CN210899299U - 一种隧道监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隧道监控系统，属于隧道监控技术领域，包括采集装置、与所述采集装置相连接的处理装置，及与所述处理装置相连接的传输模块；所述采集装置包括对隧道内温度进行监控的温度监测模块、对隧道内危险气体进行监控的气体监测模块、对隧道内的异常情况进行监控的雷达异物监测模块；所述处理装置包括与所述采集装置相连接的交换机Ⅰ及与所述交换机Ⅰ相连接的综合数据分析管理服务器；所述传输模块为光纤传输模块或4G网络传输模块。本实用新型从温度、气体、异物等多个方面对公路隧道进行实时监测，具有优秀的可靠性、可用性、可扩展性和必要的冗余容错能力，保证系统功能的有效性，确保信息能正确和准确的呈现。

Description

一种隧道监控系统

技术领域

本实用新型涉及隧道监控技术领域，具体涉及一种隧道监控系统。

背景技术

随着我国国民经济的快速发展和汽车保有量的激增，我国公路交通安全形势相对比较严峻，已成为我国一个严重的社会问题。公路一旦发生交通事故，尤其在公路隧道内发生事故会造成严重后果，严重危及人们的出行安全。2012 年交通运输部出台《高速公路监控技术要求》提出建设交通事件检测系统的需求。

当前公路随着信息化监控系统的建设，多数公路都部署了视频监控系统，大多采用人工轮巡视频监控画面的方式或通过巡逻车方式进行交通事件检测。但通过传统“人眼盯看视频”来发现异常或突发事件，人类视觉疲劳缺陷，安全盲点多，无法即时发现即时处理。巡逻车方式存在巡逻空挡缺陷，加之交通事件具有发生时间和位置不可准确预见性，处理不及时会直接导致道路通行能力的临时下降或者拥堵，更为严重的可能引发交通事故或二次事故。另外，隧道内空间狭长，能见度低，相对封闭，加上入洞时的“黑洞”效应，隧道内容易聚集危险气体，且为事故多发地段，容易引发火灾等危险事故，造成人员伤亡和经济损失。基于以上现状，公路管理部门尤其是在公路隧道内急需要一套“快速、精确、高效”的隧道安全智能监测报警系统。

授权公告号CN209267713U的专利公开了一种电缆隧道监控系统，所述系统包括巡检机器人、三维建模设备及监控终端，其中：所述巡检机器人上设置有热成像装置和可见光摄像头，所述热成像装置用于实时获取热成像视频，所述可见光摄像头用于实时获取可见光视频；所述三维建模设备与所述巡检机器人连接；所述监控终端包括数据接口、控制器和显示屏，所述数据接口分别与所述巡检机器人和所述三维建模设备连接，所述显示屏和所述数据接口分别与所述控制器连接。该电缆隧道监控系统，能够将巡检机器人的检测数据、可见光视频、热成像视频及三维模型进行结合并实时显示，从而对电缆隧道内的电力设备的实时状态进行直观的、富有立体感的呈现，提升系统的人机交互性能。该系统结构复杂，不能对异常情况进行及时、精确和全面监控，处理效率低下。

发明内容

有鉴于此，本实用新型提供一种隧道监控系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种隧道监控系统，包括采集装置、与所述采集装置相连接的处理装置，及与所述处理装置相连接的传输模块；所述采集装置包括对隧道内温度进行监控的温度监测模块、对隧道内危险气体进行监控的气体监测模块、对隧道内的异常情况进行监控的雷达异物监测模块；所述处理装置包括与所述采集装置相连接的交换机Ⅰ及与所述交换机Ⅰ相连接的综合数据分析管理服务器；所述传输模块为光纤传输模块或4G网络传输模块。

进一步的，所述温度监测模块包括与所述交换机Ⅰ相连接的感温光缆，所述气体监测模块包括与所述交换机Ⅰ相连接的气体检测仪。

进一步的，所述雷达异物监测包括与所述交换机Ⅰ均相连接的激光雷达和智能摄像机,所述激光雷达和智能摄像机之间相连接。

进一步的，所述光纤传输模块包括与所述综合数据分析管理服务器相连接的光纤收发器Ⅰ、与所述光纤收发器Ⅰ通过光纤连接的光纤收发器Ⅱ、及与所述光纤收发器Ⅱ相连接的交换机Ⅱ。

