一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，包括信息感知終端，及與信息感知終端連接的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端，及與物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信的信息傳輸終端，及與信息傳輸終端通信的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端；及給系統(tǒng)供電的電源控制模塊。本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，可以對隧道環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測空氣溫濕度、光線、CO濃度、煙霧、隧道頂部壓力和形變等主要指標(biāo)，采集的上述信息可以多種方式實(shí)時(shí)顯示，對采集到的異常數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。
【專利說明】
一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，屬于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國公路建設(shè)的發(fā)展，長隧道及特長隧道不斷增多，隧道安全的關(guān)注程度上升到更高層次。隧道環(huán)境監(jiān)測是確保隧道施工安全及運(yùn)營安全的關(guān)鍵技術(shù)之一;在我國，隧道環(huán)境監(jiān)測發(fā)展的比較晚，一方面，目前隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)大多利用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，存在成本高、布線復(fù)雜、設(shè)備笨重和易于被破壞等問題；另一方面，對隧道環(huán)境因素的監(jiān)測大多通過采用特定的檢測儀器定點(diǎn)、定時(shí)來實(shí)現(xiàn)，隧道環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的自動(dòng)化程度較低，不能實(shí)現(xiàn)對隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測；另外現(xiàn)有的檢測的系統(tǒng)設(shè)備存在不能有效的反應(yīng)隧道環(huán)境狀況及設(shè)備鋪設(shè)費(fèi)用和維修費(fèi)用昂貴等問題；同時(shí)，因?yàn)樗淼酪呀?jīng)成型，在隧道，尤其是隧道上方打孔，容易將隧道已有的涂層損壞，造成影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問題
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，可以對隧道環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測空氣溫濕度、光線、CO濃度、煙霧、隧道頂部壓力和形變等主要指標(biāo)，采集的上述信息可以多種方式實(shí)時(shí)顯示，對采集到的異常數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)發(fā)布預(yù)警信息。
[0004](二)技術(shù)方案
本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，包括信息感知終端，及與信息感知終端連接的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端，及與物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信的信息傳輸終端，及與信息傳輸終端通信的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端;及給系統(tǒng)供電的電源控制模塊。
[0005]—種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括信息感知終端，及與信息感知終端連接的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端，及與物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信的信息傳輸終端，及與信息傳輸終端通信的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端;及給系統(tǒng)供電的電源控制模塊；
所述的信息感知終端包括布設(shè)在隧道內(nèi)的環(huán)境信息傳感器，及與環(huán)境信息傳感器連接的信息采集處理單元，及與信息采集處理單元連接的信號轉(zhuǎn)換電路；
上述的信息感知終端固定在支架上，所述的支架包括位于兩側(cè)的底座，以及位于底座上的拱形彈性連接桿，連接桿的兩端插入到底座上，其中所述的橫向設(shè)置，即沿軌道的延伸方向進(jìn)行延伸，
底座的兩側(cè)設(shè)有豎桿，豎桿內(nèi)設(shè)有插孔，上述的拱形彈性連接桿插入到插孔內(nèi)，且拱形彈性連接桿的端部外側(cè)設(shè)有齒條，上述插孔一側(cè)設(shè)有一個(gè)齒輪，齒輪與上述的齒條配合，且齒輪的輸入端通過棘輪裝置連接； 上述的插孔為上大下小的楔形結(jié)構(gòu)，其中插孔位于底座外側(cè)的一側(cè)內(nèi)壁為豎直面，在插孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)楔形板，楔形板的為上大下小的形狀，楔形板伸入到插孔兩者配和后，形成一個(gè)豎直的長方體腔體，長方體腔體正好與拱形彈性連接桿端部對應(yīng)，且在楔形板以及插孔上外側(cè)上設(shè)有貫穿的銷軸孔，與銷軸孔配合有銷軸。
