CN217282984U - 一种基于物联网的隧道风险分析预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其中供电模块与无线智能模块相连，无线智能模块连接设置于隧道内的各个信息监控设备，无线智能模块对监控设备进行本地管理，无线智能模块之间通讯连接；组网通讯模块与无线智能模块和网关通讯模块通讯连接形成自组网络，组网通讯模块连接若干无线智能模块，若干组网通讯模块与网关通讯模块相连；若干网关通讯模块通过光纤环网接入服务器，服务器与终端相连。本实用新型构建了隧道物联网智慧运维，解决一体化监控需求，能够技术检测设备及报警，实现联动高效应急处理，为隧道内设备新增更换提供便捷。

Description

一种基于物联网的隧道风险分析预警系统

技术领域

本实用新型涉及隧道工程技术领域，尤其是指一种基于物联网的隧道风险分析预警系统。

背景技术

随着社会经济的不断发展，隧道建设进程在不断推进，目前我国公路隧道已经从建设期逐渐进入运营期，国内特长隧道的数量及里程均在不断增加。但隧道内部空间小，密闭强，一旦发生交通拥堵及事故，隧道内的环境会发生急剧恶化，如果不及时对隧道内部环境进行监测分析预警，极易引发事故，造成人员的生命安全。

目前市场上的隧道监控系统基本上依托于云端，通过网络将设备与云端绑定，并通过管理系统进行配置，实现对隧道情况的监控、设备状态运行的控制、以及配合设备实现场景联动。这种方式都是依托于在于网络正常的前提，若是网络上行断网，其下的设备就实施不了联动控制。其次是市场上的隧道监控系统对于有线与无线的接线划分较为分明，有线式隧道监控系统需要提前布线布局，在施工与材料成本上的开销比较大，且后其改动较为麻烦；而无线式隧道监控系统同样依托于云端，且无线的监控设备功能局限于供应方的云端来进行配置，使用多品牌的无线监控设备则无法实现不同品牌设备间的联动控制。针对这些缺陷，设计一种新型隧道监控系统，是很有必要的。

实用新型内容

为此，本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，具有信号好、控制灵敏，减少了线路的布局、布线成本开销，维护更为方便以及断网的情况下，仍可以对设备、场景、设备联动等功能进行管理的优点，可以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，包括：供电模块、无线智能模块、组网通讯模块、网关通讯模块、软件定义模块、服务器和终端；

所述供电模块与所述无线智能模块相连，所述无线智能模块连接设置于隧道内的各个信息监控设备，所述无线智能模块对所述监控设备进行本地管理，所述无线智能模块之间通讯连接；

所述组网通讯模块与所述无线智能模块和网关通讯模块通讯连接形成自组网络，所述组网通讯模块连接若干所述无线智能模块，若干所述组网通讯模块与所述网关通讯模块相连；

若干所述网关通讯模块通过光纤环网接入所述服务器，所述服务器与所述终端相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述无线智能模块、组网通讯模块和网关通讯模块之间通过LoRa、IEEE802.15.4、ModBus或基于RS485的其他总线协议中的任一种通讯连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述监控设备包括传感设备和机电设备，所述无线智能模块包括物联网耦合器和物联网控制器，所述物联网耦合器与传感设备相连，所述物联网控制器与机电设备相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述物联网耦合器通过屏蔽通信线缆与所述传感设备相连，所述物联网控制器通过控制线缆与所述机电设备相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述物联网耦合器安装于所述传感设备旁边，所述物联网控制器安装于所述机电设备的控制箱内，或配置于物联网控制器联动箱内。

在本实用新型的一个实施例中，所述组网通讯模块包括物联网协调器，所述物联网协调器在所述隧道内间隔30～80米布置一台。

在本实用新型的一个实施例中，所述网关通讯模块包括物联网网关，所述物联网网关在所述隧道内间隔300～500米布置一台。

在本实用新型的一个实施例中，所述物联网网关通过工业以太网交换机接入所述光纤环网，所述物联网网关通过网线与所述工业以太网交换机相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电模块与所述无线智能模块有线相连。

在本实用新型的一个实施例中，所述供电模块为DC24V电源。

本实用新型的隧道风险分析预警系统的技术方案相比现有技术具有以下优点：

安全方面，采用去中心化的设计思路，每个节点都采用了物联网设备，利用智能芯片参与全网业务调度，最大程度地保证了系统的整体可靠性，提高了事故预警预报的决策和应对能力，降低了事故引发的系统整体宕机率，减少安全事故的发生；

