

在具体的实现过程中，每个传感器在环境参数的采集时，发送环境参数的同时还发送验证信息，其中具体的验证信息可以为时长或数据量信息，分别体现发送的响应时间和完备程度，根据其异常则可以判断传感器是否发生故障。传感器在发送环境参数的同时还发送验证信息至监控终端，当验证信息出现异常时，则在监控终端处记录一次，监控终端统计周期时长内每一传感器对应出现异常的次数总和，以及连续出现异常的次数，当连续出现异常的次数大于预设值的同时满足对应出现异常的次数总和大于阈值时，则认为该传感器出现了故障。由于地下环境相对复杂，偶尔的采集数据异常是经常性发生的，这种方式可以有效的解决误判，且利用容忍限制的方式，将可在容差范围内的传感器认为是正常的传感器的情况下继续测量，可有效的提高效率的同时节约成本。

下面，通过一个具体的实施例对地下空间环境监控系统的重要部件进行介绍，地下空间环境监控系统，包括监控中心，监控终端，多通路传输接口以及多个监控传感装置，其中多通路传输接口分别与监控中心，监控终端和多个监控传感装置连接，监控终端包括第一监控终端和第二监控终端。

其中，监控终端包括第一监控终端和第二监控终端；第一监控终端，用于对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，第二监控终端为第一监控终端的备用监控终端，用于当第一监控终端出现故障时，作为备用监控终端，其实现与第一监控终端相同的功能；

其中，多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，其中需要监控的地下空间分为多个连续的区域空间，每个监控传感装置都设置于对应于区域空间的中心位置；

其中，标准传感装置，用于对多个监控传感装置进行校准，并按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的热信息，并分别绘制标准热信息曲线，基于标准热信息曲线，上下浮动预设数值后绘制标准热信息曲线空间；

其中，多通路传输接口，用于将多个监控传感装置采集到的地下空间的环境参数传输至第一监控终端或第二监控终端，还用于切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，从而使得当第一监控终端出现故障时将传输通路切换至第二监控终端，或者使得当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端；

其中，监控中心，用于对地下空间的环境进行集中监控。

在优选的方式中，第一监控终端的性能高于第二监控终端。

在优选的方式中，所述第二监控终端，还用于当第一监控终端切换至第二监控终端时，产生新的不同于第一监控终端的通讯地址；所述第一监控终端，还用于当由第二监控终端切换至第一监控终端时，直接复制由第二监控终端发送经多通路传输接口传输的通讯地址，同时禁用第二监控终端的通讯地址。

在优选的方式中，每个监控传感装置都包括均匀布置的5个传感器。

在优选的方式中，所述均匀布置的5个传感器为多种类型或某一种类型。

在优选的方式中，每个传感器在发送环境参数的同时还发送验证信息至监控终端，当验证信息出现异常时，则在监控终端处记录一次，监控终端统计周期时长内每一传感器对应出现异常的次数总和，以及连续出现异常的次数，当连续出现异常的次数大于预设值的同时满足对应出现异常的次数总和大于阈值时，则认为该传感器出现了故障。

在优选的方式中，多个监控传感装置，还分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

本发明还提供了一种地下空间环境监控方法，其流程如附图3所示，具体的包括依次进行的如下步骤：

S1、对地下空间环境监控进行校准和预处理；

首先初始化，利用标准传感装置对多个监控传感装置进行校准，并利用标准传感装置按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境参数，并分别绘制标准环境参数曲线；其中，24小时的采集时间为完整的一天，其环境参数会在一天内变化，采集完整周期可以有效的监控一天的环境变化情况。

其次，基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间，其中标准环境曲线空间为具有上下限范围的曲线空间，采集的环境参数由于各种原因会出现偏差，但只要在容许的范围内即可，在设置上下浮动预设数值时要综合考虑，过大起不到限定和比对效果，过小则没有容错空间。

再次，利用多个监控传感装置分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；

然后，将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比，这样既保证了一定的容错宽度，又可以体现波动的异常。

接着，分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；

最后，将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

S2、利用多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，并将采集的环境参数通过多通路传输接口发送至监控终端；

S3、利用第一监控终端或第二监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，并将处理后的环境参数发送至监控中心，其中：

