本发明属于隧道综合监测系统技术领域，更具体地，涉及一种可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统。
背景技术：
地铁具有经济节能、运量大、环保等优势，已逐渐成为人们日常生活中最常选择的出行交通方式，且发展迅速。地铁多采用隧道敷设，具有埋深大、距离长、所处地质条件复杂等特点，隧道线路上各种灾害时有发生，还需要面临隧道灾害发生点隐蔽、隧道巡检天窗期短、隧道线路作业安全隐患大等问题。
光纤光栅传感器技术在桥梁、大坝等工程结构的健康监测工作中具备成熟经验，能够满足对隧道关键结构失效而产生的形变监测的高精度监测要求；光纤式火灾探测器，在火灾监测中应用广泛，其特有的细长结构能很好的适应地铁隧道的长距离、连续测量的要求；红外摄像、轨道走行等技术已经在新型监测、自动化技术领域广泛应用，红外摄像能适应地铁隧道的弱光线环境，轨道走行技术在地铁车辆的巡检中已经得到了应用，其定位精度能较好适应轨道巡检的高精度要求。
但是，现有隧道灾害监测技术和模式主要以人工检、计划检为主，无多维化的灾害监测手段、无可视化监测技术、无精确化的灾害定位方式、无高效化巡检模式，地铁隧道灾害应急方面，对现场灾害演化情况的掌控以电话沟通为主，无可视化应急处置流程，因此，现有的地铁隧道灾害监测及应急工作中面临着灾害应急处置不及时、不合理、不见效等难题，从而给轨道交通运行埋下安全隐患。
技术实现要素：
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，在地铁隧道中设置数据采集系统，采集的数据通过监测现场设备机房中的数据中转系统服务，远程传输至地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统，能够实现对地铁线路隧道区间运营状态的可视化在线监测，以及多种类灾害的快速、精确定位、有效诊断，从而使得调度等相关作业人员能够对灾害进行及时处置，为地铁运营安全提供保障。
为实现上述目的，本发明提供一种可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，包括设于地铁内的数据采集系统、设于监测现场设备机房中的数据中转系统以及设于地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统；
所述数据中转系统与所述数据采集系统中的隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元以及隧道巡检数据采集单元连接，所述远程可视化监测控制系统与所述数据中转系统连接；所述数据采集系统采集的数据通过所述数据中转系统服务，远程传输至所述远程可视化监测控制系统，实现对地铁线路隧道区间运营状态的可视化在线监测。
进一步地，所述隧道结构失效监测数据采集单元包括结构失效光纤传感器和光纤光栅解调仪；其中，
所述结构失效光纤传感器固定安装于地铁线路监测区段的隧道内壁、加固钢环以及隧道管片部位，用于采集上述部位因结构失效而产生的异常形变数据；
所述光纤光栅解调仪与结构失效光纤传感器连接，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换。
进一步地，所述隧道火灾监测数据采集单元包括光纤式火灾探测器和光纤解调仪；其中，
所述光纤式火灾探测器安装于每个监测区段的地铁隧道内壁，用于探测隧道火灾时每个监测区段的温升，并对火灾引起的异常温升数据进行采集；
所述数据光纤解调仪与所述光纤式火灾探测器电连通，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换。
进一步地，所述隧道水灾监测数据采集单元包括若干水灾红外摄像头，其安装于每个监测区段的隧道内壁，用于对隧道内渗水情况进行监控。
进一步地，所述隧道巡检数据采集单元包括隧道巡检机器人、无线传输模块以及中间网关；
所述隧道巡检机器人借助既有地铁轨道，用于实现隧道线路的日常巡检数据的采集；
所述无线传输模块安装于所述隧道巡检机器人内部，将数据传输至每个监测区段的中间网关，实现对采集的巡检数据进行无线传输；
所述中间网关用于接收所述无线传输模块发送的无线数据，并实现有线数据的转换。
进一步地，数据中转系统包括核心交换机和现场服务器；其中，
所述核心交换机分别与光纤光栅解调仪，光纤调解仪，水灾红外摄像头，以及中间网关电连接，以对采集的多维监测数据进行接口汇集和交换；
所述现场服务器与所述核心交换机连接，用于实现对监测数据的中继传输。
进一步地，所述远程可视化监测控制系统包括智能诊断决策模块、应急调度指挥模块、gis bim可视化模块；其中，
