一種城市地鐵監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置制造方法
【專利摘要】一種城市地鐵(輕軌)工程安全監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置，它將無線智能傳感器安置于隧道、橋梁監(jiān)控點(diǎn)，組成傳感器群，無線智能傳感器包括：收斂計(jì)，精密水準(zhǔn)計(jì)，多點(diǎn)位移計(jì)，裂縫計(jì)，聲波儀，測力計(jì)等隧道安全信息監(jiān)測傳感器，GPS衛(wèi)星定位裝置，施工機(jī)械安全信息傳感器，視頻監(jiān)控單，還包括盾構(gòu)機(jī)、車架及荷載信息系統(tǒng)，組成傳感群信息；通過物聯(lián)網(wǎng)無線中間件連接成網(wǎng)，經(jīng)中繼接收機(jī)傳輸?shù)浆F(xiàn)場監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)，計(jì)算處理全部數(shù)據(jù)，智能輸出指令，預(yù)測不安全狀態(tài)，發(fā)出應(yīng)急指令，包括：優(yōu)化施工路徑、緊急救援智能信息與提示、隧道安全智能信息與警示、安全施工監(jiān)測智能信息與提示，使全系統(tǒng)預(yù)警與應(yīng)急處理。
【專利說明】一種城市地鐵監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置
技術(shù)背景
[0001]隨著社會(huì)進(jìn)步與交通事業(yè)的迅猛發(fā)展，地鐵隧道、跨江隧道、橋梁工程數(shù)量成倍增長，建設(shè)規(guī)模越來越大，結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，但是，近年來隧道、橋梁安全事故頻頻發(fā)生，對(duì)人們的生命及財(cái)產(chǎn)造成了危害，對(duì)隧道、橋梁的施工監(jiān)控、使用監(jiān)測、預(yù)警以及采取應(yīng)急措施已迫在眉睫。
[0002]依據(jù)地下建筑結(jié)構(gòu)形式，城市地鐵可分為地鐵車站和地鐵隧道兩類。地鐵車站屬于大型地下洞室。從開挖施工形式分為洞室掘進(jìn)和明挖施工兩類。所以城市地鐵工程的安全監(jiān)測大體可歸類為地下洞室監(jiān)測、隧道監(jiān)測和基坑監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003]本發(fā)明涉及一種城市地鐵(輕軌)工程安全監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置，它建立基于物聯(lián)網(wǎng)的主動(dòng)式智能傳感器與標(biāo)簽組成的無線網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)由前述隧道、橋梁監(jiān)控傳感器集群測量到監(jiān)控點(diǎn)的信息并組成傳感器節(jié)點(diǎn)通過物聯(lián)網(wǎng)中間體連接RFID形成智能標(biāo)簽，通過智能標(biāo)簽間多跳傳輸直至到達(dá)最終目標(biāo)。監(jiān)測到的信息利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議來傳輸，從而達(dá)到對(duì)隧道、橋梁進(jìn)行安全監(jiān)測、預(yù)警及應(yīng)急技術(shù)。
[0004]本發(fā)明方案一；一種城市地鐵(輕軌)工程安全監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法。
[0005]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心是傳感器、射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)、無線傳感網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，按照約定協(xié)議實(shí)現(xiàn)物與物、人與人、人與物的任何時(shí)間地點(diǎn)的連接，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)交換與通訊，實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的龐大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
