CN105338112A - 一种基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台，包括如下模块：掘进参数同步；视频监控***；考勤、精确定位***；门禁***；环境监测***；LED同步显示***，并通过同一套通信网络，便实现隧道人员定位、人员考勤、LED同步显示、视频监控、闯入报警、环境监控等功能。本发明是具有可靠性、安全性、先进性、灵活扩充性、经济实用性、操作和维护的方便性，具有前瞻性的建设全局统一管理的平台。

Description

一种基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台

技术领域

本发明涉及远程监控领域，尤其涉及一种盾构施工实时监控领域。

技术背景

目前国内地铁项目进入飞速发展阶段，然而过往的盾构施工监控，由于信息化程度不高，施工过程得不到实时监控，容易疏忽造成重大安全事故。

专利CN201110232468.X公开的盾构机远程控制***及远程控制方法，在盾构机体内设置一装有物联网芯片的工控机，该***还设置无线基站及控制管理中心单元，所述控制管理中心单元设置远程工控机及中央数据库，设置卫星加密传输***无线导通连接所述无线基站及中央数据库；所述远程工控机指令控制所述盾构机内置的工控机采集并解读盾构机工作数据，通过所述物联网芯片转换数据信号并实现无线信号传输，通过所述无线基站接收并触发该信号；所述卫星加密传输***中转所述无线传输信号，并传输至所述中央数据库，中央数据库转换数据格式后保存，所述远程工控机调用该数据，进行数据分析处理后，实现全程实时对所述盾构机工作状态进行远程显示和控制。此发明只是对盾构机进行远程操控，管理人员无法直观的了解施工现场的状况，无法快速、准确的对现场发生的事故进行处理。

专利CN201210444397.4公开一种城市地铁监测物联网方法与装置，将无线智能传感器安置于隧道、桥梁监控点，组成传感器群，无线智能传感器包括：收敛计，精密水准计，多点位移计，裂缝计，声波仪，测力计等隧道安全信息监测传感器，GPS卫星定位装置，施工机械安全信息传感器，视频监控单元，还包括盾构机、车架及荷载信息***，组成传感群信息；通过物联网无线中间件连接成网，经中继接收机传输到现场监控站与远程监控中心，由监控站与远程监控中心的物联网智能***，计算处理全部数据，智能输出指令，预测不安全状态，发出应急指令，包括：优化施工路径、紧急救援智能信息与提示、隧道安全智能信息与警示、安全施工监测智能信息与提示，使全***预警与应急处理。该发明仅仅是对盾构机工作状况的监控，无法覆盖整个项目的全过程管理，特别是无法实时了解到现场人员具体状况。

发明内容

本发明旨在提供一种能够实现实时人员管理，盾构施工质量管理，安全管理的全方位监控管理平台。

一种基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于包括以下模块：

(1)掘进参数同步***：采用远程控制软件将盾构机参数数据通过交换机、光纤传输到地面监控中心电脑存储并实时显示和监控；

(2)视频监控***：包括前端视频采集设备、网络视频服务器、通讯传输设备以及后端监控中心；所述的前端视频采集设备对监控点采集视频数据，所述的后端监控中心用于对所辖区域的监控点进行集中实时监控；

(3)考勤、精确定位***：包括定位卡、网络型读卡主站、读卡辅站、通信传输设备、监控中心；所述的定位卡可不断发送无线消息给网络型读卡主站和读卡辅站，所述的网络型读卡主站和读卡辅站将采集的信息通过通信传输设备，上传到监控中心的服务器，所述的监控中心的服务器通过计算得到定位卡的实时地理位置信息；

(4)门禁***：包括电子标签，通道读卡设备，通讯传输设备；所述的电子标签靠近门禁通道，对应的读卡设备及时反馈打开通道，并将相应的电子标签信息通过通讯传输设备传输到监控中心，储存并实时显示；

(5)环境监控***：从现场安装的一氧化碳、氧气、瓦斯、温度、压力、液位、地压环境物理量的传感器采集的数据通过通讯传输设备传输到监控中心，实现实时显示并储存数据；

