CN115333622A - 一种基于自由空间光通信的隧道施工通信系统 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例中公开了一种基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，包括：集群基站、分路器、自由空间光通信系统以及泄露电缆，其中：集群基站设置在隧道口，分路器用于将集群基站的信号分成两路，一路信号通过定向天线覆盖指挥室一侧，另一路信号通过电缆传送到自由光通信系统中；自由空间通信系统包括多个端机，端机间隔预设距离设置在隧道内部，端机之间通过激光通信连接，实现信号的传递；每个端机均设有泄露电缆，端机与对应的泄露电缆通过Zigbee连接，泄露电缆用于向隧道空间散发无线信号，使得隧道内的通信终端通过无线信号完成与隧道外指挥室的通信。该基于自由空间光通信的隧道施工通信系统机动灵活、运行成本低且组网灵活。
Description
技术领域
本申请涉及可见光通讯技术技术领域，具体涉及一种基于自由空间光通信的 隧道施工通信系统。
背景技术
随着城市化的加速，地铁对于一座城市的作用越来越重要。在修建隧道时， 因为所需要的地铁隧道基本为地下隧道，相比较于通常施工无线通信信号无法在 施工现场顺利传递，施工车辆和施工人员同时在情况复杂且视野不佳的隧道区施 工，不仅降低施工的效率并且由于沟通不顺伴有巨大危险。
为了使得隧道内的通信终端能够与隧道外通信，现有技术中，一般采用的通 信手段为有线通信方式，为此，必须在隧道内架设长距离电缆，在使用过程中伴 有许多的问题发生，诸如线缆铺布置过于复杂等非常影响施工的进展，在设置和 日常维护上都比较困难。
发明内容
本申请实施例中提供一种基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，能够为 隧道内的通信终端提供与隧道外的通信，并且在施工隧道这种特殊环境下可以兼 顾无线和光纤通信的优势，获得稳定的信号，在设置和日常维护上也比有线通信 方便。
本实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，包括：集群基站、 分路器、自由空间光通信系统以及泄露电缆，其中：
所述集群基站设置在隧道口，所述分路器用于将所述集群基站的信号分成两 路，一路信号通过定向天线覆盖指挥室一侧，另一路信号通过电缆传送到所述自 由光通信系统中；
所述自由空间通信系统包括多个端机，所述端机间隔预设距离设置在隧道内 部，所述端机之间通过激光通信连接，实现信号的传递；
每个端机均设有所述泄露电缆，所述端机与对应的泄露电缆通过Zigbee连接， 所述泄露电缆用于向隧道空间散发无线信号，使得隧道内的通信终端通过所述无 线信号完成与隧道外指挥室的通信。
可见，本申请中隧道内的通信终端可以与泄露电缆之间通过无线通信相连， 即通信终端通过泄漏电缆散播的无线信号可完成与隧道内以及隧道外的通信。
在一些实施例中，所述端机包括信号模块、报警模块、信号处理模块以及天 线。
在一些实施例中，所述端机还包括光学/电学接口。
在一些实施例中，所述信号模块包括信号接收模块和信号发送模块。
在一些实施例中，所述信号处理模块包括检测单元，所述检测单元设置的信 号范围为400nm-1700nm。
在一些实施例中，所述报警模块包括Zigbee模块、光警告模块以及调控模块。
在一些实施例中，所述Zigbee模块的型号为ZICM2410 PO-2，包括处理器，型 号为CC2420，使用PIC18F4620单片机实现对处理器的控制。
在一些实施例中，所述光警告模块包括控制芯片、LED显示模块、第一电阻 R1、第一电容C1，其中所述LED显示模块包括LED二极管以及第二电阻R2。
在一些实施例中，所述LED显示模块包括警示灯。
在一些实施例中，所述天线为Chip天线。
在一些实施例中，所述预设距离为1～2km。
在一些实施例中，所述集群基站采用450MHz信号。
在一些实施例中，自由空间光通信系统的自由空间光通信带宽大于或等于155M，使用频段300THz。
在一些实施例中，所述端机采用型号为FIBERLESS-E1L，工作波长1550nm。
在一些实施例中，所述信号模块所使用信号探测器包括pin光电二极管。
在一些实施例中，所述调控模块采用4G通讯模块，其型号为ME3760。
在一些实施例中，当下游端机收到的信号强度超过或者低于预设的信号范围 时，通过下游端机的信号处理模块生成RS232电平的第一信号至下游端机的信号模 块中的信号发送模块，使信号发送模块停止传递信号，并向下游端机中的报警模 块发送RS232电平的第二信号；
当下游端机中的报警模块收到所述第二信号后，启动报警模块中的LED二极管 的警示红灯，同时通过报警模块中的Zigbee模块向上游端机发送报警信号，上游 端机的天线接收到所述报警信号后，通过上游端机的报警模块启动LED二极管的警 示红灯，同时通过上游端机报警模块中的调控模块向指挥室的调控人员通知出现 问题的端机位置。
在一些实施例中，当下游端机收到的信号强度在预设的信号范围内时，通过 下游端机的信号处理模块生成RS232电平的第三信号发送到下游端机信号模块，令 下游端机信号模块中的信号发射模块传输信号。
本申请的有益效果为：
1、完成了在施工隧道内的通信系统的无线布设，本方案采用自由空间光通信 技术不需要铺设长距离线缆，布设简单，适用于隧道施工现场复杂多变的情况。
2.、端机之间采用激光通信，传输效率高、抗电磁干扰强、频带宽，通信质 量高。
3、相较于现有通信方案，组网灵活，方便配合施工方案的调整，显著提升施 工工作效率。
4、从经济效益上，整个系统布设、运行、日常维护成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一 些实施例，对于本领域技术人员来讲，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附图。
图1是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中端机的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中端机之间信号传递异常时运作过程示意图；
图4是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中端机之间信号传递正常时运作过程示意图；
图5是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号处理模块的一个三维示意图；