[0006]所述的信息感知終端通過RS-485通信系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端交互，且預(yù)設(shè)有多個(gè)信息感知終端掛載點(diǎn)。
[0007]所述的環(huán)境信息傳感器包括形變傳感器、壓力傳感器、空氣溫濕度傳感器、CO傳感器、光線傳感器和煙霧傳感器;所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端由MSP430F5438及其外圍電路構(gòu)成;所述MSP430F5438與信號轉(zhuǎn)換電路連接。
[0008]所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通過TTL通信系統(tǒng)和信息傳輸終端交互。
[0009]所述的信息傳輸終端包括GPRS DTU、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)。
[0010]所述的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端包括信息存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、上位機(jī)信息處理軟件模塊、信息展示預(yù)警平臺(tái)和手機(jī)客戶端。
[0011 ]所述的環(huán)境傳感器固定方式如下:
A、將基座分別位于隧道內(nèi)兩側(cè)，且通過錨桿將基座固定在隧道兩側(cè)的下端，使得基座上的插孔設(shè)置向上；
B、在拱形彈性連接桿的中部固定環(huán)境信息傳感器，傳感器位于拱形彈性連接桿下端面，防止在拱形彈性連接桿安裝時(shí)傳感器觸及隧道內(nèi)壁，并將環(huán)境信息傳感器的引線將沿拱形彈性連接桿的引到連接桿的下端；
C、將拱形彈性連接桿通過人工傾斜后緩慢移入到隧道內(nèi)，然后到達(dá)對應(yīng)的基座之后，將拱形彈性連接桿扶正，且將拱形彈性連接桿的兩端插入到插桿內(nèi)；
D、然后將楔形板伸入到插孔內(nèi)，并使楔形板位于拱形彈性連接桿內(nèi)側(cè)，用于限位拱形彈性連接桿端部使齒輪與拱形彈性連接桿的齒條端配合;然后插入銷軸孔進(jìn)行固定；
E、通過棘輪裝置轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪慢慢的將拱形彈性連接桿的兩端向上推動(dòng)，將拱形彈性連接桿的上端面緊貼隧道內(nèi)壁，不會(huì)對隧道的內(nèi)壁進(jìn)行破壞。
[0012](三)有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，具有以下優(yōu)占.V.I，能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確的采集隧道環(huán)境信息，在常規(guī)的空氣溫度、空氣濕度、CO濃度等指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加了和隧道安全相關(guān)的壓力和形變量指標(biāo)，反映更加全面;該系統(tǒng)采用間斷性供電方案，也可動(dòng)態(tài)的改變數(shù)據(jù)采集周期，有效的降低了系統(tǒng)功耗，延長了系統(tǒng)壽命。
[0013]2，支持系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，在信息采集終端和物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端之間預(yù)留了多個(gè)信息采集終端掛載點(diǎn)，適用于長隧道中增加或者刪除節(jié)點(diǎn)，方便之后系統(tǒng)功能的擴(kuò)充。
[0014]3，系統(tǒng)布設(shè)簡易快速，適用于隧道環(huán)境;系統(tǒng)設(shè)有固定點(diǎn)，只需要使用快干水泥或者其他強(qiáng)力粘合劑固定住系統(tǒng)的固定點(diǎn)即可完成系統(tǒng)的安裝。
[0015]4，多種預(yù)警方式并存，本系統(tǒng)一方面將采集的隧道環(huán)境信息通過信息展示平臺(tái)和手機(jī)客戶端展示，另一方面對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，當(dāng)出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)值時(shí)，通過短信、郵件和手機(jī)客戶端等多種方式發(fā)布預(yù)警，提高對隧道環(huán)境監(jiān)測的質(zhì)量和效率。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)的原理框圖；
圖2是底座配合結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示的一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，包括信息感知終端，及與信息感知終端連接的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端，及與物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信的信息傳輸終端，及與信息傳輸終端通信的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端;及給系統(tǒng)供電的電源控制模塊。
