一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统的制作方法

1.本实用新型涉及隧道掘进机通信技术领域，尤其涉及一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统。


背景技术：

2.现如今的信息社会是建立在运营商的宽带、3g/4g/5g和卫星定位网络的基础上的，这些基础无线网络一般难以延伸至地下，天然造成了在建隧道网络缺失，导致隧道内的信息化、数字化水平较低。加之现阶段卫星定位网络难以进入隧道，定位技术在隧道内应用也很少。另外在隧道建设期间，3g/4g/5g无线移动网络难以建设，主要因为3g/4g/5g建设周期过长，运营商还需考虑收益状况。因此在隧道建设期间，往往难以建设3g/4g/5g网络，多采用自组网。
3.目前自组网多采用传统的壁挂安装部署方式。由于隧道掘进是一个动态前移的过程，传统的无线网络布设方式多为固定在墙壁或者洞壁的某个位置，随着隧道不断掘进，固定的网络覆盖区域无法在覆盖到掌子面施工区域，就需要在隧道建设过程中，不断的往前架设通信设备，或者将就的设备拆除移到前边，例如现有技术通常是隧道掘进200米，往前架设一台通信设备和天线，光纤跟着通信设备一直往前移，以保证无线网络覆盖和接入。该过程需要隧道掘进的一年甚至几年间频繁组织，十分繁琐且耗人耗力，导致了目前建设中的隧道网络覆盖较少、隧道内的信息化、数字化水平较低，各类信息系统、检测系统等在洞应用困难。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。
5.为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统，能够方便快捷地实现隧道全洞动态无线网络覆盖。
6.为了实现上述目的，本实用新型第一方面实施例的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统，包括光纤、设置在掘进机上的车载网络设备和设置在隧道口的洞口网络设备；
7.所述光纤用于进行信号传输，所述光纤以光纤卷的方式布置于掘进机中，以在掘进机的掘进过程中收放光纤；
8.所述车载网络设备包括多个车载交换机、多个车载ap基站和多个车载无线转换器，各车载交换机的一端与光纤连接，各车载交换机的另一端连接对应的车载ap基站，各车载ap基站与对应的无线转换器连接，多个车载无线转换器包括设置在掘进机多个台车的第一车载无线转换器和设置在尾号台车的第二车载无线转换器，所述车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现在掘进全过程中全洞动态无线网络覆盖，其中所述第一车载无线转换器用于实现掘进全过程中全洞掌子面附近在掘区域动态移动无线网络覆盖，所述第二车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现掘进全过程中全洞的已掘进区域的动态移动无线
网络覆盖；
9.所述洞口网络设备包括洞口交换机、洞口ap基站和洞口无线转换器，所述洞口交换机通过所述光纤与所述车载交换机连接，所述洞口交换机还与运营商局端连接，所述洞口ap基站与所述洞口无线转换器连接。
10.根据本实用新型实施例的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统，全洞动态无线网络覆盖系统中光纤进行信号传输，光纤以光纤卷的方式布置于掘进机中，以在掘进机的掘进过程中收放光纤；车载网络设备包括多个车载交换机、车载ap基站和车载无线转换器，车载交换机一端连接光纤，另一端经车载ap基站与无线转换器连接；多个车载无线转换器包括设置在掘进机多个台车的第一车载无线转换器和设置在尾号台车的第二车载无线转换器，车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现在掘进全过程中全洞动态无线网络覆盖，其中第一车载无线转换器用于实现掘进全过程中全洞掌子面附近在掘区域动态移动无线网络覆盖，第二车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现掘进全过程中全洞的已掘进区域的动态移动无线网络覆盖；洞口网络设备包括洞口交换机、洞口ap基站和洞口无线转换器，洞口交换机通过光纤与车载交换机连接，洞口交换机还与运营商局端连接，洞口ap基站与洞口无线转换器连接。在这种情况下，利用车载无线转换器和洞口无线转换器实现了掌子面附近在掘区域和已掘进区域的全区域动态移动无线网络覆盖，利用光纤卷实现掘进机的掘进过程中光纤的收放，避免了随着掘进的加深人为拆除移动设备带来的工程繁琐且耗人耗力的问题，由此，能够方便快捷地实现隧道全洞动态无线网络覆盖。