图6是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号处理模块的一个内部结构示意图；
图7是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中光警告模块的一个三维示意图；
图8是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号接收模块的一个三维示意图；
图9是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中Zigbee模块的一个三维示意图；
图10是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中调度 模块的一个三维示意图；
图11是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号 发送模块的一个三维示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化 描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位 构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二” 仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技 术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包 括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请 中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具 优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在 以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人 员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例 中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描 述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公 开的原理和特征的最广范围相一致。
如图1所示，图1是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信 系统的一个结构示意图，本申请实施例提供一种基于自由空间光通信的隧道施工 通信系统，包括：集群基站、分路器、自由空间光通信系统以及泄露电缆，其中：
集群基站设置在隧道口，分路器用于将集群基站的信号分成两路，一路信号 通过定向天线覆盖指挥室一侧，另一路信号通过电缆传送到自由光通信系统中；
自由空间通信系统包括多个端机，端机间隔预设距离设置在隧道内部，端机 之间通过激光通信连接，实现信号的传递，其中，端机之间传输的信号为自由空 间光信号；
每个端机均设有泄露电缆，端机与对应的泄露电缆通过Zigbee连接，泄露电 缆用于向隧道空间散发无线信号，其中，泄露电缆上设有便于散播无线信号的开 槽，通信终端与泄露电缆之间通过无线通信相连，使得隧道内的通信终端通过无 线信号完成与隧道外指挥室的通信。
其中，集群基站设置在隧道外部指挥室一侧的隧道口。
需要说明的是，由于集群基站的信号还可以覆盖隧道洞口，故设置在隧道洞 口的端机可以不设泄露电缆。
如图2所示，图2是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信 系统中端机的结构示意图，端机包括信号模块11、信号处理模块12、报警模块13 以及天线14。
其中，信号模块11为自由空间光通信(Free Space Optical Communication，FSO)信号模块。
在一些实施例中，端机还包括光学/电学接口。
在一些实施例中，如图2所示，信号模块11包括信号接收模块111和信号发送 模块112，信号处理模块12包括检测单元121，检测单元121设置的信号范围为 400nm-1700nm。报警模块13包括调控模块131、Zigbee模块132以及光警告模块 133。
在一些实施例中，Zigbee模块132的型号为ZICM2410 PO-2，包括处理器，型号 为CC2420，使用PIC18F4620单片机实现对处理器的控制。
在一些实施例中，光警告模块133包括控制芯片、LED显示模块、第一电阻R1、 第一电容C1，其中LED显示模块包括LED二极管以及第二电阻R2。
在一些实施例中，LED显示模块包括警示灯。
在一些实施例中，天线14为Chip天线。
在一些实施例中，预设距离为1～2km。
在一些实施例中，集群基站采用450MHz信号。
在一些实施例中，自由空间光通信系统的自由空间光通信带宽大于或等于155M，使用频段300THz。
在一些实施例中，端机采用型号为FIBERLESS-E1L，工作波长1550nm。
在一些实施例中，信号模块11所使用信号探测器包括pin光电二极管。
在一些实施例中，调控模块131采用4G通讯模块，其型号为ME3760。
需要说明的是，进一步的，本申请还提供一种自由空间光通信信号传输时如 何实现信号丢失报警以及修正的方法。
请参阅图3，图3是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信 系统中端机之间信号传递异常时运作过程示意图；当下游端机收到的自由空间光 信号的信号强度超过或者低于预设的信号范围时，通过下游端机的信号处理模块12 生成RS232电平的第一信号至下游端机的信号模块11中的信号发送模块112，使信 号发送模块112停止传递信号，并向下游端机中的报警模块13发送RS232电平的第 二信号；
当下游端机中的报警模块13收到第二信号后，启动报警模块13中的LED二极管 的警示红灯，同时通过报警模块13中的Zigbee模块132向上游端机发送报警信号 (Zigbee信号)，上游端机的天线14接收到报警信号后，通过上游端机的报警模 块13启动LED二极管的警示红灯，同时通过上游端机报警模块13中的调控模块131 向指挥室的调控人员通知出现问题的端机位置。
