一种隧道瓦斯智能监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种隧道瓦斯智能监测方法和系统，所述方法包括：接收多个瓦斯传感器实时传输的瓦斯浓度信号；获取隧道空间信息；根据瓦斯传感器的空间分布信息和浓度，拟合隧道范围内的瓦斯浓度分布；计算瓦斯浓度分布的极大值点，若所述极大值点大于第一设定阈值且小于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端；若所述极大值点大于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端的同时，还制定逃生策略，基于所述逃生策略生成报警信息发送至多个警报器。本发明专利技术能够实现隧道瓦斯浓度的实时便携监测，并在发生瓦斯浓度超标时给予隧道内人员有效的警示和行为指导。

An Intelligent Monitoring Method and System for Tunnel Gas

The invention discloses an intelligent monitoring method and system for tunnel gas, which includes: receiving real-time gas concentration signals transmitted by multiple gas sensors; acquiring tunnel spatial information; fitting gas concentration distribution in tunnel area according to the spatial distribution information and concentration of gas sensors; calculating the maximum point of gas concentration distribution, if the maximum point is larger than the first one. When the threshold is set and less than the second threshold, the alarm information is generated according to the location information and concentration information of the maximum point and sent to the user terminal; if the maximum point is larger than the second threshold, the alarm information is generated according to the location information and concentration information of the maximum point and sent to the user terminal, at the same time, the escape strategy is formulated, and the alarm information is generated based on the escape strategy. More than one alarm. The invention can realize real-time portable monitoring of gas concentration in tunnel, and give effective warning and behavior guidance to personnel in tunnel when gas concentration exceeds the standard.

