一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统及监控方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统及监控方法，所述监控系统包括移动终端设备、远程中央控制中心、主控制单元、多个数据采集单元及多个Zigbee终端节点。所述主控制单元包括无线通讯模块、人机交互模块、电源模块、Zigbee网络模块及微控制单元MCU1核心模块，每个数据采集单元包括电源模块、MCU2核心模块及数据采集模块。上述监控系统初始化成功后，通过所述远程中央控制中心选择手动模式还是自动模式与主控制单元和数据采集单元进行无线网络通信发送控制及查询指令来获取地铁隧道施工管理监控系统的各种传感器信息。本发明能实现实时的监控地铁隧道环境及施工人员，有效减小事故发生几率。
【专利说明】—种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统及监控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及物联网【技术领域】，特别涉及一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统及监控方法。
【背景技术】
[0002]物联网监控(MonitoringBased on Internet of Things)是一种防范能力较强的综合系统，主要由前端采集设备、传输网络、监控运营平台三块组成，实现监控领域图像、视频、安全、调度等相关方面的应用，通过视频、声音监控以其直观、准确、及时和信息内容，以实现物以物之间联动反应。
[0003]如今，地铁作为一种新兴交通工具，由于其便捷快速在城市中被迅速推广应用。由于都在地下施工作业，地铁的建造难度之大不难想象，在地下施工出现问题不能及时上报到有关管理处，容易出现工程灾情等，影响其正常进度。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统及监控方法，解决了现有技术存在的弊端，能实现实时的监控地铁隧道环境及施工人员，减小事故发生几率，避免出现人员伤亡，消除安全隐患，同时能够对现场施工人员、设备进行更加合理的调度管理及安全监控管理。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统，包括移动终端设备及远程中央控制中心、主控制单元、多个数据采集单元和多个Zigbee终端节点，所述移动终端设备及远程中央控制中心通过GPRS或Ethernet网络与所述主控制单元相连,接收所述主控制单元发送的运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，并向所述主控制单元发送查询及控制指令，通过GPRS或Ethernet网络将所述移动终端设备与所述远程中央控制中心相连。
[0007]所述主控制单元通过所述无线通讯模块与所述移动终端设备及远程中央控制中心相连，接收所述移动终端设备及远程中央控制中心发送的查询及控制指令。
[0008]所述数据采集单元通过Zigbee无线网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的查询及控制指令，通过Zigbee无线网络与所述Zigbee终端节点相连,接收所述Zigbee终端节点发送的施工人员位置信息。
[0009]所述Zigbee终端节点为佩戴在施工人员身上的有源电子标签，通过Zigbee无线网络与所述数据采集单元相连，向所述数据采集单元每隔一段时间发送一次位置信息。
[0010]所述主控制单元由电源模块、无线通讯模块、人机交互模块、Zigbee网络模块及微控制单元MCUl核心模块构成。
[0011]所述无线通讯模块包含GPRS模块和Ethernet模块，分别通过串口 I和串口 2与微控制单元MCUl相连，实现所述主控制单元与所述移动终端设备及远程中央控制中心进行通信。
[0012]所述Zigbee无线网络由一个主控制单元、多个数据采集单元及多个Zigbee终端节点构成，其中所述主控制单元作为Zigbee网络中的协调节点，所述数据采集单元作为Zigbee网络中的路由节点，所述协调节点位于地铁隧道的出入口处，四个所述路由节点均匀分布在以所述Zigbee协调节点装置为圆心、以所述Zigbee协调节点装置的最大有效传输距离为半径的半圆周上，然后依次以所述四个路由节点分别作为等边三角形的一个顶点，以所述Zigbee路由节点的最大有效传输距离为等边三角形的边长分布于地铁隧道中。
