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一种隧道渗水的在线监控与检测系统

阅读：1026发布：2020-11-18

专利汇可以提供一种隧道渗水的在线监控与检测系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：该型隧道渗水的在线监控与检测系统由以下部分组成：红外与可见光监控系统，网络传输系统，后台图像显示及信息处理系统。本信息处理系统通过比对隧道表面热像图的发展变化，判断该处是否存在渗水现象，并提供监控人员进行确认与核对。利用红外图像与可见光图像，后台监控人员可直观有效的对隧道渗水情况进行核查与评估，并制定对应解决措施。通过对隧道表面进行红外与可见光监测，利用后台信息处理系统及时发现隧道渗水现象，并进行相应处理，提供了地铁轨道交通安全性与运营效率。，下面是一种隧道渗水的在线监控与检测系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：该型隧道渗水的在线监控与检测系统由以下部分组成：红外与可见光监控系统，网络传输系统，后台图像显示及信息处理系统。红外摄像头可感知物体表面的温度分布，形成温度分布的热像图，干燥表面与潮湿表面在热像图中具有明显区别，因此红外摄像头可有效发现隧道表面的渗水情况。红外与可见光监控系统不间断对隧道进行拍摄，并利用网络传输系统将图像信息传递给后台图像显示及信息处理系统。信息处理系统通过比对隧道表面热像图的发展变化，判断该处是否存在渗水现象，并提供监控人员进行确认与核对。利用红外图像与可见光图像，后台监控人员可直观有效的对隧道渗水情况进行核查与评估，并制定对应解决措施。
2.根据权利要求1所述的一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：该红外与可见光监控系统采用红外热像仪和可见光摄像机进行联合监控，并利用红外测温算法和视频分析算法对红外监控视频和可见光监控视频进行分析，从而实现了温度监测和智能视频监控双重功能。系统还充分利用了可见光视频监控和红外视频监控的互补性来进行功能扩展。当检测到温度异常时，系统会对隧道异常出现前和出现后一段时间内的可见光录像进行管理。这些可见光录像通常能清楚地反映异常的前因后果，可以帮助技术人员快速诊断温度异常的原因。另外，在夜间照明不足的情况下，可见光摄像机将不能正常监控。红外热像仪通过被监控物体辐射的红外光来进行成像，因而不易受到照明条件和恶劣天气的影响。采用可见光摄像机和红外热像仪进行联合监控，可以保证全天候不间断监控。
3.根据权利要求1所述的一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：1.网络传输综合监控管理平台构成网络传输综合监控管理平台是完全按照用户网络运营维护的实际需求的综合性网络管理运维平台。网络传输综合监控管理系统应基于B/S架构，容易部署、便于操作、其灵活开放的设计能够适用于各种数据监测需求，需内置多种运维管理辅助模块，将平时复杂的事情简单化手动的工作自动化，无序的工作规范化，提高运维的质量和运维的效率。2.网络传输综合监控管理平台技术架构网络传输综合监控管理平台应提供了一套高扩展性的平台，使得网络维护的日常工作均能够在一套平台里完成，同时支持对管理对象和管理流程等的扩展；还支持对原有工具或系统的无缝衔接，减少重复建设。统一展现：全面可扩展的监控、独具特色的网络流量拓扑、精准实时的报警、全面直观的日志管理、形象生动的资产管理、丰富完善的报告报表、实用强大的运维工具。3.网络传输综合监控管理平台部署架构网络传输综合监控管理平台具有分布式体系结构，可以将管理功能靠近被管资源，减少管理服务器通过广域网对整个网络进行轮询的检查，防止由于管理给网络造成过多的负担。
4.根据权利要求1所述的一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：后台图像显示及信息处理系统为满足系统对高稳定性，高兼容性、小型化的需求，系统采用VPX总线架构，它具有很好的通用性以及可扩展性，对散热和结构加固等方面做了新的定义，能够满足军事和航空航天领域严酷的应用环境。为满足小型化要求选取VPX板卡大小为3U尺寸，考虑到系统要完成两路视频信号的处理工作，其中涉及到处理、存储、控制、电源等芯片，电路上的元器件密度相当高，3U标准尺寸的印制板单板上无法布局如此多的元器件。所以在实际设计中采用模块化的设计思路将系统设计为如图1-1的三块板卡，分别为采集板、主处理板和子处理板。
一个完整的图像信息处理系统往往包括视频数据的采集、图像的传输、数据的处理以及视频图像的输出等几个部分，而其中又涉及到了各个部分的细小功能的实现，想要建立一套完整的图像信息处理系统，一个完善的软件系统是不可或缺的。本发明根据系统需求对系统各部分软件进行设计，系统的整体软件框架如图1-2所示。