11.在本实用新型的一个实施例中，所述第二车载无线转换器和所述洞口无线转换器为天线，所述天线通过馈线与对应的ap基站连接。
12.在本实用新型的一个实施例中，所述第二车载无线转换器和所述洞口无线转换器为一条泄漏电缆。
13.在本实用新型的一个实施例中，所述第一车载无线转换器为天线或泄漏电缆。
14.在本实用新型的一个实施例中，所述天线通过功分器与所述车载ap基站连接，所述泄漏电缆通过馈线与所述车载ap基站连接。
15.在本实用新型的一个实施例中，所述全洞动态无线网络覆盖系统还包括设置在隧道拐弯处的辅助网络设备，所述辅助网络设备包括辅助交换机、无线中继器和辅助无线转换器，所述辅助交换机通过所述光纤分别与所述车载交换机和所述洞口交换机连接，所述无线中继器分别与所述辅助交换机和所述辅助无线转换器连接。
16.在本实用新型的一个实施例中，所述辅助无线转换器为多个天线或泄漏电缆。
17.在本实用新型的一个实施例中，所述全洞动态无线网络覆盖系统通过wifi、zigbee、蓝牙、4g/5g方式中的至少一种与隧道内的各终端进行通信。
18.在本实用新型的一个实施例中，所述全洞动态无线网络覆盖系统采用uwb定位、蓝牙中的至少一种定位技术。
19.在本实用新型的一个实施例中，所述光纤为铠装光纤。
20.本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，
22.图1为本实用新型实施例所提供的一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统的场景示意图；
23.图2为本实用新型实施例所提供的一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统的框图；
24.图3为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第一局部示意图；
25.图4为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第二局部示意图；
26.图5为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第三局部示意图；
27.图6为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第四局部示意图。
具体实施方式
28.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。
29.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本实用新型中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
31.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
32.下面参考附图描述根据本实用新型实施例的用于隧道掘进全过程的全洞动态无
线网络覆盖系统。
33.本实用新型提出了一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统，主要目的在于方便快捷地实现隧道全区域(即全洞)动态无线网络覆盖。本实用新型的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统可以简称为全洞动态无线网络覆盖系统。
34.图1为本实用新型实施例所提供的一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统的场景示意图。图2为本实用新型实施例所提供的一种用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统的框图。