所述智能诊断决策模块与现场服务器连接，接收其发出的远程传输监测数据，实现对监测数据的诊断分析和智能决策；
所述应急调度指挥模块用于监测并诊断到地铁隧道异常灾害数据时，实现对灾害及时有效的处置；
所述gis bim可视化模块，通过前期建立的bim模型以及相应的地理空间位置信息，针对地铁区间隧道的运营状态，以三维可视化场景进行在线展示，同时，通过现场实时上传的监测数据与gis bim信息化模型的在线联动，实现地铁隧道灾害发生点的快速精确定位和应急调度状态的可视化显示。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
（1）本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，包括设于地铁隧道内的数据采集系统，设于监测现场设备机房的数据中转系统，以及设有地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统。数据采集系统包含隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元、隧道巡检数据采集单元；数据中转系统包含核心交换机、现场服务器；远程可视化监测控制系统包含智能诊断决策模块、应急调度指挥模块、gis bim可视化模块。通过在地铁隧道中设置数据采集系统，采集的数据通过监测现场设备机房中的数据中转系统服务，远程传输至地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统，能够实现对地铁线路隧道区间运营状态的可视化在线监测以及多种类灾害的快速、精确定位、有效诊断，从而使得调度等相关作业人员能够对灾害进行及时处置，为地铁运营安全提供保障。
（2）本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，通过地铁隧道中安装的隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元、隧道巡检数据采集单元，完成多维监测数据采集，实现地铁隧道灾害的集中监测，灾害处置的统一应急调度，有效提升地铁运营安全。
（3）本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，基于轨道巡检机器人技术，能够在有限的检修天窗期内完成隧道的安全巡检工作，同时解决夜间工作对巡检人员身心健康的影响，以及隧道内线路作业的安全问题。
（4）本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，基于gis bim可视化模块，借助于前期建立的线路环境及线路设备、结构等bim模型，能够对地铁区间隧道的运营状态以三维可视化进行在线展示，基于现场监测数据与gis bim信息化模型的在线联动，实现在地铁隧道灾害事故发生的时候对灾害发生点的精确定位，方便安全运维人员对现场灾害信息的及时掌控。同时，灾害场景的可视化再现，给应急指挥人员的处置措施提供科学直观的判断依据，有效提高灾害应急处理效率和质量。
附图说明
图1为本发明实施例的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统架构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明基于现有技术中地铁隧道灾害监测及应急工作中面临的灾害应急处理不及时、不合理以及不见效的问题，提出了一种可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统。如图所示为本发明可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统的框架结构示意图。本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统包括设于地铁内的数据采集系统、设于监测现场设备机房中的数据中转系统以及设于地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统。通过在地铁隧道中设置数据采集系统，采集的数据通过监测现场设备机房中的数据中转系统服务，远程传输至地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统，能够实现对地铁线路隧道区间运营状态的可视化在线监测，多种类灾害的快速、精确定位、有效诊断，从而使得调度等相关作业人员能够对灾害进行及时处置，为地铁运营安全提供保障。