[0018]所述的信息感知終端包括布設(shè)在隧道內(nèi)的環(huán)境信息傳感器，及與環(huán)境信息傳感器連接的信息采集處理單元，及與信息采集處理單元連接的信號轉(zhuǎn)換電路;所述信息采集處理單元受物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端控制;信息采集處理單元接收到采集指令后對各個(gè)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集后的數(shù)據(jù)經(jīng)處理后發(fā)送至物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端;所述的信息感知終端通過RS-485通信系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端交互，，且預(yù)設(shè)有多個(gè)信息感知終端掛載點(diǎn)；所述的環(huán)境信息傳感器包括形變傳感器、壓力傳感器、空氣溫濕度傳感器、CO傳感器、光線傳感器和煙霧傳感器;所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端由MSP430F5438及其外圍電路構(gòu)成；所述MSP430F5438與信號轉(zhuǎn)換電路連接;所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通過TTL通信系統(tǒng)和信息傳輸終端交互;物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端負(fù)責(zé)接收上位機(jī)信息處理軟件指令和封裝上傳信息感知終端采集的數(shù)據(jù)，負(fù)責(zé)控制信息采集終端的電源供應(yīng);工作時(shí)，處于超低功耗模式，當(dāng)接收到上位機(jī)信息處理軟件的指令后，其變?yōu)榛钴S狀態(tài)，開始解析執(zhí)行指令，將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝交付信息傳輸終端;所述的信息傳輸終端包括GPRS DTU、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò);信息傳輸終端主要包括GPRS DTU;信息傳輸終端通過TTL方式和物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信，將來自物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端的數(shù)據(jù)進(jìn)一步加工封裝，然后經(jīng)由GPRS-1nternet網(wǎng)絡(luò)交付到上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端;所述的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端包括信息存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、上位機(jī)信息處理軟件模塊、信息展示預(yù)警平臺(tái)和手機(jī)客戶端;所述的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端首先由上位機(jī)信息處理軟件接收信息傳輸終端上傳的數(shù)據(jù)，之后存儲(chǔ)至對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，信息展示和預(yù)警平臺(tái)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析展示，當(dāng)判斷數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)通過手機(jī)客戶端、手機(jī)短信和郵件等形式發(fā)布預(yù)警信息。
[0019]信息感知終端，核心處理終端，信息傳輸終端，上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端，電源控制模塊為硬件設(shè)備，通過有線或者無線連接即可。
[0020]底座的兩側(cè)設(shè)有豎桿I，豎桿I內(nèi)設(shè)有插孔2，拱形彈性連接桿3插入到插孔內(nèi)，且拱形彈性連接桿的端部外側(cè)設(shè)有齒條，上述插孔一側(cè)設(shè)有一個(gè)齒輪4，齒輪與上述的齒條配合，且齒輪的輸入端通過棘輪裝置連接；
上述的插孔為上大下小的楔形結(jié)構(gòu)，其中插孔位于底座外側(cè)的一側(cè)內(nèi)壁為豎直面，在插孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)楔形板5，楔形板的為上大下小的形狀，楔形板伸入到插孔兩者配和后，形成一個(gè)豎直的長方體腔體，長方體腔體正好與拱形彈性連接桿端部對應(yīng)，且在楔形板以及插孔上外側(cè)上設(shè)有貫穿的銷軸孔，與銷軸孔配合有銷軸。[0021 ]所述的環(huán)境傳感器固定方式如下:
A、將基座分別位于隧道內(nèi)兩側(cè)，且通過錨桿將基座固定在隧道兩側(cè)的下端，使得基座上的插孔設(shè)置向上；
B、在拱形彈性連接桿的中部固定環(huán)境信息傳感器，傳感器位于拱形彈性連接桿下端面，防止在拱形彈性連接桿安裝時(shí)傳感器觸及隧道內(nèi)壁，并將環(huán)境信息傳感器的引線將沿拱形彈性連接桿的引到連接桿的下端；
C、將拱形彈性連接桿通過人工傾斜后緩慢移入到隧道內(nèi)，然后到達(dá)對應(yīng)的基座之后，將拱形彈性連接桿扶正，且將拱形彈性連接桿的兩端插入到插桿內(nèi)；