[0013]所述数据采集单元包括温湿度测量模块、地表测量模块及可燃性气体测量模块，所述地表测量模块由气压测量、振动测量和土壤湿度测量组成，可燃性气体测量模块由CO测量和瓦斯测量组成。
[0014]进一步，所述主控制单元由电源模块、无线通讯模块、人机交互模块、Zigbee网络模块及MCUl核心模块构成；其中，
[0015]所述电源模块中主电源经过DC/DC模块输出为系统所需的电源；
[0016]所述无线通讯模块包含GPRS模块和Ethernet模块，分别通过串口与微控制单元MCUl相连，实现所述主控制单元与所述移动终端设备及远程中央控制中心进行通信；
[0017]所述人机交互模块包含IXD触摸屏及声光报警，所述IXD触摸屏通过USB与MCUl相连，在系统出现故障时显示故障码、故障时间、故障地点、维修建议以及此时系统运行状态，并进行故障码的设置、存储、修改和复位操作；所述声光报警由LED报警灯和蜂鸣器组成，通过I/O 口与MCUl相连，当系统出现故障时，根据故障程度进行光报警、声音报警及声光同时报警；
[0018]所述Zigbee网络模块通过串口与MCUl相连，作为所述主控制单元和数据采集单元信息传递的纽带，还可以读取佩戴在施工人员身上的有源电子标签；
[0019]所述MCUl模块包含MCUl微控制器、看门狗、实时时钟、LED指示灯、掉电保护电路和EEPROM模块；所述MCUl微控制器作为主控制单元的核心，根据与所述数据采集单元和上位机的通信协议对接收和发送的数据进行格式转换、逻辑判断；所述看门狗在软件进入死循环时对所述主控制单元系统进行复位；所述实时时钟通过IIC总线与所述MCUl微控制器相连，进行各个参数和状态传输时间的计时；所述LED指示灯通过I/O 口与MCUl相连，用来指示各模块的工作状态；所述掉电保护电路在突然断电情况时向所述MCUl微控制器发送外部中断信号立即保存系统当前信息，当再次上电时所述MCUl微控制器读取保存的系统信息；EEPR0M模块通过SPI与MCUl微控制器相连，当检测出系统故障时存储此时系统的工作状态、过程参数、故障代码及故障时间。
[0020]进一步，所述数据采集单元由电源模块、MCU2模块及数据采集模块构成，其中:
[0021]所述电源模块主电源由5V锂电池供电，经过DC/DC模块输出为系统所需的电源；
[0022]所述MCU2模块包含MCU2微控制器、看门狗、实时时钟、掉电保护电路和LED指示灯；所述MCU2微控制器作为数据采集单元的核心，支持Zigbee网络协议，根据与所述主控制单元的通信协议对接收和发送的数据进行格式转换、逻辑判断；所述看门狗在软件进入死循环时对所述数据采集单元系统进行复位；所述实时时钟通过IIC总线与所述MCU2微控制器相连，进行各个参数和状态传输时间的计时；所述掉电保护电路在突然断电情况时向所述MCU2微控制器发送外部中断信号立即保存系统当前信息，当再次上电时所述MCU2微控制器读取保存的系统信息。
[0023]所述移动终端设备及远程中央控制中心存储并显示施工人员的个人详细信息、身份唯一电子ID、工作起始时间、工作终止时间、工作位置信息、系统故障代码及故障时间；所述主控制单元读取施工人员的身份唯一电子ID、工作起始时间、工作终止时间、工作位置信息及系统故障代码。
[0024]本发明还涉及一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统的监控方法，包括如下步骤:
[0025]上述监控系统初始化成功后，通过所述远程中央控制中心选择手动模式还是自动模式与主控制单元和数据采集单元进行无线网络通信发送控制及查询指令来获取地铁隧道施工管理监控系统的各种传感器信息、系统运行状态及自诊断信息；主控单元接收数据后进行数据分析及处理，系统出现故障时将系统故障代码、故障时间、过程参数和运行状态存储在EEPROM并在LCD触摸屏显示系统工作状态、故障代码、故障时间及过程参数，并进行故障码的设置、存储、修改和复位操作；通过Ethernet或GPRS网络将分析处理后的系统运行状态、故障代码、故障时间及过程参数发送给移动终端设备和远程中央控制中心。
[0026]在进行手动控制模式时，通过所述移动终端设备或远程中央控制中心选择Ethernet网络或GPRS网络连接，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告。通过已连接的Ethernet或GPRS网络将控制及查询指令发送所述主控制单元，所述主控制单元收到指令后启动协调器节点并将收到的指令进行解析后发送至所述数据采集单元，所述数据采集单元接收到解析的指令后启动路由节点，采集当前状态下的温湿度值、可燃性气体浓度、地表状态及施工人员位置的信息，所述数据采集单元根据解析后的指令将所需信息及故障信息通过Zigbee网络发送至所述主控制单