数据采集系统用于采集隧道内多维监测数据，包括隧道结构失效、火灾、水灾、轨道运营状态等信息，主要通过结构失效光纤传感器、光纤式火灾探测器、水灾红外摄像头、轨道巡检机器人完成。具体地，数据采集系统包括隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元、隧道巡检数据采集单元；其中隧道结构失效监测数据采集单元包括结构失效光纤传感器、光纤光栅解调仪；结构失效光纤传感器固定安装于地铁线路监测区段的隧道内壁、加固钢环、隧道管片等部位，用于采集隧道内壁、加固钢环、隧道管片因结构失效而产生的异常形变数据，当隧道内壁开裂，或加固钢环断裂，火灾隧道管片变形，将引起结构失效光纤传感器的应变信号的变化，从而实现对隧道结构的在线监测；光纤光栅解调仪通过光缆与结构失效光纤传感器连接，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换，光纤光栅解调仪将波长信号转换为电压信号，并通过网线传输至核心交换机，实现监测数据上传。
本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，通过地铁隧道中安装的隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元、隧道巡检数据采集单元，完成多维监测数据采集，实现地铁隧道灾害的集中监测，灾害处置的统一应急调度，有效提升地铁运营安全。
隧道火灾监测数据采集单元包括光纤式火灾探测器、光纤解调仪；其中，光纤式火灾探测器，安装于地铁隧道每个监测区段的地铁隧道内壁，用于实现在地铁隧道火灾发生时，探测隧道内每个监测区段的温升，对火灾引起的异常温升数据的采集；数据光纤解调仪通过光缆与光纤式火灾探测器电连通，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换，光纤解调仪将波长信号转换为电压信号，并通过网线连接核心交换机，实现监测数据上传。
隧道水灾监测数据采集单元包括若干水灾红外摄像头，通过支架固结安装在地铁隧道每个监测区段的隧道内壁，用于全天候对隧道内渗水情况进行监控，实现在地铁隧道水灾发生时，对水灾现场监控视频数据的实时采集。
隧道巡检数据采集单元包括隧道巡检机器人、无线传输模块、中间网关；隧道巡检机器人借助于轨道走行技术，用于实现隧道线路的日常巡检数据的采集，在地铁隧道天窗期，隧道巡检机器人基于轨道走行结构，可通过既有地铁轨道运行，对隧道线路沿线内轨道病害、轨旁异物入侵状态的高效巡检；无线传输模块安装于隧道巡检机器人内部，无线传输模块将无线监测数据传输至每个监测区段的中间网关，实现对采集的巡检数据进行无线传输；中间网关用于接收所述无线传输模块发送的无线数据，并实现有线数据的转换，并且中间网关通过网线与核心交换机相连，实现巡检数据的上传。
本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，基于轨道巡检机器人技术，能够在有限的检修天窗期内完成隧道的安全巡检工作，同时解决夜间工作对巡检人员身心健康的影响，以及隧道内线路作业的安全问题。
数据中转系统用于监测数据中继传输服务，包括核心交换机、现场服务器，其中核心交换机分别与隧道内的各数据采集单元连接，接收并汇集了多维监测及巡检数据，通过网线将数据传输至现场服务器；具体地，核心交换机安装于监测现场的设备机房中，分别与隧道结构失效监测数据采集单元中的光纤光栅解调仪，隧道火灾监测数据采集单元中的光纤调解仪，隧道水灾监测数据采集单元中的红外摄像头，以及隧道巡检数据采集单元中的中间网关电连接，用于实现对采集的多维监测数据进行接口汇集和交换。
现场服务器也安装于监测现场的设备机房中，且与核心交换机连接，用于实现对监测数据的中继传输，将接收到的多维监测及巡检数据通过专用vpn通道远程传输至位于地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统。
进一步地，远程可视化监测控制系统包括智能诊断决策模块、应急调度指挥模块、gis bim可视化模块。
其中智能诊断决策模块与现场服务器连接，接收数据中转系统中现场服务器发出的远程传输监测数据，实现对监测数据的诊断分析和智能决策；其基于灾害风险知识库及数据诊断技术，对接受的多为监测及巡检数据进行处理分析，得出致灾风险等级。
应急调度指挥模块，用于检测并诊断到地铁隧道异常灾害数据时，实现对灾害及时有效的处置；其依据智能诊断决策模块给出的致灾风险等级等信息，针对性地调用系统内部应急调度指挥预案，及时对灾害进行应急处置。
