一种无人值守模式管廊隧道辅助监控系统及方法
技术领域
本发明涉及管廊监控技术领域，特别是一种无人值守模式管廊隧道辅助监控系统及方法。
背景技术
近年来管廊隧道项目伴随着城市化的快速发展大量兴起，传统管廊隧道辅助监控系统存在对于运行维护人员依赖度高、巡视工作量大，依靠人员判断处理突发事故往往无法及时、准确的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种无人值守模式管廊隧道辅助监控系统和方法，能够对管廊内环境进行监测，并能够根据实际工况或所需工况对管廊内环境参数进行控制，减少管廊监控的人力投入，提高管廊内突发事故时的发现和应对效率。
本发明采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种管廊隧道辅助监控系统，包括控制单元；
管廊隧道包括分别沿管廊隧道长度方向延伸的SF6排风通道、巡视通道和主通道；相邻通道之间设有通风阀；
巡视通道和主通道的两端均分别设有送风机和排风机，SF6排风通道的两端分别设有SF6排风机；
巡视通道和主通道内沿通道延伸方向设有多个SF6传感器、温湿度传感器、有害气体传感器和氧气传感器；
所述SF6传感器、温湿度传感器、有害气体传感器和氧气传感器的输出端，各通风阀、送风机和排风机的控制端，分别连接控制单元。
上述控制单元可采用计算机或者工控机等。控制单元根据接收到的传感器检测数据判断管廊隧道内的工况，根据实际工况控制各风机的运行，或者根据所需工况控制各风机的运行，使得管廊隧道内能够符合巡视所需环境条件，或者其他环境条件。
可选的，SF6排风通道的出口与主通道的两端口部齐平设置；巡视通道的两端部，从SF6排风通道的出口处向外延伸设定的长度。所述设定长度可根据现场情况调整，能够使得巡视人员在进出巡视通道时，尽可能少的接触到从SF6排风通道中排除的SF6气体。
可选的，所述巡视通道的两端侧部分别连通有卧式轴流送风风机和卧式轴流排风风机；
所述主通道的两端端口部分别连通有立式轴流送风风机和立式轴流排风风机；
主通道和巡视通道的送风端/排风端位于管廊隧道的同一端。
可选的，所述有害气体传感器包括CH4传感器、CO传感器、H2S传感器中的一种或多种组合。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述管廊隧道辅助监控系统的监控方法，包括：
实时获取SF6传感器和温湿度传感器的检测数据，以及各风机和通风阀的开关状态数据；
根据获取到的检测数据判断管廊隧道内的工况，所述工况包括根据SF6浓度预先设定的、对应不同浓度的SF6预警工况、SF6报警工况和其它气体事故工况，以及根据温湿度预先设定的待排热工况；
根据工况判断结果，按照预设的风机和阀门控制策略，控制管廊隧道内不同风机或不同位置处阀门的开关，使得管廊隧道内温度符合预设温度要求、SF6气体浓度低于预警浓度，和/或其他气体浓度符合预设浓度要求。
可选的，监控方法还包括，在巡视或检修前，控制主通道和巡视通道两端的风机运行半小时，在巡视或检修结束人员离开管廊隧道后关闭风机。在控制风机运行的同时，可配合各传感器的检测数据判断管廊隧道内环境是否适合人员进入。
可选的，监控方法还包括：计算主通道内任意设定长度范围内各温湿度传感器在设定时间段检测的平均温度tni，以及距排风口设定距离范围内的各温湿度传感器在同一时间段检测的平均温度tno；
所述待排热工况的判断依据为：存在任一tni满足tni＞T0，T0为设定温度阈值；
待排热工况下的风机和阀门控制策略为：控制主通道和巡视通道两端的风机皆开启，并运行在第一开启风量状态，直至tno≤T0时，则控制主通道和巡视通道两端的风机减小风量，运行在第二开启风量状态设定延时，若仍满足tno≤T0，则控制主通道和巡视通道两端的风机再次减小风量，运行在第三开启风量状态设定延时，若仍满足tno≤T0，则关闭所有风机；若风机运行于第二开启风量状态或第三开启风量状态时，tni＞T0，则恢复控制主通道和巡视通道两端的风机运行于第一开启风量状态；若风机运行过程中存在tno＞T1，T1为预设报警阈值，则输出高温报警信号。
以上方案中，T0优选为35℃，T1优选为40℃，所述设定长度范围为50m，距排风口设定距离范围为50m，平均温度为半小时的平均温度，第一开启风量为85×2m3/s，第二开启风量为65×2m3/s，第三开启风量为45×2m3/s。若所有tni满足tni≤T0，则所有风机无需开启。