进一步的，所述4 G网络传输模块包括工业4G DTU。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的主要目的是对存在交通隐患的交通事故进行预见性的报警和及时性的处理。道路隧道监测系统的主要功能有：

1）全天候的温度监测功能：

实现隧道内温度的实时采集，无论何时，管理中心均可以调取查看隧道内每个测量点的温度信息；

2）全天候的气体监测功能

实现隧道内危险气体浓度的实时采集，管理中心可以随时调取查看隧道内每个测量点的危险气体浓度信息；

3）全天候的视频监控功能：

任何时刻均可以提供隧道内环境的监控视频图像，且管理中心可以控制高清球机，包括方向转动、扇扫、转到指定位置、控制镜头焦距和视场等。

）火灾、危险气体预警功能：

实现隧道内温度和危险气体浓度的实时采集，能够对隧道内火灾等危险情况的发生做提前响应及预判并能够对数据异常点进行定位。设置预警温度及浓度，当数据到达阈值变触发报警机制，将报警和图片信息传至管理中心，通知值班人员及时查看并处理异常情况，并将异常数据保存至数据库中，以备日后进行故障排除；

5）异常停车监测：

本系统采用激光雷达结合高清球形摄像机实现隧道内车辆运行情况的实时全天候监控，激光雷达扫描隧道内环境，建立隧道内的三维位置信息，若雷达扫描到隧道内的异常物体，会触发高清球机拍摄物体照片，球机将拍摄到的图片传至数据分析平台，平台利用图像处理技术识别出异常停车的车型及车的大小。当系统检测到异常停车时，会将车辆的照片及位置信息上传至管理中心。

）异物监测：

系统可以对隧道中存在的异物进行检测，检测精度高。当系统检测到异物时，会将异物的照片及位置信息上传至管理中心。

）自动校时功能：

系统设计24h内的计时误差不超过1.0s，所有前端设备点位每日至少与监控中心系统时钟同步一次。

）设备状态监控：

系统可以监控现场前段采集设备的运行状态数据并发送至管理中心。如果设备发生异常工作状态，服务器判断异常类型，并将异常信息发送至管理中心。管理人员可以根据设备异常信息指派修理人员到现场进行修理维护。

）拓展功能：

数据分析平台的数据格式、通信接口与协议均采用标准方式或公开通信协议和控制接口，提供完整的SDK开发包，便于用户进行二次开发，将数据信息导出给管理中心或公安交警等系统的数据库。

本实用新型从温度、气体、异物等多个方面对公路隧道进行实时监测，并将实时数据及视频回传至监控中心，能够有效提高隧道正常使用率、预防交通危害事件的发生、对存在交通隐患的交通事故进行预见性的报警和及时性的处理。本实用新型具有优秀的可靠性、可用性、可扩展性和必要的冗余容错能力，保证系统功能的有效性，确保信息能正确和准确的呈现，同时清理机构对智能摄像机镜头进行清洗，吹干，清理效果优异，保证拍摄画面清晰，解决了以往监控系统因隧道内部因灰尘积累，造成的监控画面模糊不清的技术问题。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。

图1为本实用新型光纤传输的结构示意图。

图2为本实用新型4G传输的结构示意图。

图3为本实用新型设备安装的俯视图。

图4为本实用新型雷达检测的工作流程图。

图5为本实用新型清理机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图1-5，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

如图1、3、4所示，本实施例提供一种隧道监控系统，包括采集装置、与所述采集装置相连接的处理装置，及与所述处理装置相连接的传输模块；所述采集装置包括对隧道内温度进行监控的温度监测模块、对隧道内危险气体进行监控的气体监测模块、对隧道内的异常情况进行监控的雷达异物监测模块；所述处理装置包括与所述采集装置相连接的交换机Ⅰ 25及与所述交换机Ⅰ 25相连接的综合数据分析管理服务器26；所述传输模块为光纤传输模块。

所述温度监测模块包括与所述交换机Ⅰ 25相连接的感温光缆21，所述气体监测模块包括与所述交换机Ⅰ 25相连接的气体检测仪24。

所述雷达异物监测包括与所述交换机Ⅰ 25均相连接的激光雷达22和智能摄像机23,所述激光雷达22和智能摄像机23之间相连接。

所述光纤传输模块包括与所述综合数据分析管理服务器26相连接的光纤收发器Ⅰ27、与所述光纤收发器Ⅰ 27通过光纤连接的光纤收发器Ⅱ 28、及与所述光纤收发器Ⅱ 28相连接的交换机Ⅱ 29 。