D、然后將楔形板伸入到插孔內(nèi)，并使楔形板位于拱形彈性連接桿內(nèi)側(cè)，用于限位拱形彈性連接桿端部使齒輪與拱形彈性連接桿的齒條端配合;然后插入銷軸孔進(jìn)行固定；
E、通過棘輪裝置轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪慢慢的將拱形彈性連接桿的兩端向上推動(dòng)，將拱形彈性連接桿的上端面緊貼隧道內(nèi)壁，不會(huì)對隧道的內(nèi)壁進(jìn)行破壞。
[0022]上面所述的實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:包括信息感知終端，及與信息感知終端連接的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端，及與物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通信的信息傳輸終端，及與信息傳輸終端通信的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端;及給系統(tǒng)供電的電源控制模塊； 所述的信息感知終端包括布設(shè)在隧道內(nèi)的環(huán)境信息傳感器，及與環(huán)境信息傳感器連接的信息采集處理單元，及與信息采集處理單元連接的信號轉(zhuǎn)換電路； 上述的信息感知終端固定在支架上，所述的支架包括位于兩側(cè)的底座，以及位于底座上的拱形彈性連接桿，連接桿的兩端插入到底座上，其中所述的橫向設(shè)置，即沿軌道的延伸方向進(jìn)行延伸， 底座的兩側(cè)設(shè)有豎桿，豎桿內(nèi)設(shè)有插孔，上述的拱形彈性連接桿插入到插孔內(nèi)，且拱形彈性連接桿的端部外側(cè)設(shè)有齒條，上述插孔一側(cè)設(shè)有一個(gè)齒輪，齒輪與上述的齒條配合，且齒輪的輸入端通過棘輪裝置連接； 上述的插孔為上大下小的楔形結(jié)構(gòu)，其中插孔位于底座外側(cè)的一側(cè)內(nèi)壁為豎直面，在插孔內(nèi)設(shè)有一個(gè)楔形板，楔形板的為上大下小的形狀，楔形板伸入到插孔兩者配和后，形成一個(gè)豎直的長方體腔體，長方體腔體正好與拱形彈性連接桿端部對應(yīng)，且在楔形板以及插孔上外側(cè)上設(shè)有貫穿的銷軸孔，與銷軸孔配合有銷軸。2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的信息感知終端通過RS-485通信系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端交互，且預(yù)設(shè)有多個(gè)信息感知終端掛載點(diǎn)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的環(huán)境信息傳感器包括形變傳感器、壓力傳感器、空氣溫濕度傳感器、CO傳感器、光線傳感器和煙霧傳感器;所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端由MSP430F5438及其外圍電路構(gòu)成;所述MSP430F5438與信號轉(zhuǎn)換電路連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的物聯(lián)網(wǎng)信息核心處理終端通過TTL通信系統(tǒng)和信息傳輸終端交互。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的信息傳輸終端包括GPRS DTU、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的上位機(jī)信息存儲(chǔ)、分析和預(yù)警發(fā)布終端包括信息存儲(chǔ)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、上位機(jī)信息處理軟件模塊、信息展示預(yù)警平臺(tái)和手機(jī)客戶端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于物聯(lián)網(wǎng)的隧道環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于:所述的環(huán)境傳感器固定方式如下: A、將基座分別位于隧道內(nèi)兩側(cè)，且通過錨桿將基座固定在隧道兩側(cè)的下端，使得基座上的插孔設(shè)置向上； B、在拱形彈性連接桿的中部固定環(huán)境信息傳感器，傳感器位于拱形彈性連接桿下端面，防止在拱形彈性連接桿安裝時(shí)傳感器觸及隧道內(nèi)壁，并將環(huán)境信息傳感器的引線將沿拱形彈性連接桿的引到連接桿的下端； C、將拱形彈性連接桿通過人工傾斜后緩慢移入到隧道內(nèi)，然后到達(dá)對應(yīng)的基座之后，將拱形彈性連接桿扶正，且將拱形彈性連接桿的兩端插入到插桿內(nèi)； D、然后將楔形板伸入到插孔內(nèi)，并使楔形板位于拱形彈性連接桿內(nèi)側(cè)，用于限位拱形彈性連接桿端部使齒輪與拱形彈性連接桿的齒條端配合;然后插入銷軸孔進(jìn)行固定； E、通過棘輪裝置轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪慢慢的將拱形彈性連接桿的兩端向上推動(dòng)，將拱形彈性連接桿的上端面緊貼隧道內(nèi)壁，不會(huì)對隧道的內(nèi)壁進(jìn)行破壞。
【文檔編號】G01D21/02GK105823510SQ201610175208
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】亓桂峰, 張慶雷, 柳平增, 王雪, 崔寧寧, 徐琳, 徐劍
【申請人】山東農(nóng)業(yè)大學(xué)