可选的，所述风机和阀门控制策略还包括：
SF6预警工况下：主通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定预警浓度时，控制主通道两端风机运行在最大开启风量，直至SF6浓度不再上升，维持最大开启风量设定时段后，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小风机开启风量至预警前的运行状态；巡视通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定预警浓度时，控制巡视通道两端风机开启，直至SF6浓度不再上升，维持开启风量设定时段后，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小风机开启风量至预警前的运行状态；
SF6报警工况下：主通道或巡视通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定报警浓度时，控制相应通道两端风机运行至最大开启风量，控制相应通道内浓度报警位置处设定范围内的通风阀以及地势最低位置处的通风阀开启，直至通道内的所有检测点SF6浓度降至设定预警浓度以下时，关闭SF6排风机，恢复SF6报警工况前的通风阀开关状态，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小主通道或巡视通道两端风机的开启风量至报警前的运行状态；
其它气体事故工况下：主通道或巡视通道内任一有害气体传感器的检测数据超出设定报警阈值，或氧气传感器的检测数据低于设定报警阈值时，控制相应通道两端的风机开启，直至有害气体或氧气浓度符合浓度要求。
第三方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第二方面所述的管廊隧道辅助监控系统的监控方法步骤。
有益效果
本发明实现了一种无人值守模式管廊隧道辅助监控系统，通过管廊隧道内气体、温湿度等各类型传感器的数据检测，能够支持对管廊内环境的多级工况划分，从而控制单元能够自动判别当前所处工况，并根据预先确定的控制策略自动调节管廊内风机的开启数量和风量、自动开启和关闭相应风阀，实现无人值守模式下隧道管廊的全自动监控。本发明方法能够大大降低管廊隧道的运行和维护难度，有效提升管廊隧道事故处理的快速性和准确性，具有广泛的应用价值。
附图说明
图1所示为本发明一种实施方式的管廊隧道辅助监控系统结构示意图；
图2所示为排热工况下的监控方法流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1所示，本实施例介绍一种管廊隧道辅助监控系统，包括控制单元；管廊隧道包括分别沿管廊隧道长度方向延伸的SF6排风通道、巡视通道和主通道；相邻通道之间设有通风阀；巡视通道和主通道的两端均分别设有送风机和排风机，SF6排风通道的两端分别设有SF6排风机；巡视通道和主通道内沿通道延伸方向设有多个SF6传感器、温湿度传感器、有害气体传感器和氧气传感器；所述SF6传感器、温湿度传感器、有害气体传感器和氧气传感器的输出端，各通风阀、送风机和排风机的控制端，分别连接控制单元。
上述控制单元可采用计算机或者工控机等。控制单元根据接收到的传感器检测数据判断管廊隧道内的工况，根据实际工况控制各风机的运行，或者根据所需工况控制各风机的运行，使得管廊隧道内能够符合巡视所需环境条件，或者其他环境条件。
图1所示的实施例中，管廊隧道为U型，主通道、巡视通道和SF6通道从上至下依次设置；巡视通道和主通道的地势最低点分别设有通风阀，以便于通道内有害气体浓度较高并较多的聚集于地势最低点时，更高效的排出相应气体。相邻通道之间一般还设有联通井，联通井正常时处于关闭状态，紧急情况时打开。通风阀则主要用于通道间的气体连通。
SF6排风通道的出口与主通道的两端口部齐平设置；巡视通道的两端部，从SF6排风通道的出口处向外延伸设定的长度。所述设定长度可根据现场情况调整，能够使得巡视人员在进出巡视通道时，尽可能少的接触到从SF6排风通道中排除的SF6气体。
巡视通道的两端侧部分别连通有两台卧式轴流送风风机和两台卧式轴流排风风机；主通道的两端端口部分别连通有三台立式轴流送风风机和三台立式轴流排风风机；主通道和巡视通道的送风端/排风端位于管廊隧道的同一端。
有害气体传感器包括CH4传感器、CO传感器、H2S传感器中的一种或多种组合。
实施例2
