隧道无线智能监控装置的制作方法

本发明涉及铁路隧道监控领域，具体地，涉及一种隧道无线智能监控装置。

背景技术：

目前，现有铁路隧道监控方式，主要存在以下的问题：

一是目前中长大隧道(特别是铁路隧道)中普遍存在对地质变化、照明、环境质量监控不到位等问题。

二是普通监控系统存在隧道内布线施工困难的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种隧道无线智能监控装置，以实现至少部分的解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本发明技术方案提供了一种隧道无线智能监控装置，包括监控中心、无线通信设备和智能监控单元，所述监控中心与所述无线通信设备通信连接，所述无线通信设备和智能监控单元内均设置无线通信电路，所述无线通信设备和智能监控单元通过无线通信电路通信连接。

优选的，所述智能监控单元为多个，多个所述智能监控单元之间通过无线通信电路通信连接。

优选的，所述无线通信设备采用gprs/lte通信终端，所述无线通信电路采用无线数传电台。

优选的，所述智能监控单元，包括微控制器、开关量采集电路、电压电流采集电路、空气烟尘检测电路、水浸传感器、明火传感器、落石检测电路、隧道形变检测电路、风机控制电路和照明控制电路，所述开关量采集电路、电压电流采集电流、空气烟尘检测电路、水浸传感器、明火传感器、落石检测电路、隧道形变检测电路、风机控制电路和照明控制电路均与微控制器电连接。智能监控单元还包括温湿度传感器电路，温湿度传感器电路与微控制器连接。

优选的，所述电压电流采集电路，包括电流互感器t1、运放器u1a、运放器u1b、运放器u1d和并联稳压二极管dd1，所述电流互感器t1的一个输出端与运放器u1a的反相输入端之间串联电阻r15，所述电流互感器t1的的两个输出端之间串联滑动变阻器w2，所述串联滑动变阻器w2的可调端与运放器u1a的反相输入端之间串联电阻r15，所述运放器u1a的同相输入端与地之间串联电阻r19，所述运放器u1a的反相输入端与输出端之间串联电阻r11，所述运放器u1a的输出端与所述运放器u1b的反相输入端之间串联电阻r16,所述运放器u1b的同相输入端与地之间串联电阻r17，所述运放器u1b的反相输入端与输出端之间串联电阻r13，所述运放器u1b的反相输入端与所述运放器u1d的输出端之间串联电阻r12，所述运放器u1d的反相输入端与输出端之间串联电阻r1，所述运放器u1d的同相输入端与地之间串联电阻r10，所述运放器u1d的反相输入端与滑动变阻器w1的可调端连接，所述滑动变阻器w1串联在并联稳压二极管dd1的两端。

优选的，所述开关量采集电路为8路。

优选的，所述多个智能监控单元之间，采用远距离无线电台的自组织通信网络，当某个通讯节点故障后，通信网络自动跳过该故障节点实现网络重组，避免单个节点故障造成整个通信网络瘫痪。

优选的，所述智能监控单元采集的信息通过所述无线通信电路发送至无线通信设备，所述无线通信设备将接收的信息发送至监控中心；所述监控中心的控制命令发送至无线通信设备，所述无线通信设备通过所述无线通信电路将控制命令发送至所述智能监控单元。

优选的，所述监控中心，用于对接收的来自智能监控单元采集的信息进行数据融合与状态预警。

本发明的技术方案具有以下有益效果：

本发明的技术方案通过设置无线通信设备和无线通信电路，监控中心与无线通信设备通信连接，无线通信设备和智能监控单元通过无线通信电路通信连接。各个设备之间完全用无线方式连接，从而解决了隧道内布线施工困难的问题。

而通过在智能监控单元上设置多个传感器和检测电路，对隧道进行多方位的实时监控，从而解决了中长大隧道(特别是铁路隧道)中普遍存在对地质变化、照明、环境质量监控不到位等问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例所述的隧道无线智能监控装置的示意图；

图2为本发明实施例所述的智能监控单元的原理框图；

图3为本发明实施例所述的微控制器的电子电路图；

图4为本发明实施例所述的无线数传电台的电子电路图；

图5为本发明实施例所述的gprs/lte通信终端的电子电路图；

图6为本发明实施例所述的电压电流采集电路的电子电路图；

图7为本发明实施例所述的开关量采集电路的电子电路图；

图8为本发明实施例所述的温湿度传感器电路的电子电路图。

图9为本发明实施例所述的空气烟尘检测电路的电子电路图。

具体实施方式

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种隧道无线智能监控装置，包括监控中心、无线通信设备和智能监控单元，所述监控中心与所述无线通信设备通信连接，所述无线通信设备和智能监控单元内均设置无线通信电路，所述无线通信设备和智能监控单元通过无线通信电路通信连接。

所述监控中心在远端控制中心可实现对隧道内的现场数据采集、现场设备远程控制、数据分析、图形化显示、报警和预警输出、现场设备监测、历史记录等功能。

优选的，所述智能监控单元为多个，多个所述智能监控单元之间通过无线通信电路通信连接。

优选的，所述无线通信设备采用gprs/lte通信终端，所述无线通信电路采用无线数传电台。

在具体的应用场景中，监控中心与无线通信设备之间通过移动网络如gprs/lte等远距离无线通信方式通信，智能监控单元之间以及智能监控单元和无线通信设备之间采用无线数传电台进行无线通信。

优选的，如图2所述，所述智能监控单元，包括微控制器、开关量采集电路、电压电流采集电路、空气烟尘检测电路、水浸传感器、明火传感器、落石检测电路、隧道形变检测电路、风机控制电路和照明控制电路，所述开关量采集电路、电压电流采集电流、空气烟尘检测电路、水浸传感器、明火传感器、落石检测电路、隧道形变检测电路、风机控制电路和照明控制电路均与微控制器电连接。

