摘要:基于射频自动识别(RFID)技术和视频监控的“隧道施工人员安全监控系统”主要由电子标签监控、视频监控和语音通信三部分组成。本系统能够自动感知隧道施工人员进出隧道的情况和人员在隧道中的位置,随时统计隧道内施工人员数量、位置及身份,实现考勤、自动管理、自动定位,并可通过视频系统监控隧道口和掌子面当前的实际情况。在铁路、公路、地铁隧道施工过程中,应用本系统能够实时掌控隧道内的施工人员情况。
铁路是国民经济的重要命脉,由于其特有的灵活和优越性,发挥着其他运输方式不可替代的作用。隧道是铁路工程结构的重要组成部分之一,随着技术的不断发展,隧道建筑规模越来越大,长度越来越长。然而隧道规模越大,技术难度也相应加大,由于其施工环境复杂,风险相对较高,管理难度较大,因此施工人员的安全问题永远是隧道施工的重中之重。
基于射频自动识别(RFID)技术和视频监控的“隧道施工人员安全监控系统”主要由电子标签监控、视频监控和语音通信三部分组成。本系统能够自动感知隧道施工人员进出隧道的情况和人员在隧道中的位置,随时统计隧道内施工人员数量、位置及身份,实现考勤、自动管理、自动定位,并可通过视频系统监控隧道口和掌子面的实际情况。当前在铁路、公路、地铁隧道施工过程中,应用本系统能够实时掌控隧道内的施工人员情况。一旦发生事故,“隧道施工人员安全监控系统”能够准确“报告”当前隧道内的人员状况。为救援工作提供参考数据,提高救援效率。
“隧道施工人员安全监控系统”的电子标签监控系统由工作人员携带的标签卡、出入口和隧道中的读卡器以及监控系统三部分组成。施工人员只需随身携带标签卡,经过隧道出入口或在隧道中施工时,安装于其附近的读卡器就能够实时的远距离采集到标签卡的信息,并且发送回监控系统。因此,隧道外的管理人员可以通过监控软件,实时掌握隧道内每一个人员的位置信息,便于进行调度管理。如果出现意外,可由此迅速判断出被困人员的数量及具体位置,及时组织救援。 视频监控采用在隧道口及掌子面安装摄像头的方式,通过无线网桥连接到隧道外的监控系统。采用视频可以实时看到当前隧道口人员进出及作业面上工作人员的工作情况,能够进一步保证施工人员的安全,并且对工作的情况进行监督。
语音通信系统通过在隧道内部与洞口监控室各安装一部电话,解决了进入隧道后就无法与隧道外进行通信的问题,为隧道施工进一步提供了便利。
本系统包括电子标签监控、视频监控、电话系统、通信网络及控制中心等五个主要部分,以下分别进行说明:
电子标签监控系统主要由读卡器和标签卡组成。在隧道口的出入监控使用两台读卡器,用于判断人员的进出。这两台读卡器均固定在洞口的墙壁上,直接使用网线与洞口的网络设备(交换机)相连。标签卡为每位进入隧道的人员随身佩戴。
电子标签监控系统由出入口监控、定位、显示、网络和系统软件5部分组成:
(1)出入口监控:监控隧道施工人员和车辆设备的出入实时动态信息。在每个出入人员和车辆设备配备一个电子标签,能实时跟踪其出入情况,出入口监控至少需要两台读写器。当人员进出时,读写器能够实时的探测到标签卡的移动情况,从而判断出人员是进入还是离开隧道。
(2)定位:定位能监控人员或车辆设备在隧道内的位置。在隧道内靠近掌子面,即风险较高且大部分施工人员工作的位置摆放读写器,当携带标签卡的人员经过读写器的范围时,读写器能够探测到标签卡,从而说明该人员的位置是在该读写器附近。读写器固定在可移动的支架上,通过无线网桥以无线的方式连接到隧道口的监控中心。随着隧道不断向前掘进,放置读写器的支架也可以随之向前推进。具体的摆放方式可由施工人员按需求实时调整。
(3)显示:在隧道口安装LED显示屏,可根据需要实时显示隧道内的人员和车辆设备的情况,包括实时进出信息和隧道内人员和车辆设备信息。