说明书全文

一种隧道渗水的在线监控与检测系统

技术领域

[0001] 本发明属于红外监控检测系统领域，具体涉及一种隧道渗水的在线监控与检测系统。

背景技术

[0002] 随着社会经济的发展，城市轨道交通越来越发达，尤其是地铁成为了市民出行的主要方式之一。为节约土地，地铁一般修筑在地下隧道中，而渗水是隧道工程中的主要病害之一，严重威胁了地铁的正常运营。地铁隧道渗水已成为了影响城市交通和安全运营中不可忽视的问题，隧道渗水的在线监测已十分紧迫与必要。目前隧道渗水主要由人工进行巡查，巡查间歇时间长，劳动强度大，无法及时发现问题，而隧道渗水在线监控系统可24小时不间断对隧道顶面与侧面进行监控，可第一时间发现渗水现象，并采取相应措施进行处理。

[0003] 地铁轨道交通已成为城市居民的主要出行方式之一，而隧道渗水问题严重威胁了地铁的安全运营与正常行驶，降低了隧道的使用寿命和地铁的使用效率。通过对隧道渗水的在线监控与检测，可及时有效发现渗水问题，并及时解决该隐患，保证了地铁运营的安全与效率。

发明内容

[0004] 针对以上情况，本发明目的在于克服现有技术中存在的缺陷，而提出了一种有效提高轨道交通安全性与运营效率的方法。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下方案：

[0006] 一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：该型隧道渗水的在线监控与检测系统由以下部分组成：红外与可见光监控系统，网络传输系统，后台图像显示及信息处理系统。所述红外与可见光监控系统装有多个红外摄像头可感知物体表面的温度分布，形成温度分布的热像图，干燥表面与潮湿表面在热像图中具有明显区别，因此红外摄像头可有效发现隧道表面的渗水情况。红外与可见光监控系统不间断对隧道进行拍摄，并利用网络传输系统将图像信息传递给后台图像显示及信息处理系统。信息处理系统通过比对隧道表面热像图的发展变化，判断该处是否存在渗水现象，并提供监控人员进行确认与核对。利用红外图像与可见光图像，后台监控人员可直观有效的对隧道渗水情况进行核查与评估，并制定对应解决措施。通过对隧道表面进行红外与可见光监测，利用后台信息处理系统及时发现隧道渗水现象，并进行相应处理，提供了地铁轨道交通安全性与运营效率。

[0007] 红外与可见光监控系统硬件结构如图1-3所示。系统采用基于IP网络的硬件架构，使得设备部署灵活，受物理位置影响小，可很方便的通过网络对设备进行统一管理，也利于后期对系统进行扩展。系统硬件可W划分为五大功能模块：视频采集模块、报警输入模块、报答输出模块、视频存储与转发模块、管理与分析模块。

[0008] 报警输入模块。报警输入模块由若干个报答输入盒构成，它们负责采集报警设备产生的报巧信号，并通过IP网络将相应报警信息发送给系统服务器。这使本系统可W和口禁、湿度检测、化学气体泄漏检测等其它报警系统进行集成，采集这些系统产生的报警信号，并进行一系列的报警联动操作。一个报巧输入盒能同时采集多路报酱信号。

[0009] 报警输出模块。报警输出模块由若干个报巧输出盒和声光报巧器组成。报巧输出盒是一种可W通过1P网络来进行控制的远程开关，具有《路输出口，能同时输出多路开关信号。它能通过巧网络来接收系统服务器传来的控制命令，并在相应的输出日产生开关信号.从而控制声光报巧器进行报警。声光报警器通过信号线与报巧输出盒进行连接，并受报警输出盒输出的开关信号的控制，当收到高电平信号时，将产生商分贝的报警音和闪烁的巧示灯光。

