基于无线网络的地铁监控系统的设计初探

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0 引言
交通拥堵已经成为影响和制约城市发展的关键问题，充分利用城市地下空间，发展轨道交通，是解决这一问题的有效途径。地铁项目建设的快速发展对缓解城市交通状况，促进城市发展有着积极的作用。近年来，在国家的大力支持下，我国的地铁建设正在各地如火如荼的进行中。
但是，由于地铁建设及管理经验的不足，部分地铁项目建设或维护过程中，都产生了诸多的安全问题，也造成了一定的经济损失。从2004年3 月发生的广州地
铁3 号线番禺大石站的土体滑坡事故到
2012年12月发生的上海地铁12号线的坍塌事故，类似安全事故在近年来时有发生。分析其原因，我们可以发现，目前的地铁安全任务的监控和维护主要还是以人工监测为主，这样势必导致一些安全隐患数据不能得到及时的发现和处理。
如何建立一个可靠的安全监控系统，对各类故障信号进行实时监测，从而保证对故障信号的早发现、早预警和早处理，成为了当前轨道交通建设迫在眉睫的任务。
1 系统设计方案
为了降低地铁施工带来的安全隐患，遏制事故的发生。必须对温度、湿度、瓦斯浓度、CO 浓度、应力、震动、人员定位等诸多信号进行监测，同时保证无人值守情况下的实时监测和智能预警。综合考虑以上因素，基于无线传感器网络特点建立起了一个数据采集传输系统，其避免了人工和有线系统的诸多弊端。系统由三部分组成：具有数据采集功能的无线传感器节点（移动节点）、具有路由功能的无线节点（固定节点）、地面控制中心。系统整体框图如图1 所示。

图1 系统整体框图

2 系统设计原理
整个系统由大量的智能无线传感器节点构成的网络，能够协作的实施监测、感知和采集环境信息，并对数据进行处理，传送到监控中心。它综合了传感器技术、遥测遥控技术、嵌入式计算技术、分布式信息处理技术和无线通信技术，其通信和感知节点可以移动、无须铺设线路、操作简单、容易维护、组网成本低，是解决地铁瓦斯、透水以及坍塌等问题的全方位、实时监测的一种可行方法。系统分成若干个簇，每个簇以固定传感器节点作为簇首。移动传感器节点负责感知现场信息，包括瓦斯信息、地应力信息、水层遥测信息等，该节点由主控部分、数据无线收发部分、检测部分和报警应急部分组成。负责将现场采集的这些信息通过自组网的方式传送到其所在簇的簇首，簇首作为路由将信息实时的传送到地面监控中心，并且经处理后实时显示各参数数值。
地面监控中心则根据实际的情况，按照预定的流程对整个系统进行管理、数据分析处理和监控。通常由一般的计算机来实现。
3 系统设计初步
本监控系统主要由数据无线收发系统、检测系统包括瓦斯敏感仪、水层遥测仪、场效应感应仪等，如图2 所示。

图2 移动节点系统框图

检测系统负责采集瓦斯浓度、地应力等参数，并负责对水层的遥测。将各种物理信号转化为微弱的电信号，经过相应的信号调理电路，再由微控制器进行相应的处理后，将含有信息的数据通过无线收发单元进行传输。
监控系统主要通过各点采集到的数据信息，并在计算机上显示各检测点的位置信息，一旦发现某检测点的数据异常，立即通过声、光等信息进行报警指示。并能指示发生警情的位置，方便专业人员进行相关处理。
地铁施工人员如发现异常情况，也可通过每个检测点上的报警按钮触发报警，报警后的自动处理。系统应设定自动处理程序，当报警时，按照预先设定的程序进行处理。报警的时间地点自动存储在系统的数据库中，可以快速查询报警事件信息和该时段的数据信息。通过项目组配套开发的软件，可以实现对全部检测点、报警点的统一管理。地面中心的计算机主界面上，可以显示全部检测点，点击任意一个检测点，可以直接看到相应点的瓦斯浓度、地应力等各项数据信息。

李小路

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