感温光缆：即为传感器本体，根据隧道长度敷设于隧道上方，为前端处理服务器提供隧道内部温度数据。感温光缆连接到测温主机，通过测温主机来获取每条光缆的温度信息。测温主机通过网络端口与交换机Ⅰ连接到一起，以将数据通过硬件链路上传到综合数据分析服务器，实现隧道内温度的实时采集，无论何时，管理中心均可以调取查看隧道内每个测量点的温度等信息。

激光雷达：设备本身提供串行端口和网络端口，网络端口下可以使用UDP或者TCP协议将雷达扫描数据的上传到指定服务器，当前选型设备使用TCP协议实时上传扫描数据到综合数据分析服务器。而且该设备需要完成隧道内异物的分析，给智能摄像机提供一个异物位置和角度的信息，以便触发智能摄像机去完成隧道内异物图像的抓拍。雷达通过对激光脉冲反射过程的精密时间测量，获得高精度的距离信息，配合电机旋转完成对周围环境的扫描，确定扫描范围内是否有静止的物体并对物体定位。

智能摄像机：摄像机通过网络端口与交换机Ⅰ连接在一起，在雷达扫描分析到隧道内有异物时，会提供一个信号，以触发摄像机的抓拍功能。摄像机抓拍完成后，会将抓拍图片信息通过网络端口实时上传到综合数据分析服务器。摄像机用于采集视频，为管理中心提供高清视频。当摄像机收到雷达的定位信息后，对位置信息进行追踪和镜头放大，将拍摄到的图片传输至数据处理服务器，配合数据分析处理软件完成异常停车及异物抛洒等事件的检测。

采用雷达与高清摄像头联动对隧道内的异常停车和抛洒物情况进行监测。具体工作原理如下：

（1）将雷达至于隧道顶部，雷达实时获取监测区域的深度信息。下图为雷达在监测区域的说明图，不同物体、不同距离所扫描出的深度信息是不同的。

（2）完成静态物体的提取主要依靠雷达扫描结果的比对。对比雷达扫描的连续的场景，提取场景中没有发生位移变化的物体的位置信息并把位置信息传送至高清球机。

（3）球机利用位置信息对雷达定位的异常物体进行放大和拍照，将图片传至前端数据分析管理平台30进行特征提取。

（4）图像特征提取：图片的特征提取是一个数据降维过程，特征提取过程即是将图片数据转化为具有一定区分度的一定维度的向量的图片特征的过程。但是，这里也引出了一个问题，即如何提取有辨别度的图片特征。本系统采用深度学习特征的方法，通过对各种类型的训练数据，可以使深度学习具有很强的泛化能力。平台软件采用200层的深度学习网络，使该系统具有更强的异物分类识别能力，准确率也更高。

（5）如果识别为汽车，则事件类型判断为异常停车，将车辆照片和车辆的位置信息传送至管理中心。如果识别为异物，则事件类型判断为异物抛洒，将异物照片和异物的位置信息传送至管理中心。

（6）检测完成后，球机回到检测预置位，继续辅助雷达监测其他异常情况。

气体检测仪：通过网络端口与交换机Ⅰ连接在一起，该设备自身完成数据采集，并实时将采集数据上传到综合数据分析服务器。本实施例选用四合一类固定泵式气体监测仪，即一个监测仪同时集成检测四种气体的传感器，监测仪自带抽气泵，定时抽取隧道内气体进行检测，设定危险气体浓度报警阈值，当检测到气体的浓度过高超过危险阈值时，触发报警器响起报警信号，并将告警信号传至管理中心提示工作人员到场查看。固定式气体监测仪是一款可以二十四小时在线监测隧道中气体浓度并报警的固定泵式气体监测仪。