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[0027]在进行自动控制模式时，所述移动终端设备或远程控制中心自动先连接Ethernet网络，Ethernet网络连接失败再自动连接GPRS网络，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告。启动协调器节点和路由节点，采集当前状态下的温湿度、可燃性气体浓度、地表状态及施工人员位置的信息，所述数据采集单元将采集的信息及故障信息通过Zigbee网络发送至所述主控制单元。
[0028]进一步，当施工人员出入地铁隧道时，通过Zigbee无线通信网络获取施工人员身上的唯一电子ID，若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID不匹配，则提示人工帮助；若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID匹配，则记录施工人员出入地铁隧道的起止时间以及工作路径。
[0029]根据所述主控制单元接收数据后进行数据处理及分析的具体步骤为:
[0030]当施工人员工作时间达到十小时，则向IXD触摸屏及远程中央控制中心发送该施工人员唯一电子ID超时提示及所在位置信息；
[0031]当温湿度检测中的温度测量值达到Tl或湿度测量值达到RHl时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警，提醒施工人员小心；当地铁隧道实时环境信息中的温度测量值达到T2或湿度测量值达到RH2时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员检查故障；
[0032]当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到0.5%或CO浓度达到200ppm时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警，同时启动风机设备；当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到1%或CO浓度达到300ppm时,所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员暂停工作，检查故障；当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到2%或CO浓度达到400ppm时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动声光同时报警并发送故障所在位置信息，施工人员立即停止工作撤离，并请求专业人员检查故障；
[0033]当地表状态检测中的加速度传感器变化值超过2g或土壤湿度传感器值超过SHl或气压传感器的值有变化时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警；当有两个值超过报警值时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员暂停工作，检查故障；当三个值都超过报警值时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动声光报警并发送故障所在位置信息，施工人员立即停止工作撤离，并请求专业人员检查故障。
[0034]本发明的有益效果是，本系统克服了地铁隧道施工中有线通讯连接而导致的电气连接不稳定、无线通讯连接导致的组网难度大、传输不稳定及费用高的问题，能实现实时的监控地铁隧道环境及施工人员，减小事故发生几率，避免出现人员伤亡，消除安全隐患，同时能够对现场施工人员、设备进行更加合理的调度管理及安全监控管理。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本发明的整体结构示意图。
[0037]图2为本发明主控制单元中GPRS模块硬件电路图。
[0038]图3为本发明中主控制单元Ethernet模块硬件电路图。
[0039]图4为本发明的数据采集单元硬件电路图。
[0040]图5为本发明的Zigbee组网设备在地铁隧道中的结构示意图。
[0041]图6为本发明的系统监控方法流程图。
[0042]图7为本发明监控系统的手动控制模式流程示意图。
[0043]图8为本发明监控系统的自动控制模式流程示意图。
[0044]图9为本发明的数据采集流程图。