gis bim可视化模块，用于辅助地铁隧道状态的可视化在线监测，通过前期建立的线路环境及线路设备、结构等bim模型以及相应的地理空间位置信息，针对地铁区间隧道的运营状态，以三维可视化场景进行在线展示，同时，通过现场实时上传的监测数据与gis bim信息化模型的在线联动，实现地铁隧道灾害发生点的快速精确定位和应急调度状态的可视化显示，为应急调度指挥工作提供支持。
本发明的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，基于gis bim可视化模块，借助于前期建立的线路环境及线路设备、结构等bim模型，能够对地铁区间隧道的运营状态以三维可视化进行在线展示，基于现场监测数据与gis bim信息化模型的在线联动，实现在地铁隧道灾害事故发生的时候对灾害发生点的精确定位，方便安全运维人员对现场灾害信息的及时掌控。同时，灾害场景的可视化再现，给应急指挥人员的处置措施提供科学直观的判断依据，有效提高灾害应急处理效率和质量。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，包括设于地铁内的数据采集系统、设于监测现场设备机房中的数据中转系统以及设于地铁监测控制中心的远程可视化监测控制系统；
所述数据中转系统与所述数据采集系统中的隧道结构失效监测数据采集单元、隧道火灾监测数据采集单元、隧道水灾监测数据采集单元以及隧道巡检数据采集单元连接，所述远程可视化监测控制系统与所述数据中转系统连接；所述数据采集系统采集的数据通过所述数据中转系统服务，远程传输至所述远程可视化监测控制系统，实现对地铁线路隧道区间运营状态的可视化在线监测。
2.根据权利要求1所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述隧道结构失效监测数据采集单元包括结构失效光纤传感器和光纤光栅解调仪；其中，
所述结构失效光纤传感器固定安装于地铁线路监测区段的隧道内壁、加固钢环以及隧道管片部位，用于采集上述部位因结构失效而产生的异常形变数据；
所述光纤光栅解调仪与结构失效光纤传感器连接，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换。
3.根据权利要求1或2所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述隧道火灾监测数据采集单元包括光纤式火灾探测器和光纤解调仪；其中，
所述光纤式火灾探测器安装于每个监测区段的地铁隧道内壁，用于探测隧道火灾时每个监测区段的温升，并对火灾引起的异常温升数据进行采集；
所述数据光纤解调仪与所述光纤式火灾探测器电连通，用于实现光纤的波长信号到电压信号的转换。
4.根据权利要求3所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述隧道水灾监测数据采集单元包括若干水灾红外摄像头，其安装于每个监测区段的隧道内壁，用于对隧道内渗水情况进行监控。
5.根据权利要求1或4所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述隧道巡检数据采集单元包括隧道巡检机器人、无线传输模块以及中间网关；
所述隧道巡检机器人借助既有地铁轨道，用于实现隧道线路的日常巡检数据的采集；
所述无线传输模块安装于所述隧道巡检机器人内部，将数据传输至每个监测区段的中间网关，实现对采集的巡检数据进行无线传输；
所述中间网关用于接收所述无线传输模块发送的无线数据，并实现有线数据的转换。
6.根据权利要求5所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述数据中转系统包括核心交换机和现场服务器；其中，
所述核心交换机分别与光纤光栅解调仪，光纤调解仪，水灾红外摄像头，以及中间网关电连接，以对采集的多维监测数据进行接口汇集和交换；
所述现场服务器与所述核心交换机连接，用于实现对监测数据的中继传输。
7.根据权利要求1或6所述的可视化地铁隧道安全综合监测及智能应急系统，其特征在于，所述远程可视化监测控制系统包括智能诊断决策模块、应急调度指挥模块、gis bim可视化模块；其中，
所述智能诊断决策模块与现场服务器连接，接收其发出的远程传输监测数据，实现对监测数据的诊断分析和智能决策；
所述应急调度指挥模块用于监测并诊断到地铁隧道异常灾害数据时，实现对灾害及时有效的处置；
所述gis bim可视化模块，通过前期建立的bim模型以及相应的地理空间位置信息，针对地铁区间隧道的运营状态，以三维可视化场景进行在线展示，同时，通过现场实时上传的监测数据与gis bim信息化模型的在线联动，实现地铁隧道灾害发生点的快速精确定位和应急调度状态的可视化显示。
技术总结