基于ZigBee网络的地铁施工隧道监测数据采集与抗噪传输研究
发布时间：2020-12-13 15:31
随着我国城市化进程加快,城市人口不断增多,交通拥挤、汽车尾气、噪声污染等系列问题成为城市发展的基本问题,地铁成为缓解这些问题的第一选择。然而地铁施工是一项复杂且极具危险的工程,地铁隧道开挖过程中由于会受到各种不确定因素的干扰,导致各类安全事故频发。在地铁施工过程中,同时参与施工的机械多,干扰大,现有的监测手段很难在动态变化的施工面及时部署,无法将各种监测数据实时上传给监理部门进行风险评估,一些安全隐患无法及时排除。尤其是在施工人员交接班之时无人值守,很多施工事故在此时发生。为此,研究开发地铁隧道施工面监测数据的实时采集与传输技术尤为重要。随着嵌入式技术、传感器技术以及各类低功耗无线通信技术的发展,集信息采集、处理、传输功能于一身的无线传感器网络已有许多成功应用的案例。本文以地铁施工面监测数据的通信平台为研究目标,通过全面分析地铁隧道复杂区域非视距条件下无线传输节点RSSI采样值的特点与性质,设计了一种基于ZigBee网络、适用于地铁施工隧道开挖面使用的超低功耗、抗噪性能好、可短距离上传监测数据的实时传输系统。重点研究了地铁隧道施工面监测数据的无线通信采集和数据抗噪传输。在抗噪处理上,以...
【文章来源】：湖南科技大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地铁施工事故现场
湖南科技大学硕士学位论文-3-图1.2仪器站检测Fig.1.2Instrumentstation目视测量法主要依靠现场人工采集的方法，通过现场监测人员按周期定时巡视，查看现场内各个传感器所测量得出的数据，汇总做表统一上传至监理处，监理不能实时查看施工面的数据变化情况，无法对突发情况做出处理。该方法主要依靠检测人员的现场工作经验来初次判断数据变化情况，主观意识下结论，缺少必要的技术支持，很难及时察觉到数据的异常情况。1.2.2地铁施工监测数据传输随着信息技术的发展，有线通信技术在在地铁隧道施工监测数据传输得到了普遍应用，各地均制定了监测规范。如北京制定了《北京地铁工程监控量测监测设计指南》、《北京地铁工程第三方监测设计指南》，指南既为地铁工程施工安全控制提供了依据,也为其他城市的地铁建设提供了参考[9]。上海地铁在建设过程中，展开了比较完善的监控量测研究与实践[10]，采用数据反馈和三级管理机制，同时应用了“安全地铁工程远程监控管理系统”，该系统实现了工程建设的动态监控以及建设工地的远程管理，既实现了实时监控又提高了管理效率[11]。广州地铁进行了安全风险管理体系的诊断性评价和施工前期的安全风险中间评价[12],同时建立了地铁监测信息平台。地铁监控信息平台，如图1.3所示，主要包含了通信系统、上位机控制系统、传感器采集系统等。在隧道中安装监测传感器，将隧道内所采集到的数据信息通过通信系统上传，监理人员通过上位机系统对现场施工数据进行监控。A.数据传感器系统：根据施工面需求，选择对应的监测方案，利用不同类型的传感器对施工面进行数据采集监测，例如温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、光
各项数据状态。目前施工面的传感器数据采集，绝大多数都是由人工采集并进行汇总上传来完成的，在这人工操作部分里，存在着大量的漏洞、缺陷。B.通信技术：主要为有线通信技术，各项数据采集完成后通过上传至监管部门来进行分析评估。目前很多地铁监测工程包括已竣工的地铁隧道，都采用部署通信总线的方式来进行数据上传。C.上位机控制系统：现场所采集的各项数据通过通信系统上传至技术部门后，需要对各项数据先进行分析，针对一个周期内各项数据值的变化，评估施工面当前的风险级别，对可能发生的异常情况及时发出警报。图1.3监测系统框架Fig.1.3Monitoringsystemframework城市不同，施工建设单位不同，采取的监测方案有差异，但是相同的一点是地铁隧道施工过程中，施工开凿面的数据主要主要靠人工采集。