(4)系统软件:处理读写器捕获数据,并分析数据,然后显示结果,有考勤、实时监控等功能。
视频监控分隧道内监控点、隧道口监控点和监控中心三部分,在隧道内和隧道口监控点各分布一台摄像机,用于实时采集视频图像,通过无线网络将数据传到隧道口的无线网桥处,再由无线网桥传送回监控中心,显示在监控中心的显示屏上。
在每一个无线网桥旁设置一台局域网电话机和一台局域网电话网关,可在隧道内外相互拨打电话。
根据有斜井隧道特点,如下图,设计方案在每个隧道口或斜井口设立一个机房。图中黑点为无线网桥的摆放位置,阴影部分为尚未掘进的隧道正洞,靠近阴影部分的无线网桥可逐步向前移动。
无斜井隧道采用如下图所示的设计方案,方案在隧道出入设立一个机房。
整个系统完全基于TCP/IP网络进行通信的传输。同时,须保证前端每条链路有一定的带宽余量。前端无线网点的部署具备机动性和灵活性,方便前端点随着小车的转移而转移(前端网点需具备易拆卸、易迁移的特性);具有强大的接入能力,以实现大规模、大范围的前端网点覆盖,网络带宽在有必要的时候可以升级扩展。 系统支持灵活的接入方式,前端网点的数据传输以无线方式为主,经过无线传输汇聚后,最终统一回传到管理中心。通信系统应严格遵守隧道系统建设的安全标准,做到传输线路、编解码设备的运行稳定和安全可靠。
由于铁路隧道一般比较狭窄,特别是当车经过时,被车填充后所剩余的空间很小,车对隧道的填充对信号传播会有较大的影响。并且天线系统的安装空间有限,这样天线的尺寸和增益也必然会受到很大的限制。为保障各个无线监控点的有效带宽和整个无线链路的稳定性,根据现场实际使用要求设计高增益高带宽并采用一体化的美观便捷性设计无线设备,这样就很好的保证了复杂情况下网络的带宽,一体化的设计又为安装带来了方便。
考虑到各种隧道的复杂多样性,如果个别弯道可视情况不好或者隧道距离过长,需要考虑加置中继,中继链路亦优选一体化设计的高增益无线设备进行背靠背的连接,一个设备用于前端的覆盖,另外一个设备负责把前端的视频信号进行回传,这样在特别复杂情况下很方便的建立起高带宽通讯,才可使得可视情况不好的点位获得良好的信号。只有严格按照此原理架构设计网络才得以使系统运转效率比较均匀,数据流的实时性较好,杜绝出现偶尔的带宽波动大,或者带宽骤降进而带来图像卡的现象,充分保证网络带宽的稳定。
控制中心设置在洞口附近,放置服务器与隧道口的电话。通过本系统的系统软件,能够在控制中心对本系统的各部分进行操作和控制,实时掌握隧道口和隧道内的各种信息。
系统主要功能如下:
● 出入识别
佩戴标签卡的人员(或机器设备)进出隧道时,系统能够自动感应其对应的信息,并记录其进出时间
● LED显示
大尺寸LED显示施工状态、人员状态、宣传标语等
● 轨迹查询
能查询监控对象行径轨迹
● 自动考勤
通过记录每位人员的进出时间,能够计算出勤情况
● 实时视频
能实时查看监控视频画面,并能回放历史录像
● 语音通信
隧道内外能互打电话,语音通信
系统主要特点如下:
● 高度可靠性
◆ 可达99.99%识别率
◆ 识别距离远,能够在50-100米范围内准确识别
◆ 识别速度快,大批人员同时进出时,仍然能够准确识别
◆ 抗干扰性高,对环境要求低
● 使用方便,不影响正常施工
◆ 施工人员只需正常通过隧道口即可,无需刷卡等多余动作;
◆ 标签卡电池寿命长达3年,无需频繁更换。
● 易操作、易维护
◆ 易操作,快速上手,可以按要求进行各种查询
◆ 视频操作简单,自动录像
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