一种隧道运营异常检测装置及系统的制作方法

1.本技术涉及隧道运维安全设施的技术领域，具体而言，涉及一种隧道运营异常检测装置及系统。


背景技术：

2.随着城市化进程的快速推进，城市交通拥堵问题也愈发严重，而城市隧道是解决城市拥堵问题的重要一环。隧道作为一种较为封闭的构筑物，其运营环境十分复杂，容易发生交通事故，且一旦发生事故其后果也更为严重，因此如何使隧道更加安全、高效的运营是一个极为重要的问题。针对隧道的日常运营管理，如何快速、高效地检测到隧道运营中的异常情况成为一个重要的研究课题。
3.当前隧道运营过程中的异常事件检测还停留在较为传统的方式，主要依赖于现场管理人员对监控画面的实时监控，对于人力、物力有极大的消耗，且人工监控的方式难以保证全天候监控，漏检率很高，难以保证检测的速度与时效。进而隧道运营过程中一旦出现事故，运管单位很难在第一时间采取有效措施及启动相关预案来防止事故范围扩大。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种隧道运营异常检测装置及系统，其能够快速、准确发现隧道内异常情况并提供预警提示，节省人力物力；且可以适配不同的隧道现场情况。
5.本技术的实施例是这样实现的：
6.本技术第一方面提供了一种隧道运营异常检测装置，该装置包括：壳体与集成电路基板，集成电路基板设于壳体内，集成电路基板包括主控制模块、机电设备信号采集模块、环境参数检测模块、无线通信模块以及边缘计算模块。主控制模块用于输出控制信号；机电设备信号采集模块与主控制模块连接，用于采集设备实时数据；环境参数检测模块与主控制模块连接，用于采集环境实时数据；边缘计算模块与主控制模块连接，用于输出预测结果；无线通信模块与主控制模块连接，用于发送预测结果、设备实时数据与环境实时数据。
7.于一实施例中，集成电路基板还包括电源，电源与主控制模块、机电设备信号采集模块、环境参数检测模块、无线通信模块以及边缘计算模块连接，用于提供电流。
8.于一实施例中，集成电路基板还包括散热模块，与主控制模块连接，用于对集成电路基板散热。
9.于一实施例中，集成电路基板还包括开关电路，与主控制模块连接，用于控制集成电路基板的电路通断。
10.于一实施例中，机电设备信号采集模块包括通风设备与照明设备，与主控制模块连接，通风设备用于检测扇叶正转或反转、转速、风量、风压或噪声；照明设备与主控制模块连接，照明设备用于检测当前照明亮度值。
11.于一实施例中，机电设备信号采集模块还包括消防设备与交通设备，消防设备与
主控制模块连接，消防设备用于检测消防设备的电路是否畅通；交通设备与主控制模块连接，交通设备用于检测信号灯状态为通行或禁止通行。
12.于一实施例中，环境参数检测模块包括：照度检测单元，与主控制模块连接，用于检测隧道内亮度值；风速检测单元，与主控制模块连接，用于检测隧道内风速值；能见度检测单元，与主控制模块连接，用于检测隧道内能见度值；温度湿度检测单元，与主控制模块连接，用于检测隧道内温度湿度值。
13.于一实施例中，环境参数检测模块包括有毒气体检测单元，与主控制模块连接，用于检测隧道内有毒有害气体。
14.本技术第二方面提供了一种隧道运营异常检测系统，该系统包括本技术第一方面任一实施例的隧道运营异常检测装置以及数据平台；数据平台与隧道运营异常检测装置连接，用于接收预测结果、设备实时数据与环境实时数据。
15.于一实施例中，隧道运营异常检测系统还包括预警装置，预警装置与数据平台连接，用于发送预警提示。
16.本技术与现有技术相比的有益效果是：本技术提供的隧道运营异常检测装置及系统，可适配不同的隧道现场状况，并根据隧道已有机电设备和环境检测仪器，进行及时准确的异常情况检测与预警提示，本技术节省了人力、物力，具有较好的经济效益。另外，本技术具有产品的多功能集成、设计个性化、使用方便、性价比高的特点，适合大规模推广应用。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
18.图1为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测装置的结构示意图；
19.图2为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测装置的结构示意图；
20.图3为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测系统的结构示意图。
21.图标：1-隧道运营异常检测系统；10-隧道运营异常检测装置；11-数据平台；100-壳体；110-集成电路基板；111-主控制模块；112-机电设备信号采集模块；1121-通风设备；1122-照明设备；1123-消防设备；1124-交通设备；113-环境参数检测模块；1131-有毒气体检测单元；1132-易燃易爆气体检测单元；1133-照度检测单元；1134-风速检测单元；1135-能见度检测单元；1136-温度湿度检测单元；114-边缘计算模块；115-无线通信模块；116-电源；117-散热模块；118-开关电路；12-预警装置。