[0045]图10为本发明的Zigbee路由算法流程图。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0047]参照图1至图4，一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控系统，包括移动终端设备及远程中央控制中心、主控制单元、多个数据采集单元和多个Zigbee终端节点，所述移动终端设备及远程中央控制中心通过GPRS或Ethernet网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，并向所述主控制单元发送查询及控制指令，通过GPRS或Ethernet网络将所述移动终端设备与所述远程中央控制中心相连。
[0048]所述移动终端设备及远程中央控制中心:作为整个系统的人机交互窗口，通过GPRS或Ethernet网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，并向所述主控制单元发送查询及控制指令，通过GPRS或Ethernet网络将所述移动终端设备与所述远程中央控制中心相连，实现两者之间信息共享，以便无论何时何地监控地铁隧道施工实时信息。
[0049]所述主控制单元:作为系统的信息传递窗口，通过所述无线通讯模块与所述移动终端设备及远程中央控制中心相连，接收所述移动终端设备及远程中央控制中心发送的查询及控制指令，并向所述移动终端设备及远程中央控制中心发送分析处理后的运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，通过Zigbee无线网络与所述数据采集单元相连，接收所述数据采集单元发送的实时运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，并向所述数据采集单元发送解析后的查询及控制指令，MCUl核心模块通过I/O口与人机交互模块相连，当监控系统出现故障时LCD触摸屏显示故障代码、故障时间、故障地点、维修建议以及此时系统运行状态，并进行故障码的设置、存储、修改和复位操作，同时声光报警进行声光分级报警提示。
[0050]所述数据采集单元:作为系统的信息采集窗口，通过Zigbee无线网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的查询及控制指令，并向所述主控制单元发送所述数据采集单元运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，通过Zigbee无线网络与所述Zigbee终端节点相连，接收所述Zigbee终端节点发送的施工人员位置信息，通过I/O 口与数据采集模块相连，采集地铁隧道温湿度值、可燃性气体浓度及地表状态的信息；
[0051]Zigbee终端节点:佩戴在施工人员身上的有源电子标签，通过Zigbee无线网络与所述数据采集单元相连，向所述数据采集单元每隔一段时间发送一次位置信息。
[0052]进一步，所述主控制单元由电源模块、无线通讯模块、人机交互模块、Zigbee网络模块及MCUl核心模块构成；其中，
[0053]所述电源模块中主电源经过DC/DC模块输出为系统所需的电源；
[0054]所述无线通讯模块包含GPRS模块和Ethernet模块，分别通过串口 I和串口 2与MCUl相连，实现所述主控制单元与所述移动终端设备及远程中央控制中心进行通信。
[0055]所述人机交互模块包含IXD触摸屏及声光报警，所述显示屏通过USB与MCUl相连，在系统出现故障时显示故障码、故障时间、故障地点、维修建议以及此时系统运行状态，并进行故障码的设置、存储、修改和复位操作；所述声光报警由LED报警灯和蜂鸣器组成，通过I/O 口与MCUl相连，当系统出现故障时，根据故障程度进行光报警、声音报警及声光同时报警；
[0056]所述Zigbee网络模块通过串口与MCUl相连，作为所述主控制单元和数据采集单元信息传递的纽带，还可以读取佩戴在施工人员身上的有源电子标签；[0057]所述MCUl模块包含MCUl微控制器、看门狗、实时时钟、LED指示灯、掉电保护电路和EEPROM模块；所述MCUl微控制器作为主控制单元的核心，根据与所述数据采集单元和上位机的通信协议对接收和发送的数据进行格式转换、逻辑判断；所述看门狗在软件进入死循环时对所述主控制单元系统进行复位；所述实时时钟通过IIC总线与所述MCUl微控制器相连，进行各个参数和状态传输时间的计时；所述LED指示灯通过I/O 口与MCUl相连，用来指示各模块的工作状态；所述掉电保护电路在突然断电情况时向所述MCUl微控制器发送外部中断信号立即保存系统当前信息，当再次上电时所述MCUl微控制器读取保存的系统信息；EEPR0M模块通过SPI与MCUl微控制器相连，当检测出系统故障时存储此时系统的工作状态、过程参数、故障代码及故障时间。
