城市長隧道l-dna仿生監控方法及系統的製作方法

2023-05-15 00:01:51 2

專利名稱：城市長隧道l-dna仿生監控方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制工程領域，特別涉及適用於城市長隧道和超長隧道的L-DNA(類 DNA)仿生監控方法。
背景技術：
現今，長隧道和超長隧道監控系統的控制結構為各監控點依照現場控制需要，隨 機散列在狹長的地段線狀區內，所以，長隧道和超長隧道監控系統通常採用分布式或分段 集中式控制拓撲結構。這種監控結構往往設計有一臺或數臺主控制器以及若干臺分布式區 域控制器，它們通過現場總線型網絡進行通訊。主控制器上含有全局控制邏輯和全局信息 參數，區域控制器含有本地控制邏輯和遠端執行、採集程序。系統工作時，主控制器統管全 局發揮核心控制功能，區域控制器擔任遠程執行器和採集器的功能。 這樣的長隧道和超長隧道監控系統在隧道施工及運營過程中暴露出很多缺點。如 在長隧道的施工過程中，從土方工程、結構工程到內裝、管線、路面都是分段施工，隧道監控 與結構工程、內裝工程等進度交織進行。經常出現的狀況是隧道已通車運營，監控系統還在 安裝調試，嚴重影響施工安全和施工質量。 另外，隧道災害的特點決定了一旦在隧道內某點發生災害，該節點附近的所有設 備和網絡都有可能被破壞，由於該隧道監控系統嚴重依賴主控制器的工況和通訊網絡的完 整性，一旦主控制器失效，隧道將整體癱瘓；即使只是網絡故障，故障點後部的所有設備都 會失效，導致災情加重甚至二次傷害的發生。 因此，有必要提供一種改進的城市長隧道監控方法及系統來克服上述缺陷。

發明內容
本發明的目的是提供一種城市長隧道L-DNA仿生監控方法及系統，能在通車運 營、施工環節或隧道災害、安全事件發生仍對隧道進行監控，恢復監控功能，確保人員安全。
為了實現上述目的，本發明提供了一種城市長隧道L-DNA仿生監控方法，包括如 下步驟根據監控節點的主從站標記，判斷監控節點的狀態；當為主站模式狀態時，進行網 絡輪詢進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制邏輯， 向網絡發布全局控制指令，執行本地控制邏輯，維護本地控制狀態；當為從站模式狀態時， 進行網絡監聽進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制 邏輯，根據全局控制指令執行本地控制邏輯，維護本地控制狀態。 在本發明的一個實施例中，所述方法還包括如下步驟通過主節點的網絡輪詢以 及所有節點的網絡監聽，獲取所有節點的控制器的權階值，更新有效節點的生存周期；到達 本地節點的指定周期時，將該本地節點的控制器的權階值小於所有有效節點的控制器的權 階值中的最小值時的本地節點置為主站模式狀態。 較佳地，所述方法還包括步驟到達本地節點的指定周期時，將該本地節點的控制 器的權階值不小於所有有效節點的控制器的權階值中的最小值時的本地節點置為從站模式狀態。 同樣較佳地，所述方法還包括步驟將所有節點的生存周期值減少l，維護網絡權 階庫。 在本發明的另一實施例中，所述方法還包括如下步驟通過主節點的網絡輪詢以 及所有節點的網絡監聽，獲取網絡有效節點地址表以及當前活動節點地址表；到達本地節 點的指定周期並且當前活動節點地址表與上一周期網絡輪詢獲取的活動節點地址表相同 時，判斷本地節點地址是否等於當前活動節點地址表的最大值或最小值；當本地節點地址 等於節點表的最大值或最小值時，輸出物理層終接匹配。 較佳地，所述方法還包括如下步驟當本地節點地址不等於節點表的最大值或最 小值時，延遲兩周期後，撤消物理層終接匹配。 較佳地，所述方法還包括如下步驟到達本地節點的指定周期並且當前活動節點
地址表與上一周期網絡輪詢獲取的活動節點地址表不同時，更新緩衝表。 —種城市長隧道L-DNA仿生監控系統，包括分布在長隧道內的多個監控節點，每
個監控節點包括節點數據區、與所述節點數據區連接的節點控制邏輯模塊、與所述節點數
據區連接的隧道全局數據區、與所述隧道全局數據區連接的DNA全局控制邏輯模塊。 在本發明的一個實施例中，所述系統還包括物理層網絡自愈控制模塊，所述隧道
全局數據區包括節點地址列表，所述物理層網絡自愈控制模塊與所述節點地址列表連接。 在本發明的另一實施例中，所述系統還包括權階輸出仲裁邏輯模塊，所述隧道全
局數據區包括權階值表，所述權階輸出仲裁邏輯模塊與所述權階值表連接。 與現有技術相比，本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法和系統的每個監控節點
都具有整條隧道的全局控制邏輯和全局數據區，就如同生物體細胞一樣，每個個體都含有
整體的DNA遺傳信息，因此各個節點相互關聯，都可以成為主控節點，因此能克服傳統監控
方法的系統中由於單點及局部的故障造成系統的全局癱瘓技術缺陷。 另外，普通監控節點的全局控制邏輯和全局數據區與主節點的全局控制邏輯和全 局數據區同步工作，但只有主節點能夠向網絡發布全局控制指令。 此外，對於每個控制節點，當為主站模式狀態時，進行網絡輪詢從而獲取全局信 息，進而根據全局信息執行本地控制邏輯以控制本地輸出；當為從站模式狀態時，監聽網絡 從而獲取全局信息，進而根據全局信息執行本地控制邏輯以控制本地輸出。該方法在施工 環節或隧道災害、安全事件發生時，未發生故障的監控節點在網絡輪詢或監聽網絡過程中 獲取全局信息，在全局信息的指示下執行本地控制邏輯，從而對隧道進行監控，能最大限度 恢復監控功能，進而確保人員安全。 再者，本方法能相互通訊的邊際範圍內的所有控制器進行權階係數協議仲裁，從 中仲裁出一臺發揮主控器功能的控制器，從而維護新的網絡邊界，並通過自愈協議算法使 處於網絡邊際的活動節點維護通訊線路，保證數據通訊的暢通。 通過以下的描述並結合附圖，本發明將變得更加清晰，這些附圖用於解釋本發明 的實施例。


圖1為本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法一個實施例的流程圖。
圖2為本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法另一實施例的部分流程圖。
圖3為本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法又一實施例的部分流程圖。
圖4為本發明城市長隧道L-DNA仿生監控系統的框架圖。
具體實施例方式
現在參考附圖描述本發明的實施例，附圖中類似的元件標號代表類似的元件。 參考圖1，本實施例城市長隧道L-DNA仿生監控方法包括如下步驟 步驟Sll，根據監控節點的主從站標記，判斷監控節點是主站模式狀態還是從站模
式狀態，如果是主站模式狀態，進行下一步，如果是從站模式狀態，轉步驟S13 ; 步驟S12，進行網絡輪詢進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息維護全
局數據區並執行整條隧道的全局控制邏輯，向網絡發布全局控制指令，轉步驟S14 ; 