【技术实现步骤摘要】
一种隧道瓦斯智能监测方法和系统
本专利技术涉及隧道施工过程中瓦斯浓度监测领域，具体涉及一种隧道瓦斯智能监测方法和系统。
技术介绍
一般来说，隧道内发生瓦斯灾害事故的几率较小，但是一旦发生瓦斯爆炸或瓦斯突出事故，后果往往十分严重。近年来，随着我国在煤系地层中隧道建设的不断增加，瓦斯灾害事故发生的频率也相应的增加。因此，对隧道内瓦斯浓度进行实时精确监测是确保施工人员人身安全、保证施工进度的重要措施。目前的监测方法主要是现场人工监测和有线网络监测。人工监测存在着极大的危险性，特别是掌子面放炮后的监测，隧道内有害气体浓度大，对施工人员安全造成极大的威胁。此外，人工监测具有时间随机性和空间随机性，无法做到实时监测隧道内的任何区域。有线网络监测虽然有了很大的进步，但是该系统存在很大的缺陷，其监测需要布置大量的电缆，耗时耗力，而且还受施工环境的影响，同时，随着掌子面的不断延伸，需要及时的推进电缆。此外，该系统无法定位瓦斯浓度超标的位置，在隧道内瓦斯浓度超标时难以在短时间内做出正确的处置，极有可能延误救援任务。以上两种方法都无法做到实时的全方位监测，在隧道内瓦斯浓度超标之后，无法在短时间内确定其位置，具有很大的弊端。此外，目前关于瓦斯浓度预警通常是针对特定位置的，当某处传感器检测到瓦斯浓度超标时，联动报警设备进行警示。但该警示仅是告知相关人员某处发生泄露，对于工程量较大的隧道，工作人员可能并不是对隧道的整个结构都十分了解，那么尽管知道了泄露事件的发生，对于如何逃生，往哪个方向逃生并没有明确的思路，并且，当出现危险时，人们的慌乱情绪也会影响判断。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种隧道瓦斯智能监测方法和系统，主要应用于隧道施工期间瓦斯浓度的自动监测与预警。该系统通过自动监测单元、无线信号传输单元、远程控制单元实现实时、高效、智能的隧道内瓦斯浓度监测及预警，可实现隧道实时、全方位、有效、便捷监测的系统，且该系统应能够在瓦斯浓度超标时确定瓦斯浓度在整个隧道中的分布并给予有效警示，便于现场工作人员采取措施避免灾难的发生。为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例采用如下技术方案：一种隧道瓦斯智能监测方法，包括以下步骤：接收多个瓦斯传感器实时传输的瓦斯浓度信号；获取隧道空间信息；根据瓦斯传感器的空间分布和浓度，拟合整个隧道范围内的瓦斯浓度分布；计算瓦斯浓度分布的极大值点，若所述极大值点大于第一设定阈值且小于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端；若所述极大值点大于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端的同时，还制定逃生策略，基于所述逃生策略生成报警信息发送至多个警报器。进一步地，所述制定逃生策略包括：获取隧道空间信息和当前人员分布信息；根据隧道空间信息获取各通道的通行能力，所述通行能力与隧道的宽度有关；根据瓦斯浓度分布情况、隧道内各通道的通行能力，和人员分布情况确定最优逃生路线。进一步地，获取所述人员分布信息的方法为：获取连接所述IPv6无线传感网络中各IPv6路由器的移动终端MAC地址，用连接的路由器位置近似代替移动终端位置。进一步地，基于所述逃生策略生成报警信息发送至多个警报器包括：基于所述逃生策略确定每个报警器所在位置的逃生方向信息并发送至相应报警器。进一步地，每隔设定时间根据隧道中瓦斯浓度分布和人员分布信息重新制定逃生策略。一个或多个实施例提供了一种远程控制终端，执行所述的监测方法。进一步地，包括布设在隧道中的多个瓦斯传感器、多个报警器、无线传输单元、如权利要求6所述的远程控制终端以及一个或多个用户终端。进一步地，所述无线传输单元包括多个IPv6路由器和一个或多个网关。进一步地，所述多个IPv6路由器沿开挖隧道的纵深方向布设；网关安装于隧道的出口位置。进一步地，所述系统还包括多个指示灯和/或播音器；所述每个报警器均包括微处理器，与附近的多个指示灯和/或播音器连接。本专利技术的有益效果1、由固定的瓦斯传感器组成的监测网络实现了对隧道全方位的实时监测，保证了隧道内不存在监测盲区，克服了现有监测手段在时间和空间上的随机性，极大的提高了监测效果。2、基于IPv6的无线传感网络保证了监测信号可以实时发送到远程控制单元。IPv6无线传感网络相较于ZigBee、z-wave等更加简单，并且能够运行在低功耗资源受限的设备上，此外由IPv6路由器组成的网状网络拓扑结构可以让网络选择最快的路径传输数据。3、通过两级阈值的方式，当瓦斯浓度超过一级阈值时，进行预警，同时远程控制单元的瓦斯监测模块根据监测数据判断瓦斯泄漏位置，便于指导现场技术人员及时采取措施降低瓦斯浓度，避免灾难的发生；当瓦斯浓度超过二级阈值时，启动报警机制，同时制定逃生策略，通过隧道两侧的指示箭头和播音器根据逃生策略为附近工作人员指导逃生路线，避免施工人员产生慌乱。4、远程控制单元通过IPv6无线网络能够对隧道内人员的移动终端MAC地址进行定位，当瓦斯浓度超标时，可以结合工作人员密度进行逃生策略的制定，并且可以监控人员疏散情况，以及判断隧道内是否有人员未逃离，并确定未逃离人员的具体位置。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为本专利技术一个或多个实施例中监测系统布设图；图2为本专利技术一个或多个实施例中无线传输示意图；图3为本专利技术一个或多个实施例中系统工作示意图；图4为本专利技术一个或多个实施例中监测方法工作示意图。其中，1.瓦斯传感器2.报警器3.IPv6路由器4.网关5.隧道具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。实施例一本实施例公开了一种基于IPv6无线传感网络的隧道瓦斯智能监测系统，如图1所示，包括多个瓦斯传感器(1)、多个报警器、多个IPv6路由器(3)、一个或多个网关(4)以及远程控制终端。多个IPv6路由器(3)和一个或多个网关(4)构成无线传输单元。如图1所示，是本专利技术监测系统的布设图，多个瓦斯传感器(1)、报警器(2)和IPv6路由器(3)均沿开挖隧道(5)的纵深方向布设，其中，多个瓦斯传感器(1)和IPv6路由器(3)布设在隧道(5)的顶部，报警器(2)安装在隧道的两侧，网关(4)安装于隧道的出口位置，以上装置均具有不同的编号。并且，记录瓦斯传感器(1)、报警器(2)和IPv6路由器(3)的安装位置。瓦斯传感器(1)之间的间距综合考虑隧道断面面积、施工环境、隧道内风速等因素；IPv6路由器(3)的安装间距应当满足信号在隧道内稳定传输的要求。工作人员根据图纸按照规划好的安装位置进行安装。所述报本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧道瓦斯智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：接收多个瓦斯传感器实时传输的瓦斯浓度信号；获取隧道空间信息；根据瓦斯传感器的空间分布信息和浓度，拟合隧道范围内的瓦斯浓度分布；计算瓦斯浓度分布的极大值点，若所述极大值点大于第一设定阈值且小于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端；若所述极大值点大于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端的同时，还制定逃生策略，基于所述逃生策略生成报警信息发送至多个警报器。

【技术特征摘要】
1.一种隧道瓦斯智能监测方法，其特征在于，包括以下步骤：接收多个瓦斯传感器实时传输的瓦斯浓度信号；获取隧道空间信息；根据瓦斯传感器的空间分布信息和浓度，拟合隧道范围内的瓦斯浓度分布；计算瓦斯浓度分布的极大值点，若所述极大值点大于第一设定阈值且小于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端；若所述极大值点大于第二设定阈值，根据极大值点位置信息和浓度信息生成预警信息发送至用户终端的同时，还制定逃生策略，基于所述逃生策略生成报警信息发送至多个警报器。2.如权利要求1所述的智能监控方法，其特征在于，所述制定逃生策略包括：获取隧道空间信息和当前人员分布信息；根据隧道空间信息获取各通道的通行能力，所述通行能力与隧道的宽度有关；根据瓦斯浓度分布情况、隧道内各通道的通行能力，和人员分布情况确定最优逃生路线。3.如权利要求2所述的智能监控方法，其特征在于，获取所述人员分布信息的方法为：获取连接所述IPv6无线传感网络中各IPv6路由器的移动终端MAC地址，用连接的路由器位置近似代替移动终端位置。4.如权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛翊国，王秀凯，王心语，张耀磊，邱道宏，王磊，王文峰，屈聪，李广坤，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37