[0006]物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控采用精密探測感知設(shè)備以及無線傳輸技術(shù)，能夠改善傳統(tǒng)的監(jiān)測作業(yè)的缺點(diǎn)，其基本結(jié)構(gòu)是傳感器集群通過無線組網(wǎng)模塊形成前端感測網(wǎng)，由于隧道、橋梁工程施工面積或體積比較龐大，綜合采用有線或無線方式將安置于監(jiān)控點(diǎn)的傳感器群通過物聯(lián)網(wǎng)中間體連接成網(wǎng)，并且定義測量單位，明確界定安全狀態(tài)的邊界規(guī)范，預(yù)測不安全時(shí)間及狀態(tài)，并提出安全的解決方案，將這些約定經(jīng)過量化，建立模型后存入系統(tǒng)中，供系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)比采取報(bào)警以及應(yīng)急措施。
[0007]本發(fā)明方案二:無線物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置。
[0008]設(shè)置Zigbee模塊在隧道、橋梁中監(jiān)控傳輸，它采用2.4GHz波段，采用跳頻技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)，與254個(gè)節(jié)點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)，Zigbee的協(xié)議結(jié)構(gòu)體系由高層應(yīng)用規(guī)范、應(yīng)用匯聚層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層組成，IEEE 802.15.4工作組主要負(fù)責(zé)制定物理層和MAC子層協(xié)議。
[0009]隧道、橋梁監(jiān)控中使用的智能傳感標(biāo)簽體積較小，成本也較低，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量也比較小，所以選擇IEEE802.15.4/ZigBee協(xié)議作為智能傳感標(biāo)簽網(wǎng)絡(luò)。ZigBee協(xié)議可以使得功能單調(diào)、通信范圍小的RFID標(biāo)簽具有傳感器節(jié)點(diǎn)的特性。把智能標(biāo)簽融入系統(tǒng)會(huì)引起很多端到端的安全保證方面的問題，而IEEE802.15.4協(xié)議提供了相應(yīng)的密鑰加密技術(shù)和認(rèn)證來保證端到端系統(tǒng)的安全。
[0010]本發(fā)明方案三、RFID智能標(biāo)簽。[0011]通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別對(duì)象，并對(duì)其信息進(jìn)行標(biāo)志、登記、存儲(chǔ)和管理。其系統(tǒng)組成有電子標(biāo)簽(有芯片和標(biāo)簽天線或線圈組成，通過電感耦合或電磁反射原理與讀寫器進(jìn)行通信)，讀寫器(讀取或?qū)懭霕?biāo)簽信息的設(shè)備)，天線(可以內(nèi)置在讀寫器中，也可以通過同軸電纜與讀寫器天線接口相連)。
[0012]RFID主要用于識(shí)別，實(shí)施對(duì)目標(biāo)的標(biāo)識(shí)和管理；WSN無線節(jié)點(diǎn)用于組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，具有部署簡單，實(shí)現(xiàn)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，將RFID與WSN無線節(jié)點(diǎn)融合，將傳感器設(shè)計(jì)到RFID的主動(dòng)標(biāo)簽中，給主動(dòng)標(biāo)簽配置一個(gè)微處理器，主動(dòng)標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，成為智能傳感標(biāo)簽。
[0013]此標(biāo)簽類為無線傳感器節(jié)點(diǎn)，可以通過多跳方式傳遞數(shù)據(jù)，并將最終的數(shù)據(jù)傳遞到匯聚節(jié)點(diǎn)，等同于網(wǎng)絡(luò)基站，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只需要一個(gè)閱讀器，有效的減少了閱讀器與有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量；智能傳感標(biāo)簽具有無線傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理能力還具有FRID的標(biāo)簽的ID碼，實(shí)現(xiàn)無線傳輸網(wǎng)的識(shí)別功能，把他應(yīng)用于隧道、橋梁等重大工程的檢測。