虽然能使用不同类型传感器收集信息数据，但由于施工面情况复杂，电力供应、通信总线难以部署，大型监测仪器设备难以进入施工面，故需现场施工人员以一定的周期对开凿面上的传感器进行数据采集，将数据采集完成后并制表汇总，提供纸质或者电子数据报表。这种人工数据采集与传输模式存在诸多缺陷：1.人工采集无法做到24小时不间断工作，不可避免地会出现交接班无人值守的情况；2.施工面监测数据繁多，需要进行大量的数据采集与汇总工作，人工实施费时费力，并且监测数据不能及时反馈，技术部门不能及时做出研判；3.人工采集数据的过程中，也有可能存在数据登记错误的问题，不准确的数据导致监测数据起不到应有的作用，无法保证工程安全进行等。为了研究无线通信技术在施工地铁监测上应用可行性，课题组曾在湖南省长沙市中铁五局的长沙地铁2号线一期工程施工现场进行调研。地铁施工监控大多都是采用的企业定制的监控系统，为保证视频监控实时传
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ZigBee和传感器技术的智能小区[J]. 钟国琛,蔡文君,许志明,王凤,万智萍. 国外电子测量技术. 2018(04)
[2]基于嵌入式ZigBee的煤矿提升机振动监测系统研究[J]. 刘睿强,周青呈,谢灿. 煤炭技术. 2018(02)
[3]基于Z-Stack的ZigBee协议的实现[J]. 殷松瑜. 物联网技术. 2017(10)
[4]基于ZigBee技术智能防溜系统信道自动切换设计与开发[J]. 王凯,缪锐,祁大伟,陈国平. 工业控制计算机. 2016(06)
[5]2.4GHz WiFi及蓝牙对ZigBee干扰分析[J]. 胡思雨. 科技视界. 2016(14)
[6]基于ARM-Linux无线视频监控系统的设计[J]. 杜伟龙,曹江涛. 测控技术. 2015(03)
[7]智能电网应用中ZigBee在Wi-Fi干扰下的信道分配研究[J]. 吴维农,廖勇,杨宏. 电力信息与通信技术. 2013(12)
[8]基于ZigBee和WiFi网络的抗同频干扰技术研究[J]. 吴琼,袁建英. 仪表技术与传感器. 2013(12)
[9]空闲信道评估对ZigBee与Wi-Fi共存的影响研究[J]. 黄仁,晏政双. 计算机应用研究. 2013(09)
[10]基于ARM-Linux的超声波测距系统设计与实现[J]. 洪松,朱龙英. 自动化与仪表. 2013(03)
硕士论文
[1]基于ZigBee的多信道干扰避免研究与应用[D]. 边玮.内蒙古大学 2017
[2]基于Zigbee的多信道无线传感器网络的研究与实现[D]. 李岚.北京大学 2008
本文编号：2914772
【文章来源】：湖南科技大学湖南省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
地铁施工事故现场
湖南科技大学硕士学位论文-3-图1.2仪器站检测Fig.1.2Instrumentstation目视测量法主要依靠现场人工采集的方法，通过现场监测人员按周期定时巡视，查看现场内各个传感器所测量得出的数据，汇总做表统一上传至监理处，监理不能实时查看施工面的数据变化情况，无法对突发情况做出处理。该方法主要依靠检测人员的现场工作经验来初次判断数据变化情况，主观意识下结论，缺少必要的技术支持，很难及时察觉到数据的异常情况。1.2.2地铁施工监测数据传输随着信息技术的发展，有线通信技术在在地铁隧道施工监测数据传输得到了普遍应用，各地均制定了监测规范。如北京制定了《北京地铁工程监控量测监测设计指南》、《北京地铁工程第三方监测设计指南》，指南既为地铁工程施工安全控制提供了依据,也为其他城市的地铁建设提供了参考[9]。上海地铁在建设过程中，展开了比较完善的监控量测研究与实践[10]，采用数据反馈和三级管理机制，同时应用了“安全地铁工程远程监控管理系统”，该系统实现了工程建设的动态监控以及建设工地的远程管理，既实现了实时监控又提高了管理效率[11]。广州地铁进行了安全风险管理体系的诊断性评价和施工前期的安全风险中间评价[12],同时建立了地铁监测信息平台。地铁监控信息平台，如图1.3所示，主要包含了通信系统、上位机控制系统、传感器采集系统等。在隧道中安装监测传感器，将隧道内所采集到的数据信息通过通信系统上传，监理人员通过上位机系统对现场施工数据进行监控。A.数据传感器系统：根据施工面需求，选择对应的监测方案，利用不同类型的传感器对施工面进行数据采集监测，例如温湿度传感器、烟雾传感器、人体红外传感器、光