基于实施例1的辅助监控系统，本实施例的监控方法包括：
实时获取SF6传感器和温湿度传感器的检测数据，以及各风机和通风阀的开关状态数据；
根据获取到的检测数据判断管廊隧道内的工况，所述工况包括根据SF6浓度预先设定的、对应不同浓度的SF6预警工况、SF6报警工况和其它气体事故工况，以及根据温湿度预先设定的待排热工况；
根据工况判断结果，按照预设的风机和阀门控制策略，控制管廊隧道内不同风机或不同位置处阀门的开关，使得管廊隧道内温度符合预设温度要求、SF6气体浓度低于预警浓度，和/或其他气体浓度符合预设浓度要求。
在巡视或检修前，控制主通道和巡视通道两端的风机运行半小时，在巡视或检修结束人员离开管廊隧道后关闭风机。在控制风机运行的同时，可配合各传感器的检测数据判断管廊隧道内环境是否适合人员进入。
为了实现待排热工况的判定，本实施例方法还包括：计算主通道内任意设定长度范围内各温湿度传感器在设定时间段检测的平均温度tni，以及距排风口设定距离范围内的各温湿度传感器在同一时间段检测的平均温度tno；
所述待排热工况的判断依据为：存在任一tni满足tni＞T0，T0为设定温度阈值。
参考图2所示，待排热工况下的风机和阀门控制策略为：控制主通道和巡视通道两端的风机皆开启，并运行在第一开启风量状态，直至tno≤T0时，则控制主通道和巡视通道两端的风机减小风量，运行在第二开启风量状态设定延时，若仍满足tno≤T0，则控制主通道和巡视通道两端的风机再次减小风量，运行在第三开启风量状态设定延时，若仍满足tno≤T0，则关闭所有风机；若风机运行于第二开启风量状态或第三开启风量状态时，tni＞T0，则恢复控制主通道和巡视通道两端的风机运行于第一开启风量状态；若风机运行过程中存在tno＞T1，T1为预设报警阈值，则输出高温报警信号。
其它工况下，风机和阀门控制策略还包括：
SF6预警工况下：主通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定预警浓度时，控制主通道两端风机运行在最大开启风量，直至SF6浓度不再上升，维持最大开启风量设定时段后，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小风机开启风量至预警前的运行状态；巡视通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定预警浓度时，控制巡视通道两端风机开启，直至SF6浓度不再上升，维持开启风量设定时段后，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小风机开启风量至预警前的运行状态；
SF6报警工况下：主通道或巡视通道内任一SF6传感器检测到SF6浓度达到设定报警浓度时，控制相应通道两端风机运行至最大开启风量，控制相应通道内浓度报警位置处设定范围内的通风阀以及地势最低位置处的通风阀开启，直至通道内的所有检测点SF6浓度降至设定预警浓度以下时，关闭SF6排风机，恢复SF6报警工况前的通风阀开关状态，在满足SF6浓度小于设定预警浓度的条件下，逐渐减小主通道或巡视通道两端风机的开启风量至报警前的运行状态；
其它气体事故工况下：主通道或巡视通道内任一有害气体传感器的检测数据超出设定报警阈值，或氧气传感器的检测数据低于设定报警阈值时，控制相应通道两端的风机开启，直至有害气体或氧气浓度符合浓度要求。
实施例2-1
基于实施例2，本实施例具体介绍一种管廊隧道辅助监控系统的监控方法，包括以下内容：
步骤一，采集风机、通风阀等关键设备状态数据：包括立式、卧式、SF6风机、管廊内所有的开启和关闭状态；同时能通过通讯或硬件节点的方式对风机、通风阀进行开启和关闭的远程遥控，能通过与变频器的通讯方式对风机风量进行远程调节；
步骤二，采集管廊内部安装的气体、温湿度等各类型传感器的数据：包括管廊内部SF6、CH4、CO、H2S以及氧气等气体传感器数据、温湿度传感器、风速风压传感器等；
步骤三，对采集数据进行分类集中展示，并对采集数据进行有效性分析，对超量程输出数据或已通讯中断设备的数据剔除出辅助监控系统自动逻辑。
步骤四，通过有效采集数据将隧道监控系统划分为3种常见运行工况：排热工况、巡视工况和事故工况；
排热工况：根据管廊内温度监测系统进行风机自动控制，排除管廊内部热量；不同的温度值开启相应数量的风机，并根据温度自动调节风机风量大小；待管廊内温度回归正常值后，逐步减小风机风量，最终关闭风机。