光纤传输：将前段采集设备接入交换机Ⅰ中，通过光纤将信号传输至管理中心，光纤传输具有传输距离远，传输稳定的特点。

实施例2

如图2、3、4所示，本实施例提供的一种隧道监控系统是在实施例1的基础上进行的改进：所述4 G网络传输模块包括工业4G DTU 31。4G网络传输选用全网通工业级无线数据传输终端（4G DTU），支持三大运营商4G网络并往下兼容EDGE、CDMA及GPRS网络，同时支持多种VPN协议来保证数据传输的安全性，4G网络上行数据可达到21Mbps，可使10路1080p的高清图像流畅上传，能够满足指挥调度平台使用需求。同时选用不限流量的套餐服务，可以满足管理人员全天候查看隧道的视频图像。

本实用新型能够支持 200 人同时在线，50 人并发操作。各系统一般性的数据增加、修改、删除等操作，平均响应时间小于 3 秒，最长响应时间不超过 5 秒；系统简单查询平均响应时间≤3 秒，最长响应时间≤8 秒；大数据量查询、统计与复杂的统计汇总，平均响应时间≤30 秒，最长响应时间不超过 60 秒；视频监控数据远程查看及各监测终端数据调取响应时间应不超过 8 秒，且视频监控数据远程监控数据延迟应小于 5 秒。

实施例3

如图5所示，本实施例提供的一种隧道监控系统是在实施例1的基础上进行的改进：所述智能摄像机10的一侧设置清理机构，所述清理机构包括清洗单元和吹扫单元；所述清洗单元包括底座5，设置在所述底座5上的储水筒1和电磁阀控制器6，所述储水筒1上设有进水管道4和出水管道11，所述进水管道4上设有与所述电磁阀控制器6相连接的第一电磁阀3，所述出水管道11上设有与所述电磁阀控制器6相连接的第二电磁阀12，所述电磁阀控制器6与水位传感器2相连接；所述吹扫单元包括设置在智能摄像机10的一侧的通风管道9，所述通风管道9内设有风机8和与所述风机8相连接的风机控制器7。电磁阀控制器6型号为DN08-50，风机控制器7的型号为BEC8206。

当电磁阀控制器6通过水位传感器2检测到储水筒1内的水位低于设定的最低值时，打开第一电磁阀3，向储水筒1内注水；当电磁阀控制6器通过水位传感器2检测到储水筒1内的水位高于设定的最高值时，关闭第一电磁阀3。当电磁阀控制器6检测到清洗指令时，打开第二电磁阀12，对智能摄像机的镜片进行清洗，当检测到停止指令时，关闭第二电磁阀12。风机控制器7接受到开启指令时，打开风机8，对智能摄像机的镜片进行吹扫，当接受到关闭指令时，关闭风机。出水管道11和通风管道9设置在智能摄像机10的上部，出水管道11的端部设置。采用本清理机构可以对智能摄像机的镜头进行清洗，解决了以往监控系统因隧道内部因灰尘积累，造成的监控画面模糊不清的技术问题，用清洗单元清洗后，用吹扫单元吹干，清洗效果优异。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种隧道监控系统，其特征在于：包括采集装置、与所述采集装置相连接的处理装置，及与所述处理装置相连接的传输模块；所述采集装置包括对隧道内温度进行监控的温度监测模块、对隧道内危险气体进行监控的气体监测模块、对隧道内的异常情况进行监控的雷达异物监测模块；所述处理装置包括与所述采集装置相连接的交换机Ⅰ及与所述交换机Ⅰ相连接的综合数据分析管理服务器；所述传输模块为光纤传输模块或4G网络传输模块。

2.按照权利要求1所述的一种隧道监控系统，其特征在于：所述温度监测模块包括与所述交换机Ⅰ相连接的感温光缆，所述气体监测模块包括与所述交换机Ⅰ相连接的气体检测仪。

3.按照权利要求1所述的一种隧道监控系统，其特征在于：所述雷达异物监测包括与所述交换机Ⅰ均相连接的激光雷达和智能摄像机,所述激光雷达和智能摄像机之间相连接。

4.按照权利要求1所述的一种隧道监控系统，其特征在于：所述光纤传输模块包括与所述综合数据分析管理服务器相连接的光纤收发器Ⅰ、与所述光纤收发器Ⅰ通过光纤连接的光纤收发器Ⅱ、及与所述光纤收发器Ⅱ相连接的交换机Ⅱ。

5.按照权利要求1所述的一种隧道监控系统，其特征在于：所述4G网络传输模块包括工业4G DTU。

Images