[0014]采用多路數(shù)據(jù)采集技術(shù)，采用雙CPU控制，從CPU負(fù)責(zé)采集七路數(shù)據(jù)，同時(shí)應(yīng)答主CPU發(fā)送的命令。主CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)顯示，鍵盤輸入，系統(tǒng)報(bào)警，語音播報(bào)通道的電壓值。在主CPU與從CPU的通訊中，采用國際標(biāo)準(zhǔn)的RS485差分方式接口，使通訊的速率和傳輸距離均大于RS232的標(biāo)準(zhǔn)接口方式，并且用線最少(只要兩根)。實(shí)現(xiàn)一種具有語音播報(bào)、語音提示的高性能、高智能的實(shí)用型遠(yuǎn)距離多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
[0015]本發(fā)明方案四、一種城市地鐵(輕軌)工程安全監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置
[0016]整體系統(tǒng):組建一種隧道、橋梁用物聯(lián)網(wǎng)，采用通用中間連接體電路模塊直接用于直接接口普通位移傳感器、壓力傳感器、直接接口射頻識(shí)別(RFID)、直接接口現(xiàn)行以太網(wǎng)系統(tǒng)及互聯(lián)網(wǎng)，集成為智能隧道、橋梁用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0017]傳感部分:
[0018]傳感器部分包括:收斂計(jì)，精密水準(zhǔn)計(jì)，多點(diǎn)位移計(jì)，裂縫計(jì)，聲波儀，測力計(jì)，錨桿應(yīng)力計(jì)，應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)，速度計(jì)、加速度計(jì)，滲壓計(jì)，量水堰，溫度計(jì)，隧道安全信息監(jiān)測傳感器、GPS衛(wèi)星定位裝置、施工機(jī)械安全信息傳感器、視頻監(jiān)控單元、危險(xiǎn)品的狀況信息監(jiān)控傳感器等；射頻識(shí)別包括傳感器種類、位置信息，還包括盾構(gòu)機(jī)、車架及荷載信息系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)及電腦智能軟件包括=GPS衛(wèi)星定位與優(yōu)化施工機(jī)械路徑智能信息與提示、隧道安全智能信息與警示、安全施工監(jiān)測智能信息與提示、危險(xiǎn)品的狀況智能信息監(jiān)控與警示、物資防盜監(jiān)測智能錄像系統(tǒng)、車輛隧道事故監(jiān)測智能錄像系統(tǒng)，最后配置車載接收機(jī)，組成完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0019]中間連接體模塊:
[0020]主要包括:數(shù)據(jù)接口模塊、單片機(jī)、存儲(chǔ)模塊、射頻收發(fā)器模塊、GSM模塊及電源管理模塊等，將它們集成在單塊雙層電路板上，組成通用中間連接體模塊，其智能控制由中間連接體模塊中的單片機(jī)并結(jié)合上層計(jì)算機(jī)智能軟件完成，再配置車載接收機(jī)，組成完整的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。
[0021]其中數(shù)據(jù)接口模塊采用MAX125多路數(shù)據(jù)采集芯片，單片機(jī)采用MSP430F149，存儲(chǔ)模塊采用雙口 RAM模塊IDT7132，射頻收發(fā)器采用CC2420模塊，電路板采用雙層混合集成電路板配以輸入輸出及數(shù)據(jù)通用端口。
[0022]數(shù)據(jù)接口模塊輔之輸入輸出及數(shù)據(jù)用用端口，與傳感器的數(shù)據(jù)線鏈接，傳感器信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接口模塊中，經(jīng)數(shù)據(jù)接口模塊，模擬多路開關(guān)控制通道的切換，采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換、再通過MAX125的雙向并行口對(duì)MAX125 二次編程，轉(zhuǎn)換完成后結(jié)果數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在芯片內(nèi)部的4xl4bitRAM中，外部電路接收到全部轉(zhuǎn)換完畢發(fā)出的中斷信號(hào)后，可以依次對(duì)MAX125的讀使能腳施加讀脈，由單片機(jī)MSP430F149程序控制，經(jīng)存儲(chǔ)模塊雙口 RAM模塊IDT7132，緩沖數(shù)據(jù)，發(fā)送到射頻收發(fā)器采用CC2420模塊上，由他按指令發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)到以太網(wǎng)接收模塊上，由智能軟件控制通過無線通訊網(wǎng)輸出到車載接收機(jī)上，控制被控對(duì)象，如車載接收機(jī)、現(xiàn)場監(jiān)控站、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、預(yù)警臺(tái)站等，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能。
