一种智能隧道节能通风控制系统及方法

技术领域

本发明属于隧道节能控制技术领域，具体涉及一种智能隧道节能通风控制系统及方法。

背景技术

现有技术中，隧道粉尘是隧道掌子面开挖过程中产生的微小颗粒物，通常粒径小于微米级，极易进入人体引起尘肺等呼吸系统疾病。相关数据表明，地下工程中因尘肺导致死亡的人数是因事故导致死亡人数的两倍，尘肺患者平均寿命比正常人减少10-15年。此外，粉尘颗粒进入井下机械设备会加速机械设备磨损，造成设备损坏，增加生产成本；并且较高的粉尘浓度有导致粉尘爆炸的风险。由此可见，粉尘对隧道的安全生产、机械设备的使用维护及工作人员的身心健康造成严重危害，隧道除尘抑尘相关研究对于降低井下粉尘浓度、保护作业人员身心健康、保障隧道的安全生产具有重要意义。

公开号为CN116992795A的发明专利公开了一种基于DEM-CFD耦合的隧道通风-喷淋除尘模拟方法、系统，具体包括以下步骤：

获取隧道计算域参数、CFD流场参数、DEM粉尘分布参数、DEM喷淋设施参数，形成隧道的动态环境模型信息数据集；基于所获取隧道的动态环境模型信息数据集，构建隧道三维数值计算模型；根据工程实际，进行通风-喷淋除尘工况设计；设置计算模型类型和计算模型参数，以DEM方法高精度表征粉尘颗粒与液滴颗粒，以CFD方法准确模拟隧道内流场环境；针对所述通风-喷淋除尘工况，进行隧道通风-喷淋除尘DEM-CFD耦合模拟数值计算；进行结果分析，得到基于实际工程环境的最优通风-喷淋除尘工况。本发明准确获取隧道三维模型数据，建立隧道通风-喷淋除尘高精度数值模型，实现了对隧道内流场、粉尘分布及喷淋系统的高精度表征，从而使计算模型具有更高的准确性，最终基于不同工况下的多次数值模拟计算结果，分析通风-喷淋除尘设施的除尘效果，并对模型进行优选，得到与隧道实际作业条件相适宜的最优隧道通风-喷淋除尘方案，以指导实际工程应用或给相关工程提供参考。

上述现有技术中采用的喷淋方式对隧道内的粉尘进行处理，喷淋方式处理粉尘不仅需要消耗大量的喷淋用水，而且对隧道内进行喷淋后，大量的积水会滞留的隧道内不容易排除，无法保证隧道安全施工或者车辆的安全通行。此为现有技术的不足之处。

有鉴于此，本发明提供一种智能隧道节能通风控制系统及方法；以解决现有技术中存在的上述缺陷，是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种智能隧道节能通风控制系统及方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：

一种智能隧道节能通风控制系统，包括：

传感器检测模块，该模块包括设置在隧道内的若干用于检测隧道内环境参数的传感器，采用传感器对隧道内的环境参数进行检测，并将检测到的参数数据转化为电信号；

数据采集模块，该模块对隧道内的环境参数以及通风设备的运行状态数据进行采集，通过隧道内的传感器采集隧道内的环境参数，通过通风设备的监控系统获取通风设备的运行状态数据；

数据建模模块，该模块对采集到的隧道内环境参数和通风设备的运行状态数据进行分析，并根据分析结果建立相应的数学模型；利用该数据模型分析大量的历史数据和实时数据，以识别数据之间的关联和规律，并根据识别到的数据之间的关联和规律作出预测；

通风控制模块，该模块根据采集到的隧道内环境参数以及通风设置的运行状态数据，结合数据建模作出的预测，对通风设备进行相应的调控。

作为优选，所述的通风控制系统还包括：

故障检测模块，通过对隧道内通风设备的运行状态数据进行采集，并根据采集到的结果与预设安全阈值进行比较，当采集到的运行状态数据不在安全阈值范围内时，发出报警信号。以实现对隧道内通风设备的故障检测和报警。

作为优选，所述的传感器检测模块包括烟雾传感器，温度传感器，co/vi检测器，风速风向检测器，风机震动传感器，气压传感器，湿度传感器，视觉传感器；通过上述传感器或者检测器对隧道内的相应环境参数进行检测。

