隧道施工人员定位预警技术探析

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摘要隧道建设日新月异，隧道安全不容忽视。物联网技术及云计算技术的出现，从隧道施工人员定位、预警以及应急处理等方面提供了有力的保障。

【关键词】隧道施工 RSSI 定位 智能预警

1 前言

隧道施工是一个复杂的系统，施工时每分每秒都会有大量的数据产生。施工现场具备一些监测设备，这些随时产生的数据以各种形式被收入了这些监测设备的数据库中。为了做到隧道施工的安全管理，这些来自多个数据源中的数据都是管理者需要访问和处理的对象。这样的对象越多，越广泛，管理者做出的处理就越客观，真实，就越有助于隧道施工的安全。隧道工程施工技术对动态施工阶段实时监控的要求已迫在眉睫。

2 定位预警系统

随着信息技术技术以及网络通讯技术的不断发展，物联网发展为任意时间、任何位置都能把人或其它现实存在的物体科学有效的连接起来――当然需要借助通过多种不同的形式，一个动态网络就此形成。这个网络基于现实存在的物体，这也是其被称为物联网的一个因由。

目前，我国隧道建设施工中总体事故预测水平来看，事故预测的及时性、连贯性、准确性较差，事故预警的临界参考基础数据缺乏或数据处理能力，事故预警的功能并没有切实实现。

基于 RSSI 定位的隧道施工人员定位预警系统主要包括三部分，即数据采集设备、组网设备及中心处理平台。

数据采集设备由施工人员随时佩戴，可向组网设备 （如路由器） 发射出连接信号，可采集施工人员的一些生理信息等信号进行传送。 该定位系统采用射频场强 RSSI 定位技术。定位系统接收机在复杂隧道环境下，对人员的快速而精确的定位，并能接收到信号。然后测量目标发射机的信号强度，获知强度多少，继而利用已知位置，结合事先了解到的信道衰减模型以及发射信号值，从而能较准确地估算出收发射机之间的距离，从而得知隧道内施工人员的人数、位置等信息。这就是定位系统的基本过程。系统可以根据隧道的应用环境 通过学习获得良好的模型。 随距离的增加传播信号强度有规律的衰减，其与距离成非线性的关系， 而且即使在佩戴 人员位置保持不动的情况下，信号采集设备也有可能发生小幅度的位置移动。

组网设备可在隧道内搭建起无线网路，实现整个区域的信号无缝覆盖。该设备在第二代无线射频（RFID）识别技术平台基础上，结合先进的通信、计算机及网络技术，采用了目前国际上最先进的0.18uM微波芯片技术。

有关人员及设备何时到达某一地点，何时离开，在此地点一共工作了多长时间……这一系列信息，能被获知并进行分析，其后经过各项数据的组网、检测和处理，可以实现信息多点共享。系统中心站及网络终端可以局域网方式联网运行，使网上所有终端在使用权限范围内实现信息多点共享――很多部门可以做到在同一时间却不同地点共享到监测信息、查询各类数据报表，这极大利于一旦出现事故多部门可以最快捷地联动处理事故。

组网之后可以实现隧道施工无线视频监控。该系统采用目前国内以及国际先进的无线视频监控技术，可以降低视频监控布设的成本，实现监控网络的灵活配置。

无线视频监控系统物理上由前端、传输、监控中心三部分组成。采集图像、报警信号是前端的工作内容。采集后，前端还需经过视频服务器将这些信息编码转换为数字信号。之后传输部分会将数字信号以无线的方式发射、接收、汇集到监控网络――无线网桥自然是此刻需要用到的。采集、传输，之后就是监控了。采用多级架构技术，分散监控，集中管理，查看实时图像，还可以对每路图像实时录制――这正是监控中心的任务。

无线网络图像传输从前端监控点至后端监控中心，所有传输都采用无线网络传输。不受地域的限制，后期调整灵活。

通过将收集到的信息进行多存储服务器图像记录实现中心处理。不止一个录像服务器上利用普通IDE硬盘记录了详尽的图像，这些图像被分散在网络内系统中。灵活的、分布式的结构存储图像对于长时间、大容量记录场所至关重要，这也正是隧道施工所需要的。摄像机经过授权后记录下的这些图像可以被网络内部的用户（操作员）通过计算机（或模拟监视器）观察到。为便于处理这些监测到的图像，数据导出支持各种格式。AVI格式是经常被使用的一种转换格式，通过该种格式可以将文件制作为光盘，使用标准的播放软件播放。

在进行图像回放时，网络内的用户只要通过授权就可以通过ACTi NVR Workstation回放即使这路图像在其他区域的任意图像――当然这图像也在其授权范围内。在地图上的摄像机发生事件触发的时候出现报警提示，可以查看所有摄像机显示QCIF@1FPS 的画面，当双击这个预览窗口的时候，会弹出原始分辨率和速度的画面窗口，根据自定义切换事件切换显示不同的预定义的地图。该系统支持远程预览，管理者可在地面回放地图信息。权限允许下功能同于ActiveSetup。

预警方案通过基于密度的局部离群点检测能在样本空间数据分布不均匀的情况下也可以准确发现离群点。根据施工管理的需要系统可以自行设置警戒区域。如将隧道内进行爆破的作业面设置为警戒区域，这样假如警戒区域出现了非授权人员或设备，系统会显示进入警戒区域的人员及设备的身份，自动识别，自动报警。爆破结束后解除报警设置。

该系统具有联动报警功能。支持移动侦测，报警输入，视频丢失，网络中断事件；可以在事件发生后触发报警输出功能。另外，根据现场情况，监控图像可与监控图像进行关联，并实施红外探测联动，比如在重要卡口、围墙安装红外探测后，监控图像即可自动与红外报警联动，图像会自动转到报警位置。

3 总结

总之，随着时展与进步，隧道建设也一日千里。隧道施工安全是应该被同时重视的问题。隧道施工人员定位预警系统的开发将为隧道建设的安全生产和日常管理提供有力保障。

参考文献

[1]叶英.隧道施工信息化预警[M].人民交通出版社.2012.02.01.

[2]刘晓丰,卢建政,程刚.基于云计算的交通安全预警管理平台[J].移动通信.2013.01.

[3]贺树龙.智慧城市背景下的智慧企业建设[J].中国信息化周报.2013.第38-39期.

作者单位

广西大学 计算机与电子信息学院广西壮族自治区南宁市530004