智能监控单元中各个电路或传感器的电路图如图3至图9所示。

水浸传感器采用昆仑海岸的js-hp-1c，烟雾传感器采用昆仑海岸的jty-lz-1424，明火传感器采用昆仑海岸的fs-2000e。

智能监控单元包括8路开关量采集电路。

在一个具体的应用场景中，智能监控单元包括2路电压电流采集电路，1路空气烟尘采集电路，1路明火采集电路，1路水浸采集电路，1路落石采集电路，1路隧道形变采集电路，2路通风风机控制电路和2路照明控制电路。

照明通风控制主要实现点灯状态采集和点灯控制以及通风状态采集和通风控制功能。推荐隧道内每公里设置1个智能监控单元控制1公里内的照明电路，并采集照明及电路状态。在隧道上下行入口处各设置1个智能监控单元控制通风风机机组，并采集通风及风机状态。

在一个具体的应用场景中，可以在隧道两端各设置1个gprs/lte通信终端，通信终端可设置在洞口一公里内的移动信号较好的位置。

隧道内每公里设计1个智能监控单元，可实时监测隧道内烟雾和可见度，实现隧道气体环境的实时监测，并将隧道环境条件实时上传给监控中心，以便于管理调度部门监控。通过配置的方式设置报警阈值，实时提示隧道内环境状况，为作业人员人身健康提供实时报警提示，为通风控制提供条件。

隧道内每公里设计1个智能监控单元，可实时监测隧道内水浸情况，实现隧道水浸环境的实时监测，并将隧道环境条件实时上传给监控中心，以便于管理调度部门监控。

隧道内每公里设计1个智能监控单元，可实时明火检测，将检测结果实施传递给监控中心，并根据情况进行报警。

在隧道内拱顶下沉，洞壁变形，围岩失稳等危害可能发生的地方设计隧道形变检测电路及落石检测电路，由智能监控单元进行信息采集并将检测结果实施传递给监控中心。

监控中心可以通过人机界面远程人工控制隧道内照明及通风。

智能监控单元可以实现隧道内的地质变化情况、空气质量、温湿度、水侵、明火、照明、落石信息进行采集。

智能监控单元可以实现照明、通风、报警控制，实现隧道环境智能化控制。

优选的，如图6所示，所述电压电流采集电路，包括电流互感器t1、运放器u1a、运放器u1b、运放器u1d和并联稳压二极管dd1，所述电流互感器t1的一个输出端与运放器u1a的反相输入端之间串联电阻r15，所述电流互感器t1的的两个输出端之间串联滑动变阻器w2，所述串联滑动变阻器w2的可调端与运放器u1a的反相输入端之间串联电阻r15，所述运放器u1a的同相输入端与地之间串联电阻r19，所述运放器u1a的反相输入端与输出端之间串联电阻r11，所述运放器u1a的输出端与所述运放器u1b的反相输入端之间串联电阻r16,所述运放器u1b的同相输入端与地之间串联电阻r17，所述运放器u1b的反相输入端与输出端之间串联电阻r13，所述运放器u1b的反相输入端与所述运放器u1d的输出端之间串联电阻r12，所述运放器u1d的反相输入端与输出端之间串联电阻r1，所述运放器u1d的同相输入端与地之间串联电阻r10，所述运放器u1d的反相输入端与滑动变阻器w1的可调端连接，所述滑动变阻器w1串联在并联稳压二极管dd1的两端。

优选的，所述开关量采集电路为8路。

优选的，所述多个智能监控单元之间，采用远距离无线电台的自组织通信网络，当某个通讯节点故障后，通信网络自动跳过该故障节点实现网络重组，避免单个节点故障造成整个通信网络瘫痪。

优选的，所述智能监控单元采集的信息通过所述无线通信电路发送至无线通信设备，所述无线通信设备将接收的信息发送至监控中心；所述监控中心的控制命令发送至无线通信设备，所述无线通信设备通过所述无线通信电路将控制命令发送至所述智能监控单元。

优选的，所述监控中心，用于对接收的来自智能监控单元采集的信息进行数据融合与状态预警。

监控中心，实现多信息的数据融合与状态预警，通过对中长大隧道内的形变、空气质量、水侵、震动等众多传感器的信息实时本地采集和监测，采用分布式无线智能监控和远程监测技术，通过将众多信息的融合处理，对状态数据的趋势自动进行分析和预测，及时给出状态预警和报警信息，并将重要的安全信息及时传送给其他安全系统，提高现有隧道内的异常状态实时监测能力。

综上所述，本发明适合于长大隧道环境的远距离无线通信网络，解决隧道内布设电缆作业困难和成本高的问题。通过远距离无线通信技术，实现隧道内部的无线自组织通信网络，并可接入既有系统网络，实现远程的监控。基于模块化、组件化的设计思想，实现隧道智能化的照明控制、通风监控、地质环境监测等智能监控单元。研发具有地质状态采集、智能化通风系统控制、照明控制等功能智能监控单元。不仅实现设备远程控制，而且实现设备自检，对监控单元故障及电路、风机故障进行报警，以便于隧道内的施工和故障维修。实现智能化通风系统控制，依据隧道环境监测状态和实时控制命令智能控制通风系统的运行。根据隧道烟雾及可见度情况，当空气污染指标达到一定程度时自动启动通风风机，进行隧道通风；隧道内空气条件良好后自动关闭通风风机，避免风机无效运行。通风控制单元通信采用无线通信方式，可通过控制中心或终端实现远程风机控制及隧道内的遥控控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。