[0010] 视频存储与转发模块。视频存储与转发模块由一台或多台网络视频录像机 (Networic Video Recorder，简称NVR)构成。它负贵将网络摄像机或视频编码器通过IP网络传来的实时视频流进行存储和转发到管理模块。NVR在系统中承担了视频服务器和中间件的角色。作为视频服务器，NVR提供了视频存储、视频转发、视频归档备份、录像回放等功能，能够支持的网络视频输入的通道数量可多达上百路，能够支持的存储空间容量可多达上百TB。并能够提供很好的并发访问支持。作为中间件，NVR 广泛兼容众多厂家不同设备的视频编码格式、访问控制协议，使得系统在视烦编码器、网络摄巧机、云台等硬件设备的选型上，获得更大的自由，也利于开发更为标准化、更具兼容性的视频采集模块。视额采集模块是系统的最前端，负责对监控现场进行视频图像采集。视频集模块中的一个基本监控单元由一个装载了红外热像仪和可见光摄像机的双视监控云台构成，如巧所采用的红外热像仪或可见光摄像机不是网络摄像机而是模拟摄像机的话，则需要另外为其配备视频编码器。网络摄像机(IP摄像机)或视频编码器通过RS 485总线与云台连接，从而为云台转发PTZ控制命令。基本监控单元是系统提供温度计算服务和视频内容分析服务的对象，视频采集模块中可同时存在多个基本监控单元。视频编码器的作用是对模拟视频信号进行编码和压缩，从而得到数字视频信号，并通过IP网络将这些数字视频信号进行转发。视频编码器不提供录像存储功能，但具有缓冲存储器，能够临时的进行视频存储，防止因为网络问题而造成丢失。

[0011] 系统软件。NVR是通过IP网络来进行访问，不受物理位置制约，但是由于它的工作是对可能多达上百路的网络视频输入进行存储和转发，需要占用的网络带宽可能多达几百Mbps，因而它和大部分它所服务的设备都应该处在同一个于高速局域网内。

[0012] 管理与分析模块。管理与分析模块由系统服务器巧系统客户端构成。系统服务器又包括了主服务器、盈度计算服务器、视频分析服务器和数据库服务器四种类型的服务器，它们运行着这系统服务器端程序，负责接收和处理用户请求，并实现温度计算、视频内容分析、用户管理、设备管理、报警联动管理、日志管理、温度数据管理、PTZ云台控制、云台巡航等系统主要功能。系统服务器一般部署在监控中心、机房内。系统客户端是一些运行着系统客户端程序的便携式笔记本电脑、台式机或工作站等。负责为用户参看隧道监控视频和温度数据、管理系统和操控设备提供接口。系统客户端没有固定的物理位置，可在任何一个联网的地方使用，方便用户随时随地对隧道系统查看和管理。附图说明

[0013] 图1为系统模块结构示意图；

[0014] 图2为系统软件结构示意图；

[0015] 图3为系统硬件结构示意图；

[0016] 图4为系统基本工作流程图；

[0017] 图5为传输系统在监控系统的作用示意图；

[0018] 图6为红外成像系统结构框架图；

[0019] 图7为红外系统工作原理图。

具体实施方式

[0020] 以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明创造的保护范围。

[0021] 实施例1

[0022] 一种隧道渗水的在线监控与检测系统，其特征在于：

[0023] 1.红外与可见光监控系统基本工作流程如图1-4所示。

[0024] 系统只有经过配置并完成初始化工作之后，才能开始正常运行。红外热像仪和可见光摄像机开始对监控目标进行摄像，并源源不断地将实时视频数据通过IP网络传送到NVR，NVR将视频数据进行存储，并分别转发到系统客户端和系统服务器中进行显示和分析。温度计算服务器将红外视频流进行解码，得到红外热图像，并通过湿度计算算法将红外热图像的灰度值换算为相应的温度值，从而获得目标温度信息，然后将这些温度信息发送到数据库服务器进行存储和发送到客户端进行显示，同时还检查目标的温度是否在预先设定的巧值范围内，如果不在，则进行报警。同时，系统服务器还对可见光视频和红外视频进行视频内容分析，完成运动目标检测和跟踪、越界入侵检测、防盗检测等任务，并在检测到异常状况时，进行自动报警，并记录报警日志。系统服务器进行报酱时，会分别向客户端和报警输出盒发送报巧命令。客户端收到报巧命令后，会播放相应的报警音乐，在程序界面思示报警信息，并产生商亮、闪烁等巧示动作。报警输出盒在收到报巧命令后，则会在相应的输出口产生开关信号，控制指定的报餐器产生声光报巧信号。湿度监測任务和视频分析任务一经启动后，将会持续运行下去，直到用户通过系统客户端向系统服务器发送任务停止命令，任务才会停止。