(6)LED同步显示***：LED同步显示***通过通讯传输设备与监控主机实时通讯，从监控主机调取实时监测信息，同步显示于LED屏幕上。

作为本发明的一个改进，所述模块(2)、(3)、(4)、(5)、(6)中的传讯传输设备采用Zigbee技术并使用同一套通信网络，进行信息的实时传输。

作为本发明的一个改进，所述的通讯传输设备包括无线网桥、交换机和基站。

作为本发明的一个改进，所述的视频监控***采用的是对现场监控点进行24小时实时监控，对关键监控点的前端视频采集设备可启动视频移动侦测功能和报警功能。

作为本发明的一个改进，所述的视频监控***根据需要对监控点任意时间段的信息，进行下载和点播；管理人员可以过本地监视、远程IE监视、WEB网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频。

作为本发明的一个改进，所述的考勤、精确定位***中监控中心可发出信息经通讯传输设备传输到网络型读卡主站和读卡辅站，再由网络型读卡主站和读卡辅站发送给所述的定位卡。

作为本发明的一个改进，所述的定位卡与网络型读卡主站和读卡辅站之间采用Zigbee技术进行信息交换。

作为本发明的一个改进，所述的环境监控***，环境物理量参数异常时，所述的传感器发出报警，基站同时报警，地面监控中心同时发出报警。

作为本发明的一个改进，所述的LED同步显示***中LED显示屏上显示的内容根据需要可进行编辑。

作为本发明的一个改进，所述的模块(2)、(3)、(4)、(5)和(6)根据隧道施工情况，选择其中部分模块。

总体来说，本发明具有以下有益效果：

①前瞻性

本发明可覆盖盾构隧道施工的全过程管理，包括人员管理、质量管理、安全管理等，符合我国的安全生产方针“安全第一、预防为主、综合治理”。盾构机，人员，环境有效的实时的监控，做到实时监控，实时报警，实时处理，做到“精细化、信息化、规范化、标准化”，持续提升城市轨道建设管理水平，有效提升了工程建设效益。

②通用性

本发明通过多个模块综合使用实现，可根据实际施工项目的大小适当调整***覆盖范围和监控的项目指标；该基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台应用于其他任何工程施工项目、小区的视频监控等领域。

③综合管理性强

通过该基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台可实时监控施工现场全部情况，可及时调度人员，随时下达指令，形成一种综合应用管理平台，加强工作的协调性。

④灵活性

本发明数据采集设备采用模块化结构和总线通信方式，在***规模扩展时，不需较大的改造，增加相应的模块即可；同时由于采用的是同一套通信网络并通过无线网桥传输，无需布线，从而免去在隧道内布线带来的麻烦。

附图说明

图1本发明的构成图。

具体实施方式

本发明基于物联网盾构施工精细化数字管理平台，包括以下模块：

(1)掘进参数同步***

盾构机主控电脑通过远程监控软件、光纤、交换机等配件与地面中控室电脑连接，通过远程监控授权形成盾构施工掘进参数同步，可以实现实时同步掘进参数并指导施工。

(2)视频监控***

网络视频监控***包括前端视频采集设备、网络视频服务器、基站、无线网桥、交换机以及后端的监控中心；前端视频采集设备安装在施工现场对各主要的监控点进行视频信息采集，经网络视频服务器、基站、无线网桥和交换机将视频信息传输到后端监控中心，后端监控中心用于对所辖区域的监控点进行集中实时监控。有管理权限的用户还可以对任何点的录像进行设置、下载、实时点播录像等操作；***还可以通过PC浏览器进行实时监控。

网络视频监控***采用的是监控摄像机对施工现场各监控点进行24小时的实时监控。对于一些关键监控点可启动视频移动侦测功能和报警功能，***根据图像移动情况自动识别、触发，并进行录像；同时***将图像、声音、报警等实时数据传送到地面监控中心，管理人员可以通过本地监视、远程IE监视、WEB网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频，能直观地了解和掌握施工各视频监控点的实时情况，从而达到随时随地及时准确地对其进行监管。

