一种基于物联网的隧道监控与预警系统及方法与流程

技术特征：
1.一种基于物联网的隧道监控与预警系统，其特征在于，所述系统包括远程监控室安装设备和隧道施工现场安装设备；所述远程监控室安装设备包括监控室信息测量设备、远程控制器、上位机和显示器；所述监控室信息测量设备包括空调、第一除湿器、第一增湿器、空气净化器、智能门窗、噪声探测器、第一预警指示灯、第一监控摄像头、第一热成像仪、第一激光雷达、第一温度传感器、第一湿度传感器、空气质量探测器、第一烟雾探测器；所述隧道施工现场安装设备包括施工现场信息测量设备和现场控制器；所述施工现场信息测量设备包括新风系统、第二除湿器、第二增湿器、设备状态灯、uwb定位系统、预警广播、第二预警指示灯、第二监控摄像头、第二热成像仪、第二激光雷达、第二温度传感器、第二湿度传感器、有毒有害气体传感器、第二烟雾探测器。2.根据权利要求1所述基于物联网的隧道监控与预警系统，其特征在于，所述远程控制器收集所述监控室信息测量设备的测量信息，并将此测量信息实时传输到上位机；所述现场控制器收集所述施工现场信息测量设备的测量信息，并将收集到的测量信息通过4g网络实时传输给上位机；上位机将远程控制器和现场控制器的测量信息通过显示器实时显示。3.一种权利要求1所述基于物联网的隧道监控与预警系统的监控与预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：系统启动与自检；上位机收到启动指令之后，启动远程控制器、现场控制器、显示器、监控室信息测量设备和施工现场信息测量设备；上位机检测远程控制器、现场控制器和显示器的工作状态，若发现异常，则在上位机中提示操作者以解决异常问题，若未发现异常，则继续工作；上位机控制远程控制器和现场控制器，对监控室信息测量设备和施工现场信息测量设备分别进行工作状态检测，若发现异常，则在显示器上显示异常设备的类型、数量及原因，对应的第一预警指示灯或第二预警指示灯亮起进行预警，若未发现异常，则继续工作；若系统正常启动，则在显示器上显示系统正常启动；步骤2：根据远程监控室和隧道施工现场的测量信息进行隧道监控与预警；对于远程监控室，具体包括：步骤a1：人脸识别；远程控制器根据提前录制好的人脸数据，建立人脸数据库，对比第一监控摄像头拍摄的室内人员的人脸信息，确认工作人员信息，然后转到步骤a2；步骤a2：入侵检测；当第一监控摄像头拍摄的室内人员的人脸信息与人脸数据库不匹配时，则系统自动判定遭到非法入侵，远程控制器结合第一监控摄像头的信息，利用第一热成像仪和第一激光雷达确定入侵者的具体位置信息，并将此位置信息实时显示在显示器上，若未发现非法入侵，则继续工作；然后转到步骤a3；步骤a3：烟雾探测；远程控制器控制第一烟雾探测器自动检测室内的烟雾信息；然后转到步骤a4；步骤a4：空气质量检测；远程控制器控制远程监控室内分布的空气质量探测器实时检测室内的空气质量，若空气质量异常，则远程控制器自动开启空气净化器；若空气质量正常，则转到步骤a5；步骤a5：温度状态检测；温度传感器自动监测室内的温度，远程控制器根据天气和季节信息，自动设定温度的阈值；若温度异常，则远程控制器自动控制空调以调节室内温度；若温度正常，则转到步骤a6；
步骤a6：湿度状态检测；湿度传感器自动监测室内的湿度，远程控制器根据天气和季节信息，自动设定湿度的阈值；若湿度异常，则远程控制器自动控制第一除湿器或第一增湿器调节室内湿度；若湿度正常，则转到步骤a7；步骤a7：噪声状态检测；远程监控室的噪声探测器实时监测噪声信息，若室外存在施工噪声，则远程控制器控制智能门窗自动关闭；若室外不存在施工噪声，则转到步骤a8；步骤a8：显示状态信息；远程控制器将室内温度、湿度、噪声、空气质量和人员位置信息实时传输给上位机处理，再将其展示在显示器上；再转到步骤a9；步骤a9：关闭远程控制系统；上位机收到关闭指令后，通过远程控制器关闭监控室信息测量设备和显示器；若关闭指令正常执行，则在显示器中显示关闭状态，否则在显示器中显示关闭失败的设备；最后上位机自动关闭，监控与预警结束；若系统未关闭，则转到步骤a1；对于隧道施工现场，具体包括：步骤b1：人脸识别及定位；在隧道施工现场，现场控制器根据提前录制好的人脸数据，建立人脸数据库，对比第二监控摄像头拍摄