[0058]进一步，所述数据采集单元由电源模块、MCU2模块及数据采集模块构成；其中，
[0059]所述电源模块主电源由5V锂电池供电，经过DC/DC模块输出为系统所需的电源。
[0060]所述MCU2模块包含MCU2微控制器、看门狗、实时时钟、掉电保护电路和LED指示灯；所述MCU2微控制器作为数据采集单元的核心，支持Zigbee网络协议，根据与所述主控制单元的通信协议对接收和发送的数据进行格式转换、逻辑判断；所述看门狗在软件进入死循环时对所述数据采集单元系统进行复位；所述实时时钟通过IIC总线与所述MCU2微控制器相连，进行各个参数和状态传输时间的计时；所述掉电保护电路在突然断电情况时向所述MCU2微控制器发送外部中断信号立即保存系统当前信息，当再次上电时所述MCU2微控制器读取保存的系统信息。
[0061]参看图5，所述Zigbee网络系统由I个主控制单元、多个数据采集单元及多个Zigbee终端节点构成,其中所述主控制单元作为Zigbee网络中的协调节点，所述数据采集单元作为Zigbee网络中的路由节点。本发明采用图6所示的网络拓扑图进行安装布局，具体地，所述协调节点位于地铁隧道的出入口处，四个所述路由节点均匀分布在以所述Zigbee协调节点装置为圆心、以所述Zigbee协调节点装置的最大有效传输距离为半径的半圆周上，然后依次以所述四个路由节点分别作为等边三角形的一个顶点，以所述Zigbee路由节点的最大有效传输距离为等边三角形的边长分布于地铁隧道中。如此布局后，所述Zigbee路由节点在信息传递过程中至少有两个以上相邻的Zigbee路由节点选择，从而避免了信息在传递过程中由于某个Zigbee路由节点出现故障而导致通信中断，进一步加强了整个Zigbee网络通信的稳定性，同时结构简单，设计成本低，可快速检修故障节点。
[0062]所述移动终端设备及远程中央控制中心存储并显示施工人员的个人详细信息、身份唯一电子ID、工作起始时间、工作终止时间、工作位置信息、系统故障代码及故障时间；所述主控制单元读取施工人员的身份唯一电子ID、工作起始时间、工作终止时间、工作位置信息及系统故障代码。
[0063]本发明所涉及的一种基于物联网的地铁隧道施工管理监控方法，其监控系统由移动终端设备及远程中央控制中心、主控制单元、多个数据采集单元和多个Zigbee终端节点构成，其监控方法如下所述:
[0064]参看图6、图7与图8,系统初始化成功后,通过所述远程中央控制中心选择手动丰旲式还是自动模式与主控制单元和数据采集单元进行无线网络通信发送控制及查询指令来获取地铁隧道施工管理监控系统的各种传感器信息、系统运行状态及自诊断信息；主控单元接收数据后进行数据分析及处理，系统出现故障时将系统故障代码、故障时间、过程参数和运行状态存储在EEPROM并在IXD触摸屏显示系统工作状态、故障代码、故障时间及过程参数；通过Ethernet或GPRS网络将分析处理后的系统运行状态、故障代码、故障时间及过程参数发送给移动终端设备和远程中央控制中心。
[0065]在进行手动模式控制时，通过所述移动终端设备或远程中央控制中心选择Ethernet网络或GPRS网络连接，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告；通过已连接的Ethernet或GPRS网络将控制及查询指令发送所述主控制单元，所述主控制单元收到指令后启动协调器节点并将收到的指令进行解析后发送至所述数据采集单元，所述数据采集单元接收到解析的指令后启动路由节点，采集当前状态下的温湿度值、可燃性气体浓度、地表状态及施工人员位置的信息，所述数据采集单元根据解析后的指令将所需信息及故障信息通过Zigbee网络发送至所述主控制单元;
[0066]在进彳丁自动I吴式控制时，所述移动终端设备或远程中央控制中心自动先连接Ethernet网络，Ethernet网络连接失败再自动连接GPRS网络，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告；启动协调器节点和路由节点，采集当前状态下的温湿度、可燃性气体浓度、地表状态及施工人员位置的信息，所述数据采集单元将采集的信息及故障信息通过Zigbee网络发送至所述主控制单元。
[0067]当施工人员出入地铁隧道时，通过Zigbee无线通信网络获取施工人员身上的唯一电子ID，若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID不匹配，则提示人工帮助；若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID匹配，则记录施工人员出入地铁隧道的起止时间以及工作路径。