35.如图1所示，本实施例中的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统包括嵌于主体施工设备的一部分通信设备和在隧道洞口处布设的通信设备，嵌于主体施工设备的通信设备用于设备内部的无线覆盖和掌子面附近在掘区域动态移动无线网络覆盖；在主体施工设备尾号台车嵌入的通信设备用于覆盖掘进后的区域，在隧道洞口处布设通信设备，用于向洞内做无线网络覆盖，掘进机向前掘进时，带着其内嵌的各通信设备向前移动，整个无线网络时刻随着主体施工设备向前移动，通过主体施工设备尾部的通信设备向洞口方向持续形成无线网络覆盖，与隧道洞口的通信设备向洞内覆盖的无线网络形成接轨，以时刻保持着整个洞内的无线网络覆盖。
36.具体地，在本实施例中，如图2所示，用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统10包括车载网络设备11、光纤12和洞口网络设备13等通信设备。其中，车载网络设备11设置在掘进机上。洞口网络设备13设置在隧道口处。
37.在本实施例中，车载网络设备包括多个车载交换机、多个车载ap基站和多个车载无线转换器，各车载交换机的一端分别与光纤连接，各车载交换机的另一端连接对应的车载ap基站，各车载ap基站与对应的无线转换器连接，多个车载无线转换器包括设置在掘进机多个台车的第一车载无线转换器和设置在尾号台车的第二车载无线转换器，车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现在掘进全过程中全洞动态无线网络覆盖，其中第一车载无线转换器用于实现掘进全过程中全洞掌子面附近在掘区域动态移动无线网络覆盖，第二车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现掘进全过程中全洞的已掘进区域的动态移动无线网络覆盖。
38.易于理解地，车载交换机、车载ap基站和车载无线转换器即为设置在掘进机上的交换机、ap基站和无线转换器。无线转换器用于将ap基站输出的导行波和无界媒介(通常自由空间)中传播的电磁波进行相互转化。掘进机包括盾构机、多个台车等。各台车依次相连，首号台车连接盾构机。
39.在一些实施例中，交换机可以选择wifi、zigbee、蓝牙、4g/5g等不同制式的接入。
40.在一些实施例中，多个台车例如为21台。各台车的车号分别用g1、g2、
…
、g18、g19、g20、g21表示，其中g1为首号台车，g21为尾号台车。本实用新型中的台车数量不限于此。
41.在一些实施例中，多个车载交换机分别设置在首号台车、尾号台车等不同台车上。多个车载无线转换器包括设置在掘进机多个台车的第一车载无线转换器和设置在尾号台车的第二车载无线转换器。每个车载交换机连接一个车载ap基站。各车载ap基站通过馈线与对应的车载无线转换器连接。
42.在一些实施例中，第一车载无线转换器为天线或泄漏电缆。其中天线可以采用板状天线。板状天线或泄漏电缆嵌入式分布于多个台车上。例如板状天线或泄漏电缆布设于
首号台车g1至尾号台车g21的顶部。
43.在一些实施例中，天线可以通过功分器与车载ap基站连接，例如板状天线通过功分器与车载ap基站连接。泄漏电缆通过馈线与车载ap基站连接。
44.在一些实施例中，第二车载无线转换器可以为天线，天线通过馈线与对应的ap基站连接。例如天线可以是波束主瓣区域波束能量集中的八木天线，八木天线通过馈线与对应的ap基站连接。
45.图3为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第一局部示意图，图4为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第二局部示意图。
46.在一些实施例中，如图3所示，在尾号台车g21内设置有交换机、ap基站和八木天线，其中，交换机的一端与光纤连接，交换机的另一端与ap基站连接，八木天线通过馈线与ap基站连接。在这种情况下，能够实现尾号台车g21后的已掘进区域的无线覆盖。