当第一监控终端出现故障时，切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，将传输通路切换至第二监控终端，在第二监控终端上产生新的不同于第一监控终端的通讯地址；利用第二监控终端作为为第一监控终端的备用监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理；

当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，直接复制由第二监控终端发送经多通路传输接口传输的通讯地址，同时禁用第二监控终端的通讯地址；

S4、利用监控中心对地下空间的环境进行集中监控。

优选的方式中，所述步骤S1中对地下空间环境监控进行校准和预处理，具体包括如下步骤；

（1）初始化，利用标准传感装置对多个监控传感装置进行校准，并利用标准传感装置按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境参数，并分别绘制标准环境参数曲线；

（2）基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间；

（3）利用多个监控传感装置分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；

（4）将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；

（5）分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；

（6）将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

在优选的方式中，对地下空间环境监控进行预处理的过程中，还包括：采用神经网络模型对环境参数进行预处理，该神经网络模型为根据网络框架设置，通过调整网络权值，并使得网络权值或者训练参数进行自适应的更新训练，得到普适性较强的预处理模型，进而实现对采样数据进行去噪处理，在去噪过程中还可以基于卡尔曼滤波器的原理对地下空间环境数据进行处理。聚类的方式，则可以采用利用绝对距离来衡量两个环境参数数据之间的差异性，例如可以采用欧式距离、曼哈顿距离等方式实现，两个参数数据之间的距离越大表明两者的相似性越小，反之则相似性越大。在完成聚类后还需要对环境参数数据进行异常检测处理，具体的检测方式可以采用现有技术中阈值比较检测的方式实现，此处不再赘述。

尽管为了说明的目的，已描述了本发明的示例性实施方式，但是本领域的技术人员将理解，不脱离所附权利要求中公开的发明的范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种修改、添加和替换等的改变，而所有这些改变都应属于本发明所附权利要求的保护范围，并且本发明要求保护的产品各个部门和方法中的各个步骤，可以以任意组合的形式组合在一起。因此，对本发明中所公开的实施方式的描述并非为了限制本发明的范围，而是用于描述本发明。相应地，本发明的范围不受以上实施方式的限制，而是由权利要求或其等同物进行限定。

Claims (10)

1.一种地下空间环境监控系统，其特征在于：系统设置应用于服务器中，服务器通过网络与终端设备连接，其中网络用以在终端设备和服务器之间提供通信链路；系统包括监控中心，监控终端，多通路传输接口，标准传感装置以及多个监控传感装置；监控中心，监控终端和多个监控传感装置分别与多通路传输接口连接；其中，地下空间环境参数为温度，湿度，气压，噪声，亮度中的至少一种；

监控中心，用于对地下空间的环境进行集中监控；

监控终端包括第一监控终端和第二监控终端；

第一监控终端，用于对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，第二监控终端为第一监控终端的备用监控终端，用于当第一监控终端出现故障时，作为备用监控终端，其实现与第一监控终端相同的功能；多通路传输接口，用于将多个监控传感装置采集到的地下空间的环境参数传输至第一监控终端或第二监控终端，还用于切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，从而使得当第一监控终端出现故障时将传输通路切换至第二监控终端，或者使得当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，从而使得第一监控终端处理数据更新至最新后继续工作；多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，其中需要监控的地下空间分为多个连续的区域空间，每个监控传感装置都设置于对应于区域空间的中心位置；

所述标准传感装置，用于对多个监控传感装置进行校准，并按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境信息，并分别绘制标准环境参数曲线，基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间；

当第一监控终端切换至第二监控终端时，第二监控终端产生新的不同于第一监控终端的通讯地址，当由第二监控终端切换至第一监控终端时，直接禁用第二监控终端的通讯地址，同时将第二监控终端的通讯地址发送至第一监控终端后，直接在第一监控终端进行复制，从而可以快速的实现通讯，不用经过路由地址的重新分配；

每个传感装置在环境参数的采集时，发送环境参数的同时还发送验证信息，其中具体的验证信息可以为时长或数据量信息，分别体现发送的响应时间和完备程度，根据其异常则可以判断传感器是否发生故障；