作为优选，所述的数据采集模块还包括对采集到的数据的传输和存储，将采集到的环境参数和设备状态信息进行传输和存储，将数据通过物联网传输给通风控制模块或者云平台，使数据能够被远程访问和处理。

作为优选，所述的通风控制模块，根据实时采集到的传感器数据和设定安全阈值参数，选择相应的通风控制策略。以保持隧道内的舒适环境。

本发明还提供一种智能隧道节能通风控制方法，包括以下步骤：

S1：传感器检测的步骤，该步骤中通过设置在隧道内的若干用于检测隧道内环境参数的传感器，采用传感器对隧道内的环境参数进行检测，并将检测到的参数数据转化为电信号；

S2：数据采集的步骤，该步骤中对隧道内的环境参数以及通风设备的运行状态数据进行采集，通过隧道内的传感器采集隧道内的环境参数，通过通风设备的监控系统获取通风设备的运行状态数据；

S3：数据建模的步骤，该步骤中对采集到的隧道内环境参数和通风设备的运行状态数据进行分析，并根据分析结果建立相应的数学模型；利用该数据模型分析大量的历史数据和实时数据，以识别数据之间的关联和规律，并根据识别到的数据之间的关联和规律作出预测；

S4：通风控制的步骤，该步骤中根据采集到的隧道内环境参数以及通风设置的运行状态数据，结合数据建模作出的预测，对通风设备进行相应的调控。

作为优选，所述的通风控制方法还包括以下步骤：

S5：故障检测步骤，该步骤中通过对隧道内通风设备的运行状态数据进行采集，并根据采集到的结果与预设安全阈值进行比较，当采集到的运行状态数据不在安全阈值范围内时，发出报警信号。以实现对隧道内通风设备的故障检测和报警。

作为优选，所述的传感器检测的步骤中包括烟雾传感器，温度传感器，co/vi检测器，风速风向检测器，风机震动传感器，气压传感器，湿度传感器，视觉传感器；通过上述传感器或者检测器对隧道内的相应环境参数进行检测。

作为优选，所述的数据采集的步骤中还包括对采集到的数据的传输和存储，将采集到的环境参数和设备状态信息进行传输和存储，将数据通过物联网传输给通风控制模块或者云平台，使数据能够被远程访问和处理。

作为优选，所述的通风控制的步骤，根据实时采集到的传感器数据和设定安全阈值参数，选择相应的通风控制策略。以保持隧道内的舒适环境。

本发明的有益效果在于，本申请技术方案中通过对隧道环境内参数的采集以及通风设备的运行状态数据的采集，并根据采集到的数据进行数学建模；实现对隧道内通风设备的控制以使得隧道内处于舒适的环境。本申请完全依赖于通风设备对隧道内环境进行清理，有效避免现有技术中采用喷淋方式清理隧道内环境所带来的积水问题；同时本申请中通过建立模型，根据隧道内的环境参数对通风设备进行相应的控制，节能环保。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种智能隧道节能通风控制系统的原理框图。

图2是本发明提供的一种智能隧道节能通风控制方法的流程图。

其中，1-传感器检测模块，2-数据采集模块，3-数据建模模块，4-通风控制模块，5-故障检测模块。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。

实施例1：

如图1所示，本实施例提供的一种智能隧道节能通风控制系统，包括：

传感器检测模块1，该模块包括设置在隧道内的若干用于检测隧道内环境参数的传感器，采用传感器对隧道内的环境参数进行检测，并将检测到的参数数据转化为电信号；所述的传感器检测模块1包括烟雾传感器，温度传感器，co/vi检测器，风速风向检测器，风机震动传感器，气压传感器，湿度传感器，视觉传感器；通过上述传感器或者检测器对隧道内的相应环境参数进行检测。

数据采集模块2，该模块对隧道内的环境参数以及通风设备的运行状态数据进行采集，通过隧道内的传感器采集隧道内的环境参数，通过通风设备的监控系统获取通风设备的运行状态数据；所述的数据采集模块2还包括对采集到的数据的传输和存储，将采集到的环境参数和设备状态信息进行传输和存储，将数据通过物联网传输给通风控制模块或者云平台，使数据能够被远程访问和处理。实时监测隧道内部的环境参数，如温度、湿度、气压、气体浓度，车流量等。通过传感器获取的数据可以反映隧道内部的实际情况。收集通风设备的运行状态信息，包括风机转速、阀门开闭程度、电流电压等。