在实际的盾构施工现场，一般在盾构机以及洞口附近分别安装摄像头，实时显示查看监控区域的情况，让管理者更直接的了解现场情况。

(3)考勤、精确定位***

***包括定位卡、网络型读卡主站、读卡辅站、基站、无线网桥、交换机、监控中心；所述定位卡可不断发送无线消息给网络型读卡主站和读卡辅站，网络型读卡主站和读卡辅站将采集的信息通过基站、无线网桥和交换机，上传到监控中心的服务器，监控中心的服务器通过计算得到定位卡的实时地理位置信息；同时***中监控中心可发出信息经交换机、无线网桥和基站，传输到网络型读卡主站和读卡辅站，再由网络型读卡主站和读卡辅站发送给定位卡。

①人员考勤

通过给施工人员佩带定位卡，地面监控人员可在监控中心实时观测到所有施工人员的真实分布情况、数量、姓名，可对人员进行定位，从而可进行人员考勤管理；并可对出入洞口工作人员进行统计，建立人员出入施工现场的各种信息报表，如：进出洞时间报表、出勤月报表、加班报表、缺勤报表等。

②人员实时定位及统计

运用无线ZigBee识别技术实现对人员实时位置的监控，***可基于实时位置信息，实现人员实时管理；另可对区域进行分类管理，限制未经授权的人进入危险区域，防止意外事故的发生。***还具有数据实时统计功能，可实时统计出人员总数、各区域内人员数量及各班组的人员数量，该功能通过对人员分布的统计分析，为管理者对人员的合理调配提供基础数据。并且***在进行实时数据采集时，可进行记录、显示、查询、编辑、人工录入、网络通信等。

③应急救援功能

一旦发生各类事故，监控中心上可及时能显示出事故地点的人员数量、人员信息，人员位置等信息，大大提高抢险效率和救护效果。

A、当施工现场内人员遇险时，可触发“求救”按钮，当工人发现施工现场发生险情时，也可通过定位卡按键向监控中心发出对应报警信号，监控中心将及时报警，并可查询显示是谁、在什么时间、什么地点发出的报警；

B、在施工现场某区域有危险需要撤离人员时，在监控中心的调度人员或***管理人员可向施工现场内危险区域人员群发紧急撤离通知，该区域内所有人员即可通过定位卡震动或声音、指示灯及时收到“撤离”信号。

④自动报警功能

根据监控区域的不同，可设置人员停留在监控区域的时间，如***监控到员工在危险区域停留时间过长，可能会出现危险时，会向***发出报警信息，以提示管理人员注意查看；还可以设定特殊的禁区，如果有人员进入，实时声音报警，并显示进入禁区的人员；或是设定特殊危险地段，当工作人员超过规定数目时自动发出警报，并把警告信息及时发送高级管理人员。

⑤人员轨迹回放

通过对采集的数据进行存储，形成了人员历史轨迹数据，该数据可动画显示人员历史行进路线，其主要作用在于：为已发生的事故提供基础数据；另一个方面主要是为人员管理提供基础数据，如有无脱岗现象、巡查人员是否按时巡查等，以提升企业管理效率，提高服务水平。

(4)门禁***

包括电子标签，通道读卡设备，无线网桥，交换机，基站；电子标签靠近门禁通道，对应的读卡设备及时反馈打开通道，并将相应的电子标签信息通过基站，无线网桥，交换机传输到监控中心，储存并实时显示。

门禁***采用自动刷卡机制限制人员的进出，保障禁止非工作人员私自进出施工区域，同时也可用来保障数据的真实性和有效性，避免因人为因素而导致考勤失效，或是管理出错。车辆的门禁可以提升对现场车辆的及时管控，做到更加有效的车辆利用率。

利用人员、车辆门禁***可以实现进出人车分流通过，保证一定的进出安全，只要给人员和车辆配置相应电子标签即可。当人员携带电子标签，靠近人员门禁通道的时候，内置的读卡器可以及时读取卡片信息，并送交后台核实，运行通过，则发送命令给三辊闸，开启放行，否则不变化。而对于车辆门禁***，也需要给每一辆车配置电子标签，车辆经过通行区域的时候，会触发读卡，同时也有地感触发，当同时读卡和地感触发的时候，***将判定车辆允许通行，则开启道闸放行。

(5)环境监测***

从现场安装的一氧化碳、氧气、瓦斯、温度、压力、液位、地压等环境物理量的传感器采集的数据通过基站，无线网桥，交换机传输到监控中心，实现实时显示并储存数据，以备查询统计。

