[发明专利]一种隧道施工安全监控管理系统和方法

权利要求书

1.一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：它包括监控中心系统、机电设备监控系统、施工人员安全管理系统、视频监控系统、语音广播系统和通信系统，机电设备监控系统、施工人员安全管理系统、视频监控系统和语音广播系统通过通信系统与监控中心系统连接。

2.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的通信系统包括无线通信网络和光纤通信网络，无线通信网络由多个工业级的无线网桥桥接组成；光纤通信网络包括多个光纤交换机和光缆，多个光纤交换机通过光缆连接组成光纤自愈环网。

3.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的监控中心系统包括一个或多个数据库服务器、Web服务器、通信服务器、工作站或电子值班模块，数据库服务器、Web服务器、电子值班模块和工作站通过通信网络与通信服务器连接；

数据库服务器完成系统运行的数据记录、存储和管理功能，为监控中心提供数据库访问服务；Web服务器连接管理信息系统MIS或复式终端提供基于Web服务的系统运行状态、故障报警、历史记录等信息；通信服务器负责监控中心系统与工作站的通信处理、数据采集、规约转换和数据预处理；电子值班模块包括多串口服务器和GSM/GPRS调制解调器；工作站按照职责划分为机电设备工作站、施工人员安全管理工作站、视频工作站和语音广播工作站。

4.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的机电设备监控系统包括机电设备工作站、通信网络节点、通风监控系统、给排水监控系统、供电及照明监控系统或其他设备监测监控系统；

通风监控系统包括环境参数监测模块、风机电气柜、风筒风量传感器和总回风风速传感器；给排水监控系统包括水池水位监测模块、水泵电气柜、污水处理监控模块或防水监测模块；供电及照明监控系统包括负荷监测模块、电源监控模块、照度监测模块或能量统计模块；其他设备监测监控系统包括通信设备、空压机、瓦斯抽放设备、不间断电源UPS、应急电源EPS、柴油发电机组等其他机电设备和掌子面支架变形及应力检测仪、顶板变形及应力仪、水文地质参数仪等在线仪器仪表，其他机电设备和在线仪器仪表通过智能监控接口接入就近的工作站。

5.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的施工人员安全管理系统包括施工人员安全管理工作站、通信网络节点、读卡分站、动态目标识别器或人员标识卡，施工人员安全管理工作站通过通信网络节点与读卡分站和动态目标识别器连接，读卡分站与人员标识卡连接、动态目标识别器通过无线连接方式与人员标识卡连接。

6.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的视频监控系统包括视频监控工作站、通信网络节点或视频前端设备，视频前端设备包括网络摄像机、模拟摄像机、视频服务器及配套的镜头、云台、防护罩、辅助照明、雨刮器、电源、防雷器件，网络摄像机通过通信网络节点与视频监控工作站连接，模拟摄像机与视频服务器连接后，通过通信网络节点与视频监控工作站连接。

7.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：所述的语音广播系统包括语音广播工作站、通信网络节点、功放、话筒或音柱，语音广播工作站与功放连接，功放还与通信网络节点连接，通信网络节点与音柱连接。

8.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：它还包括一个安全预案管理系统，安全预案管理系统包括通风监控预案、电力及照明设施监控预案、隧道量测参数监测预案、施工人员管理预案或视频监控预案，用户可以使用系统提供的公式描述器编辑任意逻辑表达式，安全预案管理系统可由人工触发主动调用，也可由事件触发自动调用。

9.根据权利要求1所述的一种隧道施工安全监控管理系统，其特征在于：它还包括一个局端系统，它包括监控中心主站接口、Web服务器、防火墙和上级管理信息系统接口，Web服务器通过监控中心主站接口与监控中心主站连接，Web服务器还与防火墙连接，防火墙通过上级管理信息系统接口与上级管理终端连接。

10.一种隧道施工安全监控管理方法，其特征在于：它包括以下一个或多个步骤：

(1)通风监控：环境参数监测模块自动监测氧气含量、粉尘浓度、一氧化碳CO、二氧化碳CO₂和瓦斯CH₄浓度，当监测浓度超过安全卫生标准时，加强通风并报警；采用变频器控制风机启停和运转速度；采用两路电源供电，实时监测风机的温度、电源和风机运行状态，风机故障或异常时报警；风量传感器实时监测风筒风量，风量越限时报警；判断风筒漏风是否在正常范围之内，若超出允许范围时报警；