数据建模模块3，该模块对采集到的隧道内环境参数和通风设备的运行状态数据进行分析，并根据分析结果建立相应的数学模型；利用该数据模型分析大量的历史数据和实时数据，以识别数据之间的关联和规律，并根据识别到的数据之间的关联和规律作出预测；根据当前的环境条件和实时数据，预测未来一段时间内的通风需求和能耗情况。利用算法优化通风系统的参数设置，如风机转速、阀门开闭程度等，以达到最佳的通风效果和能源利用效率。

通风控制模块4，该模块根据采集到的隧道内环境参数以及通风设置的运行状态数据，结合数据建模作出的预测，对通风设备进行相应的调控。所述的通风控制模块4，根据实时采集到的传感器数据和设定安全阈值参数，选择相应的通风控制策略。以保持隧道内的舒适环境。通风控制模块支持远程监控和管理功能，使得系统管理员可以随时随地监测通风设备的运行状态、查看传感器数据、远程设定参数等。这样可以提高系统的运维效率和方便性。

故障检测模块5，通过对隧道内通风设备的运行状态数据进行采集，并根据采集到的结果与预设安全阈值进行比较，当采集到的运行状态数据不在安全阈值范围内时，发出报警信号。以实现对隧道内通风设备的故障检测和报警。

实施例2：

如图2所示，本实施例提供的一种智能隧道节能通风控制方法，包括以下步骤：

S1：传感器检测的步骤，该步骤中通过设置在隧道内的若干用于检测隧道内环境参数的传感器，采用传感器对隧道内的环境参数进行检测，并将检测到的参数数据转化为电信号；所述的传感器检测的步骤中包括烟雾传感器，温度传感器，co/vi检测器，风速风向检测器，风机震动传感器，气压传感器，湿度传感器，视觉传感器；通过上述传感器或者检测器对隧道内的相应环境参数进行检测。

S2：数据采集的步骤，该步骤中对隧道内的环境参数以及通风设备的运行状态数据进行采集，通过隧道内的传感器采集隧道内的环境参数，通过通风设备的监控系统获取通风设备的运行状态数据；所述的数据采集的步骤中还包括对采集到的数据的传输和存储，将采集到的环境参数和设备状态信息进行传输和存储，将数据通过物联网传输给通风控制模块或者云平台，使数据能够被远程访问和处理。实时监测隧道内部的环境参数，如温度、湿度、气压、气体浓度，车流量等。通过传感器获取的数据可以反映隧道内部的实际情况。收集通风设备的运行状态信息，包括风机转速、阀门开闭程度、电流电压等。

S3：数据建模的步骤，该步骤中对采集到的隧道内环境参数和通风设备的运行状态数据进行分析，并根据分析结果建立相应的数学模型；利用该数据模型分析大量的历史数据和实时数据，以识别数据之间的关联和规律，并根据识别到的数据之间的关联和规律作出预测；根据当前的环境条件和实时数据，预测未来一段时间内的通风需求和能耗情况。利用算法优化通风系统的参数设置，如风机转速、阀门开闭程度等，以达到最佳的通风效果和能源利用效率。

S4：通风控制的步骤，该步骤中根据采集到的隧道内环境参数以及通风设置的运行状态数据，结合数据建模作出的预测，对通风设备进行相应的调控。所述的通风控制的步骤，根据实时采集到的传感器数据和设定安全阈值参数，选择相应的通风控制策略。以保持隧道内的舒适环境。该步骤支持远程监控和管理功能，使得系统管理员可以随时随地监测通风设备的运行状态、查看传感器数据、远程设定参数等。这样可以提高系统的运维效率和方便性。

S5：故障检测步骤，该步骤中通过对隧道内通风设备的运行状态数据进行采集，并根据采集到的结果与预设安全阈值进行比较，当采集到的运行状态数据不在安全阈值范围内时，发出报警信号。以实现对隧道内通风设备的故障检测和报警。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

同理，在本发明各个实施例中的各处理单元可以集成在一个功能模块中，也可以是各个处理单元物理存在，也可以两个或两个以上处理单元集成在一个功能模块中。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。