其中，监控中心包括处理器，利用处理器将环境参数数据还进行预处理，处理器具体的进行预处理包括：采用神经网络模型对环境参数数据进行处理后，再利用绝对距离来衡量两个环境参数数据之间的差异性进行聚类，之后对环境参数数据进行异常检测处理。

2.如权利要求1所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：处理器进行预处理的方式包括去噪、聚类和异常检测。

3.如权利要求2所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：处理器进行去噪的方式为采用神经网络模型对环境参数数据进行处理，其中神经网络模型为根据网络框架设置，通过调整网络权值，并使得网络权值或者训练参数进行自适应的更新训练，得到预处理模型。

4.如权利要求3所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：处理器进行去噪的方式在去噪过程中还基于卡尔曼滤波器的原理对地下空间环境数据进行处理。

5.如权利要求4所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：处理器进行聚类的方式，采用欧式距离或曼哈顿距离的方式衡量两个环境参数数据之间的差异性。

6.如权利要求5所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：所述网络为有线、无线通信链路或者光纤电缆中的至少一种。

7.如权利要求6所述的地下空间环境监控系统，其特征在于：终端设备为手机、平板电脑、膝上型便携计算机和台式计算机中的至少一种。

8.如权利要求7所述的地下空间环境监控系统，其特征在于，具体的：所述多个监控传感装置，还分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

9.一种利用如上述权利要求1-8任一项所述的地下空间环境监控系统实现的地下空间环境监控方法，具体的包括依次进行的如下步骤：

S1、对地下空间环境监控进行校准和预处理；

首先初始化，利用标准传感装置对多个监控传感装置进行校准，并利用标准传感装置按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境参数，并分别绘制标准环境参数曲线；其中，24小时的采集时间为完整的一天，其环境参数会在一天内变化，采集完整周期可以有效的监控一天的环境变化情况；

其次，基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间，其中标准环境曲线空间为具有上下限范围的曲线空间，采集的环境参数由于各种原因会出现偏差，但只要在容许的范围内即可，在设置上下浮动预设数值时要综合考虑，过大起不到限定和比对效果，过小则没有容错空间；

再次，利用多个监控传感装置分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；

然后，将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比，这样既保证了一定的容错宽度，又可以体现波动的异常；

接着，分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；

最后，将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障；

S2、利用多个监控传感装置，用于分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，并将采集的环境参数通过多通路传输接口发送至监控终端；

S3、利用第一监控终端或第二监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理，并将处理后的环境参数发送至监控中心，其中：

当第一监控终端出现故障时，切换连接第一监控终端和第二监控终端的传输通路，将传输通路切换至第二监控终端，在第二监控终端上产生新的不同于第一监控终端的通讯地址；利用第二监控终端作为第一监控终端的备用监控终端对采集到的地下空间的环境参数进行集中处理；

当第一监控终端恢复正常工作状态时将传输通路切换至第一监控终端，同时将第二监控终端处理的中间数据传输至第一监控终端，直接复制由第二监控终端发送经多通路传输接口传输的通讯地址，同时禁用第二监控终端的通讯地址；

S4、利用监控中心对地下空间的环境进行集中监控。

10.根据权利要求9所述的地下空间环境监控方法，其特征在于：所述步骤S1中对地下空间环境监控进行校准和预处理，具体包括如下步骤；

（1）初始化，利用标准传感装置对多个监控传感装置进行校准，并利用标准传感装置按照预设周期采集24小时内多个区域空间对应的环境参数，并分别绘制标准环境参数曲线；

（2）基于标准环境参数曲线，上下浮动预设数值后绘制标准环境曲线空间；

（3）利用多个监控传感装置分别对地下空间的多个区域空间的环境参数进行采集，分别记录每个监控传感装置中设置的传感器在24小时内采集的环境参数，并分别绘制传感器环境参数曲线；

（4）将每个传感器环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间进行对比，得到环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比；

（5）分别选取监控传感装置中对应环境参数曲线落入标准环境曲线空间的占比前三的传感器对应的环境参数，求出平均环境参数作为监控传感装置对应区域空间的环境参数，并基于平均环境参数绘制监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线；

（6）将监控传感装置对应区域空间的环境参数曲线分别与对应区域空间的标准环境曲线空间再次进行对比，分别得到落入标准环境曲线空间的占比，当占比大于预设安全阈时，则认为监控传感装置故障。

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