[0025] 2.网络传输系统

[0026] 网络传输综合监控管理平台应提供了一套高扩展性的平台，使得网络维护的日常工作均能够在一套平台里完成，同时支持对管理对象和管理流程等的扩展；还支持对原有工具或系统的无缝衔接，减少重复建设。如图1-5。

[0027] (1)被监控端：被监控资源包括路由器、交换机、防火墙、服务器、无线设备、存储、虚拟化、数据库、中间件、公共应用、接入终端等。(2)云平台：云计算环境上架设网络传输综合监控管理平台。(3)网络传输综合监控管理平台：通过4大引擎(资源自动发现、数据采集分析、数据关联、数据挖掘)将基础管理模块、业务服务管理、业务可持续性管理、容量管理、可用性管理有效整合。并提供各类专业工具以及整合第三方监控软件。统一展现：全面可扩展的监控、独具特色的网络流量拓扑、精准实时的报警、全面直观的日志管理、形象生动的资产管理、丰富完善的报告报表、实用强大的运维工具。(4)网络传输综合监控管理平台部署架构。网络传输综合监控管理平台具有分布式体系结构，可以将管理功能靠近被管资源，减少管理服务器通过广域网对整个网络进行轮询的检查，防止由于管理给网络造成过多的负荷，保证正常应用的运行。网络传输综合监控管理平台功能的模块化结构，保证了管理平台本身具有良好的功能扩展性。网络传输综合监控管理平台的分布式部属架构，保证了管理平台管理节点的良好可扩展性。

[0028] 3.后台图像显示及信息处理系统。红外成像系统结构框图如图1-6所示：

[0029] 其中，位于系统最前方的是光学透镜，它的作用足控制透射光线的温度范旧并将前方探测目标透射到红外焦平而上；型热而足热成像系统的探测核心，负责将探测标所散发的热福射信号转换成对应的电路信号：信号处理路板整个系统倍与处理部分的核心，负责为焦平而提供脉中时序，采集信和处现信号以及视频的成等；后端示器部分将数掘图像以制格式进行示输出。概括来讲整个系统就足基于来劣现红外成像。电路信号原理框图如图1-7所示

[0030] 红外热成像部分主要使用的芯片如下所述：红外探测器是感知系统热成像部分的核心部件，红外探测器的性能直接决定着红外图像的质量，本发明己成型样机选用以下红外焦平面类型作为红外成像部分的探测器。

[0031] 该型焦平面探测波段为8～14μm，属于长波红外探测范围，陶瓷封装，主要部分由2 3
非晶桂组成。像素间距为25μm，光敏面积为4×3mm。尺寸为16.5×16.5 ×4.2mm重量小于
5g，非常适合便携式小型化的需求。该探测器有效像素阵列可为160×120和168×128两种模式，通过配置信号可以选择，本系统选择的有效阵列是160×120。数据读出模式为逐行输出。在环境温度为293k、帧频 60Hz的情况下，该焦平面的热灵敏度小于120mK.[0032] 在硬件方面，系统采用基于网络的架构，由视频采集、报警输入、报警输出、视频存储与转发、管理与分析，这五大功能模块构成。在软件方面，系统基于Qt 进行开发，并在C/S架构基础上，采用了服务分离和数据库读写分离的设计，使系统获得了良好的性能和可伸缩性。在数据库方面，系统使用Qtsql模块和标准 SQL语句来进行数据库开发，从而获得了很好的数据库兼容性。选用稳定性好、性能优越、开源免费的PostgreSQL作为系统数据库，既满足了系统需求又降低了成本。采用分库和分表两种方式对数据库进行优化，改善了数据库负载压力，提高了数据查询和写入的效率。

[0033] 在通信协议方面，选取了TCP作为传输协议、JSON作为数据序列化协议，并设计了一种处理效率高、抗干扰能力强的方法来对TCP字节流进行消息分帧。利用JSON可以进行嵌套的特性，系统通信协议被设计成一个开放的协议集合，可以不断地增加新的消息类型来对协议进行扩展，以满足系统功能扩展的需要。为提高系统可靠性，针对系统关键节点，实现了容错机制。通过合理的设计与实现，系统最终获得了良好的性能、高可靠性、可伸缩性和可扩展性。

[0034] 本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

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