(2)给排水监控：采用变频器控制水泵，软启软停水泵防止水锤现象发生；实时监测水泵状态，故障时报警；采用双水位逻辑控制方法，控制水泵的启停，当水池水位监测模块监测到集水池水位过低或过高时报警；防水监测模块实时监测监测点水压、渗水参数和环境雨量参数，当参数超越极限或涌水异常时报警；污水处理监控模块实时监测处理后的污水是否达标，若监测达标后，排放污水；

(3)供电及照明监控：负荷监测模块实时监测线路的开关状态、电流、电压、功率因数；电源监测模块实时监控应急电源EPS、柴油发电机组、备用电源、不间断电源UPS的工作状态、切换状态、蓄电池状态；照度监测模块实时监控施工作业面的环境照明度来改变灯光亮度，实时监测照明灯有是否损坏，当有损坏时报警；能量统计模块统计使用能量情况，并计算相关电费，监测是否有漏电，预防电气火灾；

(4)施工人员安全管理：在隧道布置多个读卡分站和动态目标识别器，工作人员佩戴人员标识卡；对施工人员考勤并进行出勤统计；对各监测区工作人员的数量和分布情况进行分类统计；对外来人员或无卡施工人员触发报警器报警，并及时通知调度管理人员；对施工人员进行实时定位跟踪，发生异常时报警；当实施放炮工作时，实时查看放炮工作人员是否到位、是否有人员滞留，进行及时通知和记录，若不能达到放炮规定时，放炮器不能工作；施工人员可以通过人员标识卡按钮向监控中心呼叫，监控中心也可以向标识卡发信息，进行紧急救援调度和日常管理；

(5)视频监控：采用视频压缩速率高网络宽带占用小的视频前端设备；将摄像机安装在需要进行视频监控的重要场合和掘金车、安定车等移动设备上，进行全方位的视频监控；现场图像可根据地点分成监控组，以4分屏、9分屏或者16分屏方式显示，组内图像可自动轮巡，可任意调节切换时间，当发生异常报警时，可任意联动其他设备报警，同时可在客户端弹出报警提示；多路音视频同步录制存储，用户可根据使用功能和环境的不同，选择不同的画面清晰度进行存储；

(6)语音广播：在隧道内特别是施工现场和重要场合分段安装语音广播系统，当发现有违章行为时，进行语音警示、纠正，紧急情况下，广播指挥疏散人群；休息时可以进行安全知识教育、播放音乐；隧道现场通过话筒进行双向通话；重要的广播信息由语音广播工作站进行数字化录音，以便追忆回放、分析责任；

(7)局端监控：局端管理人员通过计算机内置的IE浏览器与监控中心系统连接，在线查询隧道现场实时运行状态、视频图像、报警信息和历史运行记录，并在线施工现场提供咨询、调度服务；在获得授权的情况下，可直接控制设备运行状态，执行应急救援指挥任务；局端系统增设防火墙，实时监控保障网络安全；

(8)安全预案管理：支持任意逻辑表达式编辑和图形化预案编制，用户根据现场实际情况和工程经验编制安全预案，存入安全预案管理数据库，以便查询调用，用户可以根据实际运行情况进行修正安全预案；

(9)事故追忆及重演，包括以下子步骤：

S1：出现事故时，系统等到采样了后N帧后，将追忆缓冲区转存为磁盘数据库，追加时间戳及故障原因，以文件形式保存；

S2：根据事故对应分站自动形成该分站所有追忆数据的事故追忆报表，由用户确定存盘或打印；

S3：通过调用事故追忆画面，同时装入事故断面数据，通过画面直观地重演事故的现场，可以人工指定帧号或人工重演；

S4：通过曲线浏览工具，可显示精密采样曲线，以数字或曲线形式表示；

S5：导出事故发生时的广播音频文件，进一步还原事故现场。