具体实施方式
22.术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
24.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术的限制。
25.在本技术的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
26.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
27.请参照图1，其为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测装置10的结构示意图。如图1所示，本技术提供了一种隧道运营异常检测装置10，该装置包括：壳体100与集成电路基板110。其中，集成电路基板110设于壳体100。集成电路基板110上设有主控制模块111、机电设备信号采集模块112、环境参数检测模块113、无线通信模块115以及边缘计算模块114一系列实现不同功能的硬件模块。
28.其中，机电设备信号采集模块112与主控制模块111连接，用于采集隧道内的机电设备的设备实时数据；环境参数检测模块113与主控制模块111连接，用于采集隧道内的各个环境检测单元的环境实时数据；边缘计算模块114与主控制模块111连接，用于根据设备实时数据与环境实时数据，运行异常判定算法并输出运营是否异常的预测结果；无线通信模块115与主控制模块111连接，用于基于边缘计算模块114输出的预测结果，发送预测结果及相关的设备实时数据、环境实时数据。
29.于一应用过程中，机电设备信号采集模块112、环境参数检测模块113主控制模块111连接，将采集到的数据直接、或通过主控制模块111间接传输到边缘计算模块114。主控制模块111发送控制信号，控制边缘计算模块114定时运行基于机器学习的隧道运营异常检测算法，该算法是对整体样本数据结构的一种表达方式，这种表达方式通常抓住的是整体样本一般性的性质，而那些在这些性质上表现完全与整体样本不一致的点，我们就称其为异常点。异常点的生成机制与整体样本完全不一致，而异常检测算法对异常点极为敏感，因此可以较好的捕捉到不同于正常情况的异常数据。运行算法后，边缘计算模块114给出当前隧道运营状态处于正常或异常状态。
30.当算法模型预测为异常状态时，主控制模块111控制无线通信模块115将异常的相关数据(包括异常的预测结果及相关的设备实时数据、环境实时数据、异常设备编号等)上传。
31.隧道运营异常检测装置10可检测隧道内设备运行状态和环境参数，并在边缘计算模块114上基于综合数据运行相应异常检测算法。算法运行时间可自由设定，如设定为每30秒自动运行一次，并且基于数据的不间断产生，该算法模型的训练数据也不断更新，模型进一步更新完备。如果算法模型预测结果为异常，装置内无线通信模块115发送异常的相关数据(包括异常的预测结果及相关的设备实时数据、环境实时数据、异常设备编号等)到其他装置。
32.请参照图2，其为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测装置10的结构示意图。请结合图1、图2所示，集成电路基板110还包括电源116，散热模块117与开关电路118。其中，
电源116与主控制模块111、机电设备信号采集模块112、环境参数检测模块113、无线通信模块115、边缘计算模块114、散热模块117以及开关电路118等硬件模块连接，用于向各个硬件模块提供电能或电流。
33.散热模块117与开关电路118也分别与主控制模块111连接，散热模块117用于基于主控制模块111发出的散热指令，用于对集成电路基板110上的各个硬件模块及壳体100散热，避免集成电路基板110及相关设备在运行过程中出现过热现象。开关电路118用于基于主控制模块111发出的开关控制指令，控制集成电路基板110的电路通断。主控制模块111主要通过输出控制信号控制开关电路118与散热模块117的通断，来实现散热功能或开关电路118的通断功能。
34.机电设备信号采集模块112可根据不同隧道现场的机电设备配置情况进行灵活组装，于一实施例中，机电设备信号采集模块112可以根据现场情况选择最优化的设备组网方式，也根据隧道管理需求选择可靠的数据传输方式。
35.于一实施例中，机电设备信号采集模块112包括但不限于以下几类设备，且设备类型可根据现场配置情况自由组合，机电设备信号采集模块112包括通风设备1121、照明设备1122，消防设备1123与交通设备1124。各个设备分别通过网络或其他通讯方式与主控制模块111建立连接，用以传输不同设备检测到的不同类型设备实时数据。