当环境物理量参数异常时，传感器发出报警，对应的基站同时报警，地面监控中心软件端也会报警提示值班人员发现险情，多级报警功能，可以及时预防，做到早发现，早处理，保证员工健康安全。

(6)LED同步显示***

LED同步显示器安装于施工现场出入口部位，LED同步显示***通过基站、无线网桥、交换机与监控主机实时通讯，从监控主机调取实时监测信息，同步显示于LED屏幕上，显示的内容包括：姓名，工种、部门、进入隧道时间，隧道总人数等。可界面显示内容进行编辑，在LED屏幕上显示各种欢迎标语、宣传标语；在平时可以通过LED屏幕提示施工人员注意施工安全，施工危险源，充分体现盾构施工管理上的人性化、现代化、科学化。

通过上述具体实施方式的阅读理解，本领域的技术人员可容易地实现本发明。上述具体实施方式中的内容仅仅是示意性的，并不是出于限定目的而给出。尽管已经结合特定的实施例进行了详细描述和说明，但是对本领域的技术人员来说，显然可以在不脱离本发明精神的前提下对本发明作出各种各样的修改和变化。为使本发明得到有效的保护，本发明所附的权利要求书将试图覆盖所有落于本发明精神内的各种修改和变化的技术方案。

Claims (10)

1.一种基于物联网的盾构隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于包括以下模块：

(1)掘进参数同步***：采用远程控制软件将盾构机参数数据通过交换机、光纤传输到地面监控中心电脑存储并实时显示和监控；

(2)视频监控***：包括前端视频采集设备、网络视频服务器、通讯传输设备以及后端监控中心；所述的前端视频采集设备对监控点采集视频数据，所述的后端监控中心用于对所辖区域的监控点进行集中实时监控；

(3)考勤、精确定位***：包括定位卡、网络型读卡主站、读卡辅站、通信传输设备、监控中心；所述的定位卡可不断发送无线消息给网络型读卡主站和读卡辅站，所述的网络型读卡主站和读卡辅站将采集的信息通过通信传输设备，上传到监控中心的服务器，所述的监控中心的服务器通过计算得到定位卡的实时地理位置信息；

(4)门禁***：包括电子标签，通道读卡设备，通讯传输设备；所述的电子标签靠近门禁通道，对应的读卡设备及时反馈打开通道，并将相应的电子标签信息通过通讯传输设备传输到监控中心，储存并实时显示；

(5)环境监控***：从现场安装的一氧化碳、氧气、瓦斯、温度、压力、液位、地压环境物理量的传感器采集的数据通过通讯传输设备传输到监控中心，实现实时显示并储存数据；

(6)LED同步显示***：LED同步显示***通过通讯传输设备与监控主机实时通讯，从监控主机调取实时监测信息，同步显示于LED屏幕上。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述模块(2)、(3)、(4)、(5)、(6)中的传讯传输设备采用Zigbee技术并使用同一套通信网络，进行信息的实时传输。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的通讯传输设备包括无线网桥、交换机和基站。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的视频监控***采用的是对现场监控点进行24小时实时监控，对关键监控点的前端视频采集设备可启动视频移动侦测功能和报警功能。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的视频监控***根据需要对监控点任意时间段的信息，进行下载和点播；可以通过本地监视、远程IE监视、WEB网页客户端等方式随意切换前端任意监控点的视频。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的考勤、精确定位***中监控中心可发出信息经通讯传输设备传输到网络型读卡主站和读卡辅站，再由网络型读卡主站和读卡辅站发送给所述的定位卡。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的定位卡与网络型读卡主站和读卡辅站之间采用Zigbee技术进行信息交换。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的环境监控***，环境物理量参数异常时，所述的传感器发出报警，对应的基站同时报警，地面监控中心同时发出报警。

9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的LED同步显示***中LED显示屏上显示的内容根据需要进行编辑。

10.根据权利要求1所述的一种基于物联网的隧道施工精细化数字管理平台，其特征在于：所述的模块(2)、(3)、(4)、(5)和(6)，根据隧道施工情况，选择其中部分模块。