请参阅图4，图4是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信 系统中端机之间信号传递正常时运作过程示意图，当下游端机收到的自由空间光 信号的信号强度在预设的信号范围内时，通过下游端机的信号处理模块12生成 RS232电平的第三信号发送到下游端机信号模块11，令下游端机信号模块11中的信 号发射模块112传输信号。
为了进一步理解本申请提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中的 设备，请参阅图5，图5是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通 信系统中信号处理模块的一个三维示意图；请参阅图6，图6是本申请实施例提供 的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号处理模块的一个内部结构示意 图；请参阅图7，图7是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信 系统中光警告模块的一个三维示意图；请参阅图8，图8是本申请实施例提供的基 于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号接收模块的一个三维示意图；请参 阅图9，图9是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中 Zigbee模块的一个三维示意图；请参阅图10，图10是本申请实施例提供的基于自 由空间光通信的隧道施工通信系统中调度模块的一个三维示意图；请参阅图11， 图11是本申请实施例提供的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统中信号发送 模块的一个三维示意图。
在本申请提供的实施例中，基于自由空间光通信的隧道施工通信系统在隧道 内使用自由空间光通信(也称为无线激光通信)，与现有常用通信方式相比具有 机动灵活、传输效率高且无电磁干频带宽、运行成本低、组网灵活等优点，可以 实现隧道内到隧道外的信号传输。在施工隧道这种特殊环境下可以兼顾无线和光 纤通信的优势，能够获得比传统的无线电通信更加稳定的信号，同时在设置和日 常维护上也比有线通信方便。
以上对本申请实施例所提供的一种基于自由空间光通信的隧道施工通信系统 进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施例进行了阐述， 以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本 领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施例及应用范围上均会有改变之 处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
Claims (10)
1.一种基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，包括：集群基站、分路器、自由空间光通信系统以及泄露电缆，其中：
所述集群基站设置在隧道口，所述分路器用于将所述集群基站的信号分成两路，一路信号通过定向天线覆盖指挥室一侧，另一路信号通过电缆传送到所述自由光通信系统中；
所述自由空间通信系统包括多个端机，所述端机间隔预设距离设置在隧道内部，所述端机之间通过激光通信连接，实现信号的传递；
每个端机均设有所述泄露电缆，所述端机与对应的泄露电缆通过Zigbee连接，所述泄露电缆用于向隧道空间散发无线信号，使得隧道内的通信终端通过所述无线信号完成与隧道外指挥室的通信。
2.根据权利要求1所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述端机包括信号模块、报警模块、信号处理模块以及天线。
3.根据权利要求2所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述信号模块包括信号接收模块和信号发送模块。
4.根据权利要求2所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述信号处理模块包括检测单元，所述检测单元设置的信号范围为400nm-1700nm。
5.根据权利要求2所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述报警模块包括Zigbee模块、光警告模块以及调控模块。
6.根据权利要求5所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述光警告模块包括控制芯片、LED显示模块、第一电阻R1、第一电容C1，其中所述LED显示模块包括LED二极管以及第二电阻R2。
7.根据权利要求2所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述天线为Chip天线。
8.根据权利要求1所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，所述预设距离为1～2km。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，当下游端机收到的信号强度超过或者低于预设的信号范围时，通过下游端机的信号处理模块生成RS232电平的第一信号至下游端机的信号模块中的信号发送模块，使信号发送模块停止传递信号，并向下游端机中的报警模块发送RS232电平的第二信号；
当下游端机中的报警模块收到所述第二信号后，启动报警模块中的LED二极管的警示红灯，同时通过报警模块中的Zigbee模块向上游端机发送报警信号，上游端机的天线接收到所述报警信号后，通过上游端机的报警模块启动LED二极管的警示红灯，同时通过上游端机报警模块中的调控模块向指挥室的调控人员通知出现问题的端机位置。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的基于自由空间光通信的隧道施工通信系统，其特征在于，当下游端机收到的信号强度在预设的信号范围内时，通过下游端机的信号处理模块生成RS232电平的第三信号发送到下游端机信号模块，令下游端机信号模块中的信号发射模块传输信号。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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