[0023]本發(fā)明核心內(nèi)容:
[0024]1.其特征是:將無線智能傳感器安置于隧道、橋梁監(jiān)控點(diǎn)，組成傳感器群，無線智能傳感器包括:收斂計(jì)、精密水準(zhǔn)計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、裂縫計(jì)、聲波儀、測力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、速度計(jì)、加速度計(jì)、滲壓計(jì)、量水堰與溫度計(jì)等隧道安全信息監(jiān)測傳感器，還包括GPS衛(wèi)星定位裝置、施工機(jī)械安全信息傳感器、視頻監(jiān)控單元、危險(xiǎn)品的狀況信息監(jiān)控傳感器等，還包括盾構(gòu)機(jī)、車架及荷載信息系統(tǒng)，它們組成傳感群信息；通過物聯(lián)網(wǎng)無線中間件連接成網(wǎng)，經(jīng)中繼接收機(jī)傳輸?shù)浆F(xiàn)場監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)，計(jì)算處理全部數(shù)據(jù)，智能輸出指令，預(yù)測不安全狀態(tài)，發(fā)出應(yīng)急指令，包括:優(yōu)化施工路徑、緊急救援智能信息與提示、隧道安全智能信息與警示、安全施工監(jiān)測智能信息與提示，使全系統(tǒng)預(yù)警與應(yīng)急處理。
[0025]2.其特征是:將RFID與WSN無線節(jié)點(diǎn)，置于諸如:位移計(jì)、裂縫計(jì)等隧道監(jiān)測傳感器中，組成無線智能傳感器，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)無線中間件連接成無線傳感網(wǎng)。
[0026]附圖為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】一下工作過程
[0027]1.射頻收發(fā)器模塊/GSM模塊、2.萬能數(shù)據(jù)接口處理模塊、3.中間連接體電路板連線二4.中間連接體電路板連線一、5.標(biāo)準(zhǔn)接線端子、6.隧道信息監(jiān)測傳感器、7.GPS衛(wèi)星定位裝置、8.施工機(jī)械安全信息傳感器、9.施工監(jiān)測傳感器、10.安全盾構(gòu)工況監(jiān)測傳感器、11.視頻監(jiān)控單元、12.測縫計(jì)、裂縫計(jì)傳感器、13.滲壓計(jì)、測壓管、量水堰傳感器、14.器械防盜監(jiān)測裝置、15.危險(xiǎn)品的狀況信息監(jiān)控傳感器，16.通訊連線/無線通訊、17.互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一、18.以太網(wǎng)中心計(jì)算機(jī)、19.遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、20.現(xiàn)場監(jiān)控站、21.無線通訊網(wǎng)、22.車載接收機(jī)流動(dòng)監(jiān)控站、23.互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)二、24.單片機(jī)25.中間連接體模塊/雙層混合集成電路板、
[0028]工作過程如下
[0029]由6?15傳感器經(jīng)16通訊連線接到5標(biāo)準(zhǔn)接線端子上，帶有RFID的射頻信號(hào)經(jīng)無線/有線傳輸?shù)?標(biāo)準(zhǔn)接線端子上，5標(biāo)準(zhǔn)接線端子一將信號(hào)通過4中間連接體電路板連線一，傳輸?shù)?萬能數(shù)據(jù)接口處理模塊上，再經(jīng)4中間連接體電路板連線傳輸?shù)?4單片機(jī)上，后經(jīng)4中間連接體電路板連線傳輸?shù)絀射頻收發(fā)器模塊/GSM模塊上，之后，一路信號(hào)經(jīng)4中間連接體電路板連線四傳輸?shù)?標(biāo)準(zhǔn)接線端子上，再經(jīng)通訊連線/無線通訊二傳輸給17互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)一、18以太網(wǎng)中心計(jì)算機(jī)、23互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)二上，由17、18、23三套計(jì)算機(jī)經(jīng)智能軟件處理后，通過21無線通訊網(wǎng)發(fā)送給22、20與19被控制對(duì)象的車載接收機(jī)、現(xiàn)場監(jiān)控站、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心上，5、2、1、4、3與24均裝在25電路板上，組成中間連接體模塊25，由+、-電極供電，由24單片機(jī)編程控制25中間連接體模塊的運(yùn)轉(zhuǎn)，結(jié)合18以太網(wǎng)中心計(jì)算機(jī)的智能軟件，處理后經(jīng)21發(fā)射到22、20、23車載接收機(jī)、、現(xiàn)場監(jiān)控站、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心上，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能傳感傳輸、提示語控制功能。