[0068]根据上述主控制单元接收数据后进行数据处理及分析的具体步骤为:
[0069]当施工人员工作时间达到十小时，则向IXD触摸屏及远程中央控制中心发送该施工人员唯一电子ID超时提示及所在位置信息；
[0070]参看图9，当温湿度检测中的温度测量值达到Tl或湿度测量值达到RHl时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警，提醒施工人员小心；当地铁隧道实时环境信息中的温度测量值达到T2或湿度测量值达到RH2时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员检查故障。
[0071]当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到0.5%或CO浓度达到200ppm时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警，同时启动风机设备；当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到1%或CO浓度达到300ppm时,所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员暂停工作，检查故障；当可燃性气体检测空气中的瓦斯浓度达到2%或CO浓度达到400ppm时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动声光同时报警并发送故障所在位置信息，施工人员立即停止工作撤离，并请求专业人员检查故障。
[0072]当地表状态检测中的加速度传感器变化值超过2g或土壤湿度传感器值超过SHl或气压传感器的值有变化时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动蜂鸣器报警；当有两个值超过报警值时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动灯光报警并发送故障所在位置信息，提示施工人员暂停工作，检查故障；当三个值都超过报警值时，所述主控制单元发送指令给声光报警模块，启动声光报警并发送故障所在位置信息，施工人员立即停止工作撤离，并请求专业人员检查故障。
[0073]参看图10，源节点发送REQ请求到目的节点后通过广播RREQ启动路由节点发现过程，并对Zigbee网络进行分区后发送数据帧；
[0074]当源节点就是目的节点时，回复目的节点RREP分组，Zigbee路由传送路径建立完成并进行数据传递；
[0075]当源节点是Zigbee终端节点时，将数据帧转发给其父节点并回复目的节点RREP分组，Zigbee路由传送路径建立完成并进行数据传递；
[0076]当目的节点是源节点的子节点时，若传输过程中路由节点丢失，则跳到当前节点的邻居节点；若传输过程中路由节点没有丢失且RREQ最大广播跳数不大于源节点的网络深度与目的节点的网络深度之差，则转发数据帧并回复目的节点RREP分组，Zigbee路由传送路径建立完成并进行数据传递。
[0077]当目的节点是源节点的邻居节点时，RREQ最大广播跳数不大于I，数据帧直接转发并回复RREP，Zigbee路由传送路径建立完成并进行数据传递；
[0078]当目的节点与源节点在同一区域时，将目的节点所在区域的树型网络进一步分区且分区次数加1，RREQ最大广播跳数不大于源节点的网络深度和分区次数之差，广播RREQ到目的节点，在没有检测到新的Zigbee路由节点加入时建立Zigbee路由传送路径并进行数据传递。
[0079]综上所述，能实现实时的监控地铁隧道环境及施工人员，减小事故发生几率，避免出现人员伤亡，消除安全隐患，同时能够对现场施工人员、设备进行更加合理的调度管理及安全监控管理。
[0080]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统，其特征在于，包括移动终端设备及远程中央控制中心、王控制单兀、多个数据米集单兀和多个Zigbee终端节点，所述移动终端设备及远程中央控制中心通过GPRS或Ethernet网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的运行状态及故障、地铁隧道环境及施工人员位置实时信息，并向所述主控制单元发送查询及控制指令，通过GPRS或Ethernet网络将所述移动终端设备与所述远程中央控制中心相连； 所述主控制单元通过所述无线通讯模块与所述移动终端设备及远程中央控制中心相连，接收所述移动终端设备及远程中央控制中心发送的查询及控制指令； 所述数据采集单元通过Zigbee无线网络与所述主控制单元相连，接收所述主控制单元发送的查询及控制指令，通过Zigbee无线网络与所述Zigbee终端节点相连,接收所述Zigbee终端节点发送的施工人员位置信息。