47.在一些实施例中，如图4所示，在首号台车g1内设置有交换机、ap基站和泄漏电缆，其中，交换机的一端通过光纤与尾号台车g21的交换机连接，交换机的另一端与ap基站连接，泄漏电缆通过馈线与ap基站连接。泄漏电缆嵌入式分布于首号台车g1至尾号台车g21中。在这种情况下，能够实现首号台车g1至尾号台车g21的所在区域的无线覆盖。
48.在本实施例中，车载网络设备还包括全向天线。全向天线设置于盾构机主机中。全向天线与首号台车g1的ap基站连接，用于实现盾构机所在区域的无线覆盖。
49.图5为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第三局部示意图。在一些实施例中，如图5所示，盾构机主机内嵌有全向天线，全向天线通过馈线与首号台车g1的ap基站连接。
50.在本实施例中，光纤用于进行信号传输，光纤以光纤卷的方式布置于掘进机中，以在掘进机的掘进过程中收放光纤。
51.在一些实施例中，光纤为铠装光纤。
52.在一些实施例中，如图3所示，光纤卷布置在尾号台车g21内，随着尾号台车g21的移动，光纤卷内的光纤进行收放。另外，尾号台车g21内的交换机通过光纤卷收放的光纤与洞口网络设备的交换机连接。
53.在本实施例中，洞口网络设备包括洞口交换机、洞口ap基站和洞口无线转换器，洞口交换机通过光纤与车载交换机连接，洞口交换机还与运营商局端连接，洞口ap基站与洞口无线转换器连接。
54.易于理解地，运营商局端(isp)用于提供互联网接入业务、信息业务和增值业务。
55.在一些实施例中，洞口无线转换器为天线，该天线例如为八木天线。该八木天线可以通过馈线与洞口ap基站连接。
56.易于理解地，洞口交换机、洞口ap基站和洞口无线转换器即为设置在隧道洞口处的交换机、ap基站和无线转换器。
57.在一些实施例中，如图3所示，在隧道洞口处设置有洞口网络设备，洞口网络设备包括交换机、ap基站和八木天线，其中，交换机的一端通过光纤与尾号台车g21内的交换机连接，交换机的另一端与ap基站连接，八木天线通过馈线与ap基站连接。在这种情况下，能够通过八木天线向洞内做无线网络覆盖。其中尾号台车g21的八木天线的无线范围与洞口网络设备的八木天线的无线范围动态接轨，实现了已掘进区域的无线覆盖，且尾号台车g21
的八木天线内嵌于掘进机内随车移动，免于频繁布设，节省了时间和人力成本。
58.在另一些实施例中，第二车载无线转换器和洞口无线转换器为一条泄漏电缆，泄漏电缆以泄漏电缆线卷的方式布置于掘进机的尾号台车中，以在掘进机的掘进过程中收放泄漏电缆。在这种情况下，掘进过程中，泄漏电缆从隧道洞口处覆盖至尾号台车处，能够通过泄漏电缆实现了已掘进区域的无线覆盖。
59.在一些实施例中，全洞动态无线网络覆盖系统还包括设置在隧道拐弯处的辅助网络设备，辅助网络设备包括辅助交换机、无线中继器和辅助无线转换器，辅助交换机通过光纤分别与车载交换机和洞口交换机连接，无线中继器分别与辅助交换机和辅助无线转换器连接。
60.易于理解地，辅助交换机和辅助无线转换器即为设置在隧道拐弯处的交换机和无线转换器。
61.在一些实施例中，辅助无线转换器为多个天线或泄漏电缆。
62.图6为本实用新型实施例所提供的全洞动态无线网络覆盖系统的第四局部示意图。如图6所示，辅助无线转换器为2个八木天线。辅助网络设备包括交换机、无线中继器和2个八木天线，其中，交换机的一端通过光纤分别与尾号台车g21内的交换机和洞口交换机连接，交换机的另一端与无线中继器连接，2个八木天线分别通过馈线与无线中继器连接。在这种情况下，能够通过辅助无线转换器实现隧道拐弯处至尾号台车g21及隧道拐弯处至洞口的无线网络覆盖。
63.在一些实施例中，若存在多个隧道拐弯处，则各隧道拐弯处均设置有辅助网络设备，相邻隧道拐弯处的辅助网络设备的交换机通过光纤相互连接，距离尾号台车g21最近的隧道拐弯处的辅助网络设备的交换机通过光纤与尾号台车g21内的交换机连接，距离隧道洞口最近的隧道拐弯处的辅助网络设备的交换机通过光纤与洞口交换机连接。
64.在本实施例中，全洞动态无线网络覆盖系统通过wifi、zigbee、蓝牙、4g/5g等方式中的至少一种与隧道内的各终端进行通信。其中通信方式的选择可以根据实际需求确定。
65.在本实施例中，全洞动态无线网络覆盖系统采用uwb定位、蓝牙等至少一种定位技术。其中定位方式的选择可以根据实际需求确定。
