一种环境气体监测方法及系统与流程

本发明涉及隧道气体监测，具体为一种环境气体监测方法及系统。

背景技术：

1、公路隧道因为结构比较封闭，隧道内会存在一些有害气体，不仅会影响施工人员的身体健康，还可能给隧道工程造成毁灭性灾害；此外，车辆经过后会排放出大量的有害气体，随着时间的增加，隧道内的汽车尾气也会越来越多，当人们通过隧道时，会对健康造成危害。因此隧道内施工需要进行隧道环境气体监测，以确保隧道内的安全，并且在隧道施工时，有害气体也常由掌子面或未支护洞壁溢出或涌出，也容易带来安全隐患，因此，在施工隧道和使用的隧道均需要进行隧道环境气体监测。

2、现有技术中，多在隧道内多个监测点安装放置有多种类的气体浓度传感器，对隧道内各个位置的环境气体进行实时监测，并将监测的环境气体浓度数据传输至隧道环境处理中心模块内进行监测预警，当有任意监测点的任意种类气体浓度超出预设标准时，隧道处理中心模块生成预警信号，以便于隧道管理部门及时发现并解决隧道环境气体浓度超标的问题，此种对隧道环境气体监测的方法虽然可以对隧道内环境气体浓度进行有效地监测并预警，但是其在监测过程中需要持续地将各个监测点的各个种类气体浓度信息传送至隧道环境处理中心模块内，会给物联网传送模块进而隧道处理中心模块带来较大的负荷，可能造成隧道处理中心模块的工作故障，进而影响对隧道环境气体的监测，并且隧道处理中心模块无法对接收的环境气体浓度信息进行充分分析，无法对隧道通风模块的通风量进行自适应调节。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种环境气体监测方法及系统，解决以下技术问题：

2、如何降低隧道环境处理中心模块工作负荷和对隧道通风模块通风量进行自适应调节的问题。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种环境气体监测方法，所述方法包括：

5、s1、通过采集模块对隧道内各监测区域的环境气体浓度信息进行采集；

6、s2、通过边缘计算模块对采集到的环境气体浓度信息进行初步分析，判断是否需要将采集到的环境气体浓度信息立即传送至隧道处理中心模块内；

7、s3、通过隧道处理中心模块对接收的环境气体浓度信息进行分析处理，判断是否需要生成的预警信号和控制通风模块增加通风量信号。

8、进一步地，步骤s2中，所述判断是否需要将采集到的环境气体浓度信息立即传送至隧道处理中心模块内的过程包括：

9、所述隧道内设有n个监测区域，每个监测区域内均设有边缘计算模块和采集模块；

10、第i个边缘计算模块对其对应监测区域采集到的环境气体浓度信息进行分析，获得第i个监测区域在预设时间段内的环境气体浓度变化参数wi,s；

11、将第i个监测区域在预设时间段内的环境气体浓度变化参数wi,s和预设环境气体浓度临界变化参数wi,std进行比对；

12、若wi,s≥wi,std，则立即将第i个监测区域在预设时间段内采集模块采集的环境气体浓度信息发送至隧道处理中心模块内，并通过第i个边缘计算模块对下一个预设时间段内的环境气体浓度信息进行预处理；

13、若wi,s<wi,std，则通过第i个边缘计算模块对下一个预设时间段内的环境气体浓度信息进行预处理，并以预设频率将第i个监测区域在预设时间段内采集模块采集的环境气体浓度信息发送至隧道处理中心模块内。

14、进一步地，所述第i个监测区域在预设时间段内的环境气体浓度变化参数获得的过程包括：

15、

16、

17、通过公式(1)-(2)分析计算获得第i个监测区域在预设时间段内的环境气体浓度变化参数wi,s；

18、其中，[ta,tb]为预设时间段，δgi,j为第i个监测区域在预设时间段内第j项环境气体的变化特征值，ωj为第j项环境气体的权重系数，gi,j(t)为第i个监测区域内第j项环境气体浓度随时间变化的曲线，gi,j(ta)为第i个监测区域内第j项环境气体浓度在ta时间节点时的值。