2.如权利要求1所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统，其特征在于，所述Zigbee终端节点为佩戴在施工人员身上的有源电子标签，通过Zigbee无线网络与所述数据采集单元相连，向所述数据采集单元每隔一段时间发送一次位置信息。
3.如权利要求1所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统，其特征在于，所述主控制单元由电源模块、无线通讯模块、人机交互模块、Zigbee网络模块及微控制单元MCUl核心模块构成。
4.根据权利要求3所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统，其特征在于，所述无线通讯模块包含GPRS模块和Ethernet模块，分别通过串口 I和串口 2与微控制单元MCUl相连，实现所述主控制单元与所述移动终端设备及远程中央控制中心进行通信。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统，其特征在于，所述Zigbee无线网络由一个主控制单元、多个数据采集单元及多个Zigbee终端节点构成，其中所述主控制单元作为Zig bee网络中的协调节点，所述数据采集单元作为Zigbee网络中的路由节点，所述协调节点位于地铁隧道的出入口处，四个所述路由节点均匀分布在以所述Zigbee协调节点装置为圆心、以所述Zigbee协调节点装置的最大有效传输距离为半径的半圆周上，然后依次以所述四个路由节点分别作为等边三角形的一个顶点，以所述Zigbee路由节点的最大有效传输距离为等边三角形的边长分布于地铁隧道中。
6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统的监控方法，其特征在于，所述数据采集单元包括温湿度测量模块、地表测量模块及可燃性气体测量模块，所述地表测量模块由气压测量、振动测量和土壤湿度测量组成，可燃性气体测量模块由CO测量和瓦斯测量组成。
7.基于权利要求1所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统的监控方法，其特征在于，上述监控系统初始化成功后，通过所述远程中央控制中心选择手动模式还是自动模式与主控制单元和数据采集单元进行无线网络通信发送控制及查询指令来获取地铁隧道施工管理监控系统的各种传感器信息、系统运行状态及自诊断信息；主控单元接收数据后进行数据分析及处理，系统出现故障时将系统故障代码、故障时间、过程参数和运行状态存储在EEPROM并在LCD触摸屏显示系统工作状态、故障代码、故障时间及过程参数；通过Ethernet或GPRS网络将分析处理后的系统运行状态、故障代码、故障时间及过程参数发送给移动终端设备和远程中央控制中心。
8.根据权利要求7所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统的监控方法，其特征在于，在进行手动控制模式时，通过所述移动终端设备或远程中央控制中心选择Ethernet网络或GPRS网络连接，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告。
9.根据权利要求7所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统的监控方法，其特征在于，在进行自动控制模式时，所述移动终端设备或远程控制中心自动先连接Ethernet网络，Ethernet网络连接失败再自动连接GPRS网络 ，网络连接成功后所述主控制单元向所述移动终端设备或远程中央控制中心发送连接报告。
10.根据权利要求7所述的一种基于物联网的地铁隧道施工管理系统的监控方法，其特征在于，当施工人员出入地铁隧道时，通过Zigbee无线通信网络获取施工人员身上的唯一电子ID，若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID不匹配，则提示人工帮助；若所述施工人员身上的唯一电子ID与所述主控制单元内存储的唯一电子ID匹配，则记录施工人员出入地铁隧道的起止时间以及工作路径。
【文档编号】G05B19/418GK103744358SQ201310518532
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】程洪, 邓佩刚 申请人:武汉瑞芯科微电子技术有限公司