公路隧道环境感知系统的设计与实现

doi:10.3973/j.issn.2096-4498.2021.09.008

隧道建设（中英文） ›› 2021, Vol. 41 ›› Issue (9): 1502-1508.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2021.09.008

公路隧道环境感知系统的设计与实现

钱超^{1， 2}，邓木生¹，李虎雄¹，陈建勋^{2， *}，王辰瑶¹

（1. 长安大学电子与控制工程学院，陕西西安 710064； 2. 长安大学公路学院，陕西西安 710064）

出版日期:2021-09-20 发布日期:2021-10-01
作者简介:钱超（1984—），男，江苏新沂人，2013年毕业于长安大学，交通信息工程及控制专业，博士后，副教授，现主要从事公路隧道安全运营方面的教学与研究工作。E-mail： qianchao@chd.edu.cn。* 通信作者：陈建勋， E-mail： chenjx1969@chd.edu.cn。
基金资助:
国家重点研发计划项目(2018YFB1600100)；陕西省自然科学基金项目(2019JQ-264)；大学生创新创业训练计划项目(202010710387, 202110710034)

Design and Implementation of an Environment Perception System for Highway Tunnels

QIAN Chao^{1, 2}, DENG Musheng¹, LI Huxiong¹, CHEN Jianxun^{2, *}, WANG Chenyao¹

(1. School of Electronic and Control Engineering, Chang′an University, Xi′an 710064, Shaanxi, China; 2. School of Highway, Chang′an University, Xi′an 710064, Shaanxi, China)

Online:2021-09-20 Published:2021-10-01

摘要/Abstract

摘要： 为准确获取隧道环境信息、〖ＪＰ＋１〗综合评判隧道空气质量，设计并开发了一套基于物联网和云计算的公路隧道环境感知系统。将有害气体、温度气压、能见度和风速风向等高精度传感器在隧道内集成部署，利用STM32微处理器实现环境信息的实时监测，应用4G移动通信网络进行数据的远程传输，最终实现隧道环境监测数据的云端存储与实时查看。与各专用检测设备相比，本系统CO、NO2、能见度和风速采集数据平均绝对百分比误差分别为3.36%、1.73%、5.43%和2.06%。实测结果表明,本系统集成度高、布设简便、运行稳定，弥补了便携式隧道监测设备采集内容单一、数据精度不足和传统固定式隧道监测设施结构复杂、布设分散的技术缺陷。系统的长期在线运行，可为解析隧道内空气质量在交通影响下的变化规律、动态调节通风设施运行提供实测数据支撑。

关键词: 公路隧道, 环境感知, 空气质量, 通风控制, 物联网, 云计算

Abstract: To acquire the accurate tunnel environment information and comprehensively evaluate the tunnel air quality, a series of highway tunnel environment perception system (TEPS) based on the Internet of Things and cloud computing is designed and developed. Highprecision sensors measuring pollutant concentration, temperature and pressure, visibility, and wind speed and direction are arranged and integrated in a tunnel. An STM32 microprocessor is adopted for realtime monitoring of environmental data, and a 4G mobile communication network is used for remote data transmission, realizing the cloud storage and realtime display of the tunnel environment monitoring data. Compared with various special detectors, the mean absolute percentage errors of CO and NO2 concentrations, visibility, and wind speed of the proposed system are 3.36% and 1.73%, 5.43%, and 2.06%, respectively. Results demonstrate that the TEPS is highly integrated, can be easily deployed, and provide stable operation. These performance characteristics overcome the shortcomings of portable monitoring devices, such as single collection content and insufficient data accuracy, and those of the traditional fixed tunnel monitoring systems, such as complex structure and scattered layout. By operating the TEPS online for a long time, suitable data can be measured to support the exploration of the variations in air quality in the tunnel caused by traffic and dynamical adjustment of the ventilation systems.

Key words: highway tunnel, environment perception, air quality; ventilation control, Internet of Things, cloud computing

中图分类号:

U 45

钱超, 邓木生, 李虎雄, 陈建勋, 王辰瑶. 公路隧道环境感知系统的设计与实现[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1502-1508.

QIAN Chao, DENG Musheng, LI Huxiong, CHEN Jianxun, WANG Chenyao.

Design and Implementation of an Environment Perception System for Highway Tunnels [J]. Tunnel Construction, 2021, 41(9): 1502-1508.

[1]	康海波, 方晓峰, 邹逸伦, 田青峰, 方勇. 公路隧道爆破冲击波洞内传播规律研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 130-.
[2]	王海龙, 韦良文, 雷圣偲. 小净距公路隧道中岩柱对地表沉降变形规律研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 216-.
[3]	刘刚, 朱莉, 蒋贵川. 基于KNX技术的高速公路隧道智慧照明系统[J]. 隧道建设, 2021, 41(S1): 281-.
[4]	冯文生, 杜逸文, 徐海岩. 基于多因素耦合的高速公路隧道群定义探讨[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1478-1484.
[5]	于家武, 郭新新. 木寨岭公路隧道复合型大变形控制技术与实践[J]. 隧道建设, 2021, 41(9): 1565-1576.
[6]	孙策. 超大断面双层盾构隧道火灾特性及疏散救援研究——以深圳机荷高速公路隧道为例 [J]. 隧道建设, 2021, 41(8): 1297-.
[7]	袁景玉, 焦墨雪, 姚胜, 朱敏清. 公路隧道内路面色彩适宜性研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(7): 1099-1105.
[8]	张俊儒, 徐剑, 龚彦峰, 徐向东, 张航, 叶伦. 单跨5车道公路隧道工法优化及施工力学特性研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(5): 831-840.
[9]	孙中秋, 袁松, 肖春红. 基于工程经验法的山岭公路隧道信息化设计体系研究及应用[J]. 隧道建设, 2021, 41(5): 849-857.
[10]	张俊儒, 王智勇, 任兆丹, 孔超, 徐向东, 吴洁. 公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(4): 569-578.
[11]	杨本伟 , 陈相, 林志 , 杨红运 , 郑恩树, 赵天伟. 多物理场耦合作用下裂隙岩体瓦斯迁移规律研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(3): 388-395.
[12]	张俊儒, 王智勇, 龚彦峰, 徐向东, 张航, 叶伦. 单跨5车道公路隧道过渡“3+2”小净距隧道施工力学研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(2): 185-198.
[13]	张逸敏, 田啸宇, 姚文浩, 付朝晖, 陈玉远, 曾艳华. 特长跨海公路隧道排烟道辅助通风下排风口设计参数的数值模拟研究——以青岛第二海底隧道为例 [J]. 隧道建设, 2021, 41(2): 258-266.
[14]	张建. 软土地层浅埋群管顶进顺序优化及沉降预测研究[J]. 隧道建设, 2021, 41(1): 126-133.
[15]	郭俊凯. 公路隧道照明精确检测与智能控制系统研究[J]. 隧道建设, 2020, 40(S2): 76-81.

公路隧道环境感知系统的设计与实现

Design and Implementation of an Environment Perception System for Highway Tunnels

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价