36.其中，通风设备1121用于检测通风设备1121的电路是否畅通、通风设备1121的扇叶正转或反转、设备转速、设备风量、风压、噪声等；照明设备1122用于检测当前设备电路是否畅通、当前照明亮度值等；消防设备1123用于检测消防设备1123的电路是否畅通；交通设备1124用于检测交通设备1124的电路是否畅通、信号灯状态为通行或禁止通行、限速牌数值等。
37.于本技术的其他实施例中，机电设备信号采集模块112还可以包括视频图像设备、广播系统设备等。
38.环境参数检测模块113可根据不同隧道现场环境情况进行灵活配置。环境参数检测模块113根据现场情况选择最优化的检测模块组网方式，也可以根据隧道管理需求选择可靠的数据传输方式。于一实施例中，环境参数检测模块113包括有毒气体检测单元1131、易燃易爆气体检测单元1132、照度检测单元1133、风速检测单元1134、能见度检测单元1135、温度湿度检测单元1136等，各个检测单元分别通过网络或其他方式与主控制模块111建立连接，用以传输不同检测单元检测到的不同类型的环境实时数据，检测单元的类型和数量可根据现场环境情况另外自由组合。
39.其中，有毒气体检测单元1131用于检测隧道内co、no2等有毒有害气体，可以从一定程度上反映隧道内环境安全度，反映危化品运输车的安全情况，且与通风设备1121运行数据具有相关性。
40.照度检测单元1133用于检测隧道内亮度值，可以从一定程度上反映隧道内视野情况，反映是否有异常光亮现象如火灾等。风速检测单元1134用于检测隧道内风速值，可以反映隧道内通风情况，与有毒有害气体数据具有关联性。能见度检测单元1135用于检测隧道内能见度值，反映隧道内视野情况，与隧道内烟雾及火灾情况具有关联性。温度湿度检测单元1136用于检测隧道内温度湿度值，可以从一定程度上反映隧道内是否存在温度异常如火灾等情况，同时还可以反映隧道内环境受气象影响的情况。
41.请参照图3，其为本技术一实施例示出的隧道运营异常检测系统1的结构示意图。如图3所示，本技术还提供了一种隧道运营异常检测系统1，该系统包括本技术上述任一实施例提供的隧道运营异常检测装置10，以及数据平台11；数据平台11与至少一个隧道运营异常检测装置10连接，用于接收预测结果、设备实时数据与环境实时数据等。
42.在实际应用过程中，隧道运营异常检测装置10沿隧道方向间隔预设距离分布设置在隧道墙壁，并通过有线或无线方式接入隧道现有设备与检测单元、以采集设备实时数据或环境实时数据；隧道运营异常检测装置10可检测隧道内设备运行状态和环境参数，并通过边缘计算模块114综合各项数据以运行相应的异常检测算法、并输出对应的预测结果。异常检测算法的运行时间可自由设定，如设定为每30秒自动运行一次。
43.基于设备实时数据或环境实时数据的不间断产生，该算法模型的训练数据也不断更新，异常检测算法模型进一步更新完备，边缘计算模块114输出的预测结果也更加准确。如果预测结果为异常，隧道运营异常检测装置10内无线通信模块115会发送异常数据和异常设备编号到数据平台11；数据平台11内存有隧道设备编号、设备编号对应的隧道位置信息、设备数据和环境检测数据的正常值范围，在接收隧道运营异常检测装置10上传的异常数据后，数据平台11根据详细的预警数据和相应设备测值范围，提供预警信息的初步分析判断、给出对应的预警处置方案，并通知隧道运营管理人员。
44.于一实施例中，隧道运营异常检测系统1还包括预警装置12，预警装置12安装于隧道入口或隧道内部，且与数据平台11连接，用于发送预警提示。
45.在实际应用过程中，在隧道运营管理人员确认预警信息后，隧道提示装置接收数据平台11发送的预警信息和推荐预案措施，并通过语音、图像或信号灯的方式执行预案，提示进入隧道的车辆采取相应措施。
46.本技术提供的隧道运营异常检测装置10及隧道运营异常检测系统1，可适配不同的隧道现场状况，并根据隧道内已有机电设备和环境检测仪器进行异常检测，其通用性与适配性更强。隧道运营异常检测装置10基于机器学习算法，具有自学习和智能改进的特点，随着数据积累和更新，针对运营中的异常检测的准确率也更加可靠和精准，且具有极强的实时性，可以在异常发生的第一时间进行预警，为隧道事故救援提供宝贵的时间窗口。
47.另外，本技术通过自动化数据分析，避免了传统运营异常检测系统应用时人眼对实时监控画面的漏检，提升了异常检测的可靠度、节省了人力、物力的投入，具有较好的经济效益。本技术具有产品的多功能集成、设计个性化、使用方便、性价比高的特点，适合大规模推广应用。
48.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。