建设方面，利用无线传输不仅大大减少了控制线缆等材料费用和人员施工的费用，还能大大缩短工人施工周期，减少施工难度；后期运维期，方便故障维修排查，物联网智慧化、全方位无人值守的物联网监控方式，有效减少和杜绝事故的发生，减少人工巡检工作量，都大大节省人员开支；

经济方面，基于物联网感知和控制的智能化手段，可让机电设备、照明等耗能设备按需启停，满足业务的同时，最大程度降低能耗；通过对传感器寿命监测实现精细化资产管理，在减少误报的同时，让资产价值得到充分利用；

应急方面，通过物联网控制器与机电产品控制设备的连接，将应急处理模型下发到设备端，实现现场自动控制，提升应急处置效率；

操作方面，物联网方案具备强大、灵活的可扩展性、零编程实现业务定义。无论是协议、设备、工艺、业务等都可以通过软件平台简单配置即可对接，对标传统方案采用固定IO、有线连接、封闭协议等特点有着革命性优势。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型的系统架构；

图2是本实用新型的组网示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1所述，为本实用新型的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统示意图。本实用新型的隧道风险分析预警系统包括：供电模块、无线智能模块、组网通讯模块、网关通讯模块、服务器和终端。无线智能模块用于与隧道内的环境监测控制设备相连，采集隧道内的环境信号，通过组网通讯模块和网关通讯模块传输至服务器，并通过终端显示，供电模块用于对无线智能模块进行供电，无线智能模块具备本地管理的功能，在上行断网的情况下仍能对其连接的监控设备，按照设置好的功能或者场景联动继续执行相应的功能。

具体的，将隧道沿长度方向划分为多个监控分区，每个监控分区设置有多种监控设备，包括感知隧道环境的传感设备，具体包括各种能见度检测器、风速风向检测器、温湿度检测器、氧气检测器等；还包括机电设备，例如风机控制箱、水泵控制箱、照明控制箱等，通过对机电设备的控制了解现场实际情况。每个监控设备均连接有无线智能模块，使各种传感设备和机电设备采集到的环境信息和控制信息能够上传至网络。位于监控设备相匹配，所述无线智能模块包括物联网耦合器和物联网控制器，所述物联网耦合器与传感设备相连，用于环境信号的采集，所述物联网控制器与机电设备相连，在信号采集的同时还能实现对机电设备进行控制。为实现无线智能模块与监控设备一一对应，所述物联网耦合器安装于所述传感设备旁边，所述物联网控制器安装于所述机电设备的控制箱内。在机电设备的控制箱空间较小的情况下，物联网控制器还可以配置于物联网控制器联动箱内。由于无线智能模块与监控设备之间的距离小，因此两者间采用有线的形式连接，所述物联网耦合器通过屏蔽通信线缆与所述传感设备相连，所述物联网控制器通过控制线缆与所述机电设备相连。

无线智能模块接收的信息是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、位移等，可以是模拟量，也可以是数字量。接收的信息一般是采样方式，即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测用的传感设备和机电设备多种多样。本实施例中为了避免网络环境中某一设备出现故障导致系统整体瘫痪，无法进行数据传输和设备联动的情况，将隧道划分为多个监控分区，当一个监控分区出现故障，不会影响另一个监控分区的工作。同时无线智能模块具备本地管理功能，本地管理功能是通过终端将监控设备的属性设置、功能控制以及场景联动等功能在本地存储，在联网的时候，无线智能模块可以和服务器通讯，实现远程控制隧道环境，实现设备场景联动等功能。在上行断网的情况下，无线智能模块具备本地管理的功能，在上行断网情况下仍能对连接的监控设备，按照设置好的功能或者场景联动继续执行相应的功能，即是具备单机控制功能。为保证无线智能模块的持续使用，所述供电模块与所述无线智能模块相连，对无线智能模块提供电源支持。为保证供电的稳定，本实施例中所述供电模块与所述无线智能模块有线形式相连，且所述供电模块为DC24V电源。

进一步的，为实现无线智能模块与服务器的相连，所述无线智能模块之间通讯连接；所述组网通讯模块与所述无线智能模块和网关通讯模块通讯连接形成自组网络，所述组网通讯模块连接若干所述无线智能模块，若干所述组网通讯模块与所述网关通讯模块相连。每个监控分区设置一个网关通讯模块，多个组网通讯模块，所述网关通讯模块包括物联网网关，所述物联网网关在所述隧道内间隔300～500米布置一台，所述组网通讯模块包括物联网协调器，所述物联网协调器在所述隧道内间隔30～80米布置一台。所述物联网网关通过工业以太网交换机接入所述光纤环网，所述物联网网关通过网线与所述工业以太网交换机相连。一台物联网网关仅负责一个监控分区的数据传输，网线即可满足传输要求，因此物联网网关通过网线与工业以太网交换机相连，而服务器连接所有工业以太网交换机时，传输数据量大，因此采用光纤环网。