的施工人员的人脸信息，确认工作人员信息；现场控制器通过控制uwb定位系统确定关键人员和设备的精确位置信息；然后转到步骤b2；步骤b2：入侵检测；当第二监控摄像头拍摄的施工人员的人脸信息与数据库不匹配时，系统自动判定遭到非法入侵，则现场控制器结合第二监控摄像头的信息，利用第二热成像仪和第二激光雷达确定入侵者的具体位置信息；若未发现非法入侵，则继续工作；然后转到步骤b3；步骤b3：烟雾探测；现场控制器控制第二烟雾探测器自动检测施工现场的烟雾信息；然后转到步骤b4；步骤b4：气体检测；现场控制器控制隧道施工现场分布的有毒有害气体传感器实时检测施工现场的有毒有害气体的含量，若有毒有害气体超标，则现场控制器自动开启新风系统换气，并通过预警广播通知现场施工人员撤离；若气体检测正常，则转到步骤b5；步骤b5：温度状态检测；温度传感器自动监测施工现场的温度，现场控制器根据天气和季节信息，自动设定温度的阈值；若温度状态异常，则现场控制器自动控制新风系统调节现场温度；若温度状态正常，则转到步骤b6；步骤b6：湿度状态检测；若湿度状态异常，则现场控制器自动控制第二除湿器或第二增湿器调节现场湿度；若湿度状态正常，则转到步骤b7；步骤b7：设备状态检测；现场控制器监控施工现场各个设备的运行状态，若发现设备运行异常，则自动亮起设备状态灯提示异常并提醒现场施工人员；若设备状态正常，则转到步骤b8；步骤b8：显示状态信息；现场控制器将隧道施工现场的温度、湿度、空气质量、人员位置和设备运行状态信息实时传输给上位机处理，再将其展示在显示器上；再转到步骤b9；步骤b9：关闭现场控制系统；上位机收到关闭指令后，通过现场控制器关闭施工现场信息测量设备；若关闭指令正常执行，则在显示器中显示关闭状态，否则在显示器中显示关闭失败的设备；最后上位机自动关闭，监控与预警结束；若系统未关闭，则转到步骤b1。4.根据权利要求3所述基于物联网的隧道监控与预警系统的监控与预警方法，其特征在于，所述步骤a1和步骤b1中的人脸识别具体包括以下步骤：步骤r1：通过第一监控摄像头或第二监控摄像头获取所有工作人员的脸部图像信息；
步骤r2：将步骤r1获得的脸部图像信息利用人工智能算法进行滤波、人脸检测和图像分割，并通过特征提取得到所有工作人员的脸部特征；步骤r3：将步骤r2获得的脸部特征导入到数据库中，根据实际情况为各个工作人员输入权限等级；步骤r4：当第一监控摄像头或第二监控摄像头监控到有人员出入时，则实时获取出入人员的人脸图像信息；第一监控摄像头和第二监控摄像头分别将测得的人脸图像信息实时传输到远程控制器和现场控制器中；步骤r5：远程控制器和现场控制器对人脸图像信息进行滤波、人脸检测和图像分割，并将处理后的人脸图像信息与数据库的工作人员的脸部特征进行比对，判断该出入人员是否为工作人员；若为工作人员，则在数据库中查询其权限等级，将第一监控摄像头或第二监控摄像头的安装位置、脸部特征比对结果和权限等级输出到上位机中；进一步根据该工作人员的权限等级和位置信息进行比对，如果该工作人员的权限等级与其出入位置匹配，则记录该出入信息，如果该工作人员的权限等级与其出入位置不匹配则第一预警指示灯或第二预警指示灯报警，并将报警信息发送给相关负责人和安保人员；若为非工作人员，则第一预警指示灯或第二预警指示灯报警，并将报警信息发送给相关负责人和安保人员。

技术总结
本发明公开了属于隧道施工监控技术领域的一种基于物联网的隧道监控与预警系统及方法。远程控制器收集所述监控室信息测量设备的测量信息，并将此测量信息实时传输到上位机；现场控制器收集施工现场信息测量设备的测量信息，并将收集到的测量信息通过4G网络实时传输给上位机；上位机将远程控制器和现场控制器的测量信息通过显示器实时显示。在隧道监控过程中，首先进行系统启动与自检，再根据远程监控室和隧道施工现场的测量信息进行隧道监控与预警。本发明能够提供安全、舒适的远程监控环境；自动对施工危险进行预警，避免施工事故的发生，便于管理施工人员和设备。便于管理施工人员和设备。便于管理施工人员和设备。


技术研发人员：周晋 王旭 李双寿 陈震 高建兴
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2021.08.13
技术公布日：2021/11/5