各项数据状态。目前施工面的传感器数据采集，绝大多数都是由人工采集并进行汇总上传来完成的，在这人工操作部分里，存在着大量的漏洞、缺陷。B.通信技术：主要为有线通信技术，各项数据采集完成后通过上传至监管部门来进行分析评估。目前很多地铁监测工程包括已竣工的地铁隧道，都采用部署通信总线的方式来进行数据上传。C.上位机控制系统：现场所采集的各项数据通过通信系统上传至技术部门后，需要对各项数据先进行分析，针对一个周期内各项数据值的变化，评估施工面当前的风险级别，对可能发生的异常情况及时发出警报。图1.3监测系统框架Fig.1.3Monitoringsystemframework城市不同，施工建设单位不同，采取的监测方案有差异，但是相同的一点是地铁隧道施工过程中，施工开凿面的数据主要主要靠人工采集。虽然能使用不同类型传感器收集信息数据，但由于施工面情况复杂，电力供应、通信总线难以部署，大型监测仪器设备难以进入施工面，故需现场施工人员以一定的周期对开凿面上的传感器进行数据采集，将数据采集完成后并制表汇总，提供纸质或者电子数据报表。这种人工数据采集与传输模式存在诸多缺陷：1.人工采集无法做到24小时不间断工作，不可避免地会出现交接班无人值守的情况；2.施工面监测数据繁多，需要进行大量的数据采集与汇总工作，人工实施费时费力，并且监测数据不能及时反馈，技术部门不能及时做出研判；3.人工采集数据的过程中，也有可能存在数据登记错误的问题，不准确的数据导致监测数据起不到应有的作用，无法保证工程安全进行等。为了研究无线通信技术在施工地铁监测上应用可行性，课题组曾在湖南省长沙市中铁五局的长沙地铁2号线一期工程施工现场进行调研。地铁施工监控大多都是采用的企业定制的监控系统，为保证视频监控实时传
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ZigBee和传感器技术的智能小区[J]. 钟国琛,蔡文君,许志明,王凤,万智萍. 国外电子测量技术. 2018(04)
[2]基于嵌入式ZigBee的煤矿提升机振动监测系统研究[J]. 刘睿强,周青呈,谢灿. 煤炭技术. 2018(02)
[3]基于Z-Stack的ZigBee协议的实现[J]. 殷松瑜. 物联网技术. 2017(10)
[4]基于ZigBee技术智能防溜系统信道自动切换设计与开发[J]. 王凯,缪锐,祁大伟,陈国平. 工业控制计算机. 2016(06)
[5]2.4GHz WiFi及蓝牙对ZigBee干扰分析[J]. 胡思雨. 科技视界. 2016(14)
[6]基于ARM-Linux无线视频监控系统的设计[J]. 杜伟龙,曹江涛. 测控技术. 2015(03)
[7]智能电网应用中ZigBee在Wi-Fi干扰下的信道分配研究[J]. 吴维农,廖勇,杨宏. 电力信息与通信技术. 2013(12)
[8]基于ZigBee和WiFi网络的抗同频干扰技术研究[J]. 吴琼,袁建英. 仪表技术与传感器. 2013(12)
[9]空闲信道评估对ZigBee与Wi-Fi共存的影响研究[J]. 黄仁,晏政双. 计算机应用研究. 2013(09)
[10]基于ARM-Linux的超声波测距系统设计与实现[J]. 洪松,朱龙英. 自动化与仪表. 2013(03)
硕士论文
[1]基于ZigBee的多信道干扰避免研究与应用[D]. 边玮.内蒙古大学 2017
[2]基于Zigbee的多信道无线传感器网络的研究与实现[D]. 李岚.北京大学 2008
本文编号：2914772
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