参照图2所示，各模块在上电后可以自发现协议进行组网，自动上报结点间拓扑关系，网关通讯模块可获得全局网络拓扑关系，当网络运行过程中，网络拓扑发生变化后可自动上报更新。网关通讯模块也可主动下发指令进行网络拓扑关系收集。本实施例中，所述无线智能模块、组网通讯模块和网关通讯模块之间通过LoRa、IEEE802.15.4、ModBus或基于RS485的其他总线协议中的任一种通讯连接。LoRa适用于长距离、低功耗、小数据量的场景，基于802.15.4的自组网适用于中短距离、较大数据量的场景，RS485适用于解决无线存在干扰、遮挡衰减、数据量较大等场景，在遇到无线难以穿透遮挡物，增加485有线连接以保证信号准确可达。采用无线自组网通讯技术，隧道内新增更换设备可以免去大量信号线缆铺设，不仅大大减少了控制线缆等材料费用和人员施工的费用，还能大大缩短工人施工周期，减少施工难度；后期运维期，方便故障维修排查，物联网智慧化、全方位无人值守的物联网监控方式，有效减少和杜绝事故的发生，减少人工巡检工作量，都大大节省人员开支。随着时间推移和传感技术的发展，后期将会有越来越多的新型传感设备加入进来，每次增加新设备，无需线缆布放，可直接增加，由于前期物联网网络已经布设完毕，后期增加新的传感器只需要在旁边安装一个物联网设备即可，然后通过简单的逻辑编排，即可实现功能应用，无需编程。

下层隧道环境信号上传至网关通讯模块后，若干所述网关通讯模块通过光纤环网接入所述服务器，所述服务器与所述终端相连，终端显示隧道环境状况。

本发明采用去中心化的设计思路，每个节点都采用了物联网设备，利用智能芯片参与全网业务调度，最大程度地保证了系统的整体可靠性，提高了事故预警预报的决策和应对能力，降低了事故引发的系统整体宕机率，减少安全事故的发生。基于物联网感知和控制的智能化手段，可让机电设备、照明等耗能设备按需启停，满足业务的同时，最大程度降低能耗；通过对传感器寿命监测实现精细化资产管理，在减少误报的同时，让资产价值得到充分利用。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，包括：供电模块、无线智能模块、组网通讯模块、网关通讯模块、软件定义模块、服务器和终端；

所述供电模块与所述无线智能模块相连，所述无线智能模块连接设置于隧道内的各个信息监控设备，所述无线智能模块对所述监控设备进行本地管理，所述无线智能模块之间通讯连接；

所述组网通讯模块与所述无线智能模块和网关通讯模块通讯连接形成自组网络，所述组网通讯模块连接若干所述无线智能模块，若干所述组网通讯模块与所述网关通讯模块相连；

若干所述网关通讯模块通过光纤环网接入所述服务器，所述服务器与所述终端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述无线智能模块、组网通讯模块和网关通讯模块之间通过LoRa、IEEE802.15.4、ModBus或基于RS485的其他总线协议中的任一种通讯连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述监控设备包括传感设备和机电设备，所述无线智能模块包括物联网耦合器和物联网控制器，所述物联网耦合器与传感设备相连，所述物联网控制器与机电设备相连。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述物联网耦合器通过屏蔽通信线缆与所述传感设备相连，所述物联网控制器通过控制线缆与所述机电设备相连。

5.根据权利要求3所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述物联网耦合器安装于所述传感设备旁边，所述物联网控制器安装于所述机电设备的控制箱内，或配置于物联网控制器联动箱内。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述组网通讯模块包括物联网协调器，所述物联网协调器在所述隧道内间隔30～80米布置一台。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述网关通讯模块包括物联网网关，所述物联网网关在所述隧道内间隔300～500米布置一台。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述物联网网关通过工业以太网交换机接入所述光纤环网，所述物联网网关通过网线与所述工业以太网交换机相连。

9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述供电模块与所述无线智能模块有线相连。

10.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道风险分析预警系统，其特征在于，所述供电模块为DC24V电源。

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