巡视工况：为了方便运营维护人员到隧道内巡视及检修，需使隧道内空气质量满足劳动卫生要求而进行的通风。此工况下，监控系统根据当前管廊外部环境和内部环境判断是否进行通风操作。
事故工况：事故工况分为SF6排风事故工况、有害气体及氧气事故工况以及其他事故工况；SF6排风事故工况又分为SF6预警浓度处理工况和SF6报警浓度处理工况；根据事故的发生位置、气体的种类和浓度，自动开启相应数量风机和相关位置通风阀，进行事故工况下自动处理。
步骤五，根据系统当前所处工况，自动打开/关闭相应通风阀、开启/关闭相应风机，调节风量。
具体控制策略以下分工况分别介绍。
排热工况下，根据隧道内温度监测系统进行自动控制排除内部余热。(以tn1为隧道任一50m范围内半小时平均温度，tn2为北岸隧道出口断面50m范围内半小时平均温度。)当监测到隧道内温度tn1≤35℃时，不开启风机；当tn1>35℃时，两岸各开启两台大型立式轴流风机(开启风量85×2m3/s)；开启后当tn2<35℃时，各岸的两台轴流风机降低风量至65×2m3/s，若开启后tn2>40℃，则进行高温报警；当风量降至65×2m3/s后，此时tn2≤35℃，则每侧的两台轴流风机降低风量至45×2m3/s，若此时tn2>35℃，则每侧的两台轴流风机增加风量至85×2m3/s；当风量降至45×2m3/s，若此时tn2≤35℃，则关闭风机，若此时tn2>35℃，则每侧的两台轴流风机增加风量至85×2m3/s。
巡视工况下，为了方便运营维护人员到隧道内巡视及检修，需使隧道内空气质量满足劳动卫生要求而进行的通风。此工况下，如果风机处于停止状态，则开启主通道两岸各1台风机，巡视通道两岸各1台风机，通风半小时后进入隧道，当人员完成巡视并出隧道后关闭风机。
3事故工况
3.1 SF6排风事故工况
SF6监测浓度分为预警浓度(低浓度)和报警浓度(高浓度)，当SF6监测浓度达到报警浓度时，应发出禁止人员进入隧道信号；
3.1.1 SF6预警浓度处理工况
当主通道即任一点监测到SF6浓度达到预警浓度时，两岸主通道立式轴流风机各开启两台，且风量调至最大，若管廊内SF6浓度没有再继续上升，则维持此风量1h后，将风机运行状态切换至排热工况运行策略；若SF6浓度继续上升至报警浓度，则进入报警浓度下运行策略。
当巡视通道任一点监测到SF6浓度达到预警浓度时，将两岸巡视通道卧式轴流风机各开启一台，若隧道内SF6浓度没有再继续上升，则维持此风量1h后，将风机运行状态切换回预警前的状态；若SF6浓度继续上升至报警浓度，则进入报警浓度下运行策略。
3.1.2 SF6报警浓度处理工况
当主通道出现SF6报警浓度时，打开南北岸所有立式风机，且风量开至最大；打开南北岸所有SF6排风风机，开启SF6报警点附近相应阀门，开启最低点附近阀门；通风直至管廊内SF6最大浓度降至预警浓度以下，关闭SF6排风风机，关闭管廊内相应阀门，立式轴流风机切换至排热工况运行策略；
当主通道出现SF6报警浓度时，打开南北岸所有卧式风机，且风量开至最大；打开南北岸所有SF6排风风机，开启SF6报警点附近相应阀门，开启最低点附近阀门；通风直至管廊内SF6最大浓度降至预警浓度以下，关闭SF6排风风机，关闭管廊内相应阀门，卧式轴流风机切换至SF6报警前状态；
3.2有害气体及氧气事故工况
当主通道出现CH4、CO、H2S高浓度报警或者氧气低报警时，南北岸各开启两台立式风机，进行排风处理直至报警解除；
当巡视通道出现CH4、CO、H2S高浓度报警或者氧气低报警时，南北岸各开启一台卧式风机；进行排风处理直至报警解除。
3.3其他事故工况，最终有可能以温度报警的方式转换成排热工况处理。
综上，本发明提供了一种无人值守模式管廊隧道辅助监控系统实现方法，通过管廊隧道内气体、温湿度等各类型传感器的数据读取，采用多级任务工况划分方案，系统自动判别当前所处工况，自动调节管廊内风机的开启数量和风量、自动开启和关闭相应风阀，实现无人值守模式下隧道管廊的全自动监控；该方法大大降低管廊隧道的运行和维护难度，有效提升管廊隧道事故处理的快速性和准确性，具有广泛的应用价值。
实施例3
本实施例为一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例2所述的管廊隧道辅助监控系统的监控方法步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例2可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