66.在一些实施例中，全洞动态无线网络覆盖系统利用wifi、zigbee、蓝牙、4g/5g等方式，搭配uwb定位、蓝牙等无线定位技术，能够实现隧道建设的各类设备远程操作，甚至集约化远程操作，使得信息化、数字化、智能化和物联网技术等得以在隧道建设期间快速都在洞内应用。例如实现风机物联，监控氧含量，关闭风机节能；对轨道运输车、盾构机后配套的各类设备的联网和监控；实现远程维护、一建巡检、技术支持、远程操控、预测性维护等；还能够实现对智能安全帽的对讲、语音、视频通信、人员定位、人员健康检测等功能；还能够实现对移动设备的位置监控，状态监控等；能够安全、低成本、高效率地进行部分操作难度不大的设备的远程作业(都将大幅提高)等等。
67.在一些实施例中，本实施例的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统实现隧道全区域网络覆盖的过程如下：
68.在掘进机入洞时，将一部分通信设备(即车载网络设备)直接嵌入到盾构机、台车等主体施工设备内，光纤接入到主体施工设备尾号台车(例如掘进机尾号台车)上，随着主体施工设备尾号台车移动拉着光纤前移，主体施工设备中内嵌的一部分通信设备(例如第
一车载无线转换器)用于实现设备内部和全洞掌子面附近在掘区域的动态移动无线网络覆盖，主体施工设备尾号台车嵌入的通信设备(例如第二车载无线转换器)用于覆盖掘进后的区域(即已掘进区域)，同时在洞口处布设通信设备(例如洞口网络设备)，用于向洞内做无线网络覆盖。
69.将各设备搭建连接好后，掘进机向前掘进，带着其内嵌的各通信设备向前移动，整个无线网络时刻随着主体施工设备向前移动，通过主体施工设备尾部的通信设备向洞口方向持续形成动态移动无线网络覆盖，与安装在洞口的通信设备向洞内覆盖的无线网络形成接轨，以实现无缝漫游。这整个掘进过程中，整个已掘进区域的无线网络，由始发阶段的两个小区重叠覆盖，到掘进到深处的，两个小区形成接轨，从而保证在隧道掘进的全过程，时刻保持着整个洞内的动态无线网络覆盖。
70.根据本实用新型实施例的用于隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖系统，全洞动态无线网络覆盖系统中光纤进行信号传输，光纤以光纤卷的方式布置于掘进机中，以在掘进机的掘进过程中收放光纤；车载网络设备包括多个车载交换机、车载ap基站和车载无线转换器，车载交换机一端连接光纤，另一端经车载ap基站与无线转换器连接；多个车载无线转换器包括设置在掘进机多个台车的第一车载无线转换器和设置在尾号台车的第二车载无线转换器，车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现在掘进全过程中全洞动态无线网络覆盖，其中第一车载无线转换器用于实现掘进全过程中全洞掌子面附近在掘区域动态移动无线网络覆盖，第二车载无线转换器和洞口无线转换器用于实现掘进全过程中全洞的已掘进区域的动态移动无线网络覆盖；洞口网络设备包括洞口交换机、洞口ap基站和洞口无线转换器，洞口交换机通过光纤与车载交换机连接，洞口交换机还与运营商局端连接，洞口ap基站与洞口无线转换器连接。在这种情况下，利用车载无线转换器和洞口无线转换器实现了掘进全过程中全洞的区域和已掘进区域的全区域动态移动无线网络覆盖，利用光纤卷实现掘进机的掘进过程中光纤的收放，避免了随着掘进的加深人为拆除移动设备带来的工程繁琐且耗人耗力的问题，由此，能够方便快捷地实现隧道全区域网络覆盖。本实用新型的全洞动态无线网络覆盖系统实现了隧道掘进全过程的全洞动态无线网络覆盖；解决了隧道内网络随掘进自动前移问题；对于隧道建设意义重大；能够快速地使信息技术、物联网技术和智能化技术在隧道建设区间落地应用；解决了隧道内无线网络覆盖问题；解决了各类应用无法在洞内使用众多问题；还解决了例如洞内无网，安全、财务、成本、进度等信息化系统呈现“洞内手记，洞外填”，各类工序调度，受对讲机的通信距离制约，先进可穿戴设备，被阻挡在洞外，技术支持需现场人员洞内外来回跑，或亲临现场，耗时耗力耗财，测量仪器、各类作业设备普遍处于单机作业状态，信息记录繁琐且难以共享协同的众多问题。
71.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
72.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。