[0030]其中2萬能數(shù)據(jù)接口模塊輔之輸入輸出及數(shù)據(jù)用用端口 5，與傳感器6?15的數(shù)據(jù)線鏈接，包括有無線射頻連接，傳感器信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接口模塊中2，經(jīng)數(shù)據(jù)接口模塊2的模擬多路開關(guān)控制通道的切換，采樣保持、A/D轉(zhuǎn)換、再通過2的MAX125的雙向并行口對(duì)MAX125 二次編程，轉(zhuǎn)換完成后結(jié)果數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在2的芯片內(nèi)部的4xl4bitRAM中，外部電路接收到全部轉(zhuǎn)換完畢發(fā)出的中斷信號(hào)后，可以依次對(duì)MAX125的讀使能腳施加讀脈，由24單片機(jī)MSP430F149程序控制，經(jīng)24的存儲(chǔ)模塊雙口 RAM模塊IDT7132，緩沖數(shù)據(jù)，發(fā)送到I射頻收發(fā)器采用CC2420模塊上，由I按指令發(fā)射數(shù)據(jù)信號(hào)到19以太網(wǎng)接收計(jì)算機(jī)接受卡上，由18的智能軟件處理后，控制通過21無線通訊網(wǎng)輸出到22、20、23車載接收機(jī)上，提示及控制被控對(duì)象，如車載監(jiān)控站、現(xiàn)場監(jiān)控站、遠(yuǎn)程監(jiān)控中心、預(yù)警臺(tái)站等，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的功能。
【權(quán)利要求】
1.一種城市地鐵(輕軌)工程安全監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng)方法與裝置，其特征是:將無線智能傳感器安置于隧道、橋梁監(jiān)控點(diǎn)，組成傳感器群，無線智能傳感器包括:收斂計(jì)、精密水準(zhǔn)計(jì)、多點(diǎn)位移計(jì)、裂縫計(jì)、聲波儀、測力計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)、應(yīng)力計(jì)、應(yīng)變計(jì)、速度計(jì)、加速度計(jì)、滲壓計(jì)、量水堰與溫度計(jì)等隧道安全信息監(jiān)測傳感器，還包括GPS衛(wèi)星定位裝置、施工機(jī)械安全信息傳感器、視頻監(jiān)控單元、危險(xiǎn)品的狀況信息監(jiān)控傳感器等，還包括盾構(gòu)機(jī)、車架及荷載信息系統(tǒng)，它們組成傳感群信息；通過物聯(lián)網(wǎng)無線中間件連接成網(wǎng)，經(jīng)中繼接收機(jī)傳輸?shù)浆F(xiàn)場監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心，由監(jiān)控站與遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的物聯(lián)網(wǎng)智能系統(tǒng)，計(jì)算處理全部數(shù)據(jù)，智能輸出指令，預(yù)測不安全狀態(tài)，發(fā)出應(yīng)急指令，包括:優(yōu)化施工路徑、緊急救援智能信息與提示、隧道安全智能信息與警示、安全施工監(jiān)測智能信息與提示，使全系統(tǒng)預(yù)警與應(yīng)急處理。
2.其特征是:將RFID與WSN無線節(jié)點(diǎn)，置于諸如:位移計(jì)、裂縫計(jì)等隧道監(jiān)測傳感器中，組成無線智能傳感器，實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)無線中間件連接成無線傳感網(wǎng)。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK103813476SQ201210444397
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月8日
【發(fā)明者】王濤, 王茁, 高尚策, 楊雙華, 張翠英, 宋慶輝 申請(qǐng)人:無錫津天陽激光電子有限公司