19、进一步地，步骤s3中，所述判断是否需要生成的预警的过程包括：

20、通过隧道处理中心模块对接收到的各个监测区域内的环境气体浓度信息进行分析，获得各个监测区域在预设时间段内环境气体浓度超标参数hi,s；

21、将各个监测区域在预设时间段内环境气体浓度超标参数hi,s和预设环境气体浓度超标过量预警参数hi,std进行比对；

22、若存在hi,s≥hi,std，则生成对应监测区域内环境气体浓度大量超标的预警信号；

23、反之，对隧道内环境气体浓度信息进行进一步分析。

24、进一步地，所述各个监测区域在预设时间段内环境气体浓度超标参数获得的过程包括：

25、

26、qi，j＝if(ei，j>1,ei，j-1,0)  (4)

27、

28、通过公式(3)-(5)分析计算获得第i个监测区域在预设时间段内环境气体浓度超标参数hi,s；

29、其中，m为环境气体的类目数，j∈[1,m]，qi,j为第i个监测区域内第j项环境气体浓度超标系数，ei,j为第i个监测区域内第j项环境气体浓度对照系数，zj,std为第j项环境气体浓度标准值。

30、进一步地，所述对隧道内环境气体浓度信息进行进一步分析的过程包括：

31、通过隧道处理中心模块对接收到的各个监测区域内的环境气体浓度信息进行分析，获得将浓度超标的环境气体排出隧道需要增加的实际空气变换率rs；

32、基于隧道的通风模块正在工作的通风量分析计算出通风模块在现有通风量下可以增加的理论空气变换率rthe；

33、将浓度超标的环境气体排出隧道需要增加的实际空气变换率rs与现有通风量下可以增加的理论空气变换率rthe进行比对；

34、若rs≥rthe，则生成隧道内浓度超标环境气体无法及时排放的预警信号；

35、若rs<rthe且rs>0，则生成控制通风模块增加预设通风量的信号；

36、若rs＝0，则不生成任何信号。

37、进一步地，所述将浓度超标的环境气体排出隧道需要增加的实际空气变换率和现有通风量下可以增加的理论空气变换率获得的过程包括：

38、将隧道处理中心模块分析获得的所有环境气体浓度超标系数qi,j进行相互比对，获取所有环境气体浓度超标系数的最大值max{qi,j}；

39、

40、

41、通过公式(6)和(7)分别分析计算获得将浓度超标的环境气体排出隧道需要增加的实际空气变换率rs和现有通风量下可以增加的理论空气变换率rthe；

42、其中，为环境气体浓度超标系数转换为实际空气变换率的系数，pmax为通风模块最大通风量，ps为通风模块正在工作的通风量，v为隧道内空间体积。

43、进一步地，所述预设通风量获得的过程包括：

44、

45、通过公式(8)分析计算获得预设通风量δp。

46、一种环境气体监测系统，所述系统用于一种环境气体监测方法，所述系统包括：

47、采集模块，用于对隧道内各个监测区域内的环境气体浓度信息进行采集；

48、边缘计算模块，用于对隧道内对应的监测区域内采集模块采集的环境气体浓度信息进行初步分析，并将对应监测区域内环境气体浓度信息传送至隧道处理中心模块内；

49、隧道处理中心模块，用于对隧道内各监测区域对应的边缘计算模块传送的环境气体浓度信息进行分析，判断是否需要生成预警信号和控制通风模块增加通风量信号；

50、通风模块，用于将隧道内空气与外界气体进行交换；

51、预警控制模块，用于执行隧道处理中心模块生成的预警信号和控制通风模块增加通风量的信号。

52、本发明的有益效果：

53、(1)本发明通过边缘计算模块对采集模块采集到的隧道内环境气体浓度信息进行初步分析，判断是否将采集到的隧道内环境气体浓度信息立即发送至隧道处理中心模块内，以达到减小物联网传送模块和隧道处理中心模块工作负荷的目的，减少了隧道处理中心模块需要处理的数据量，降低了隧道处理中心模块工作过程中可能出现故障的风险。

54、(2)本发明通过隧道处理中心模块对接收的环境气体浓度信息进行充分分析，达到根据不同的环境气体浓度状态，生成对应的预警信号及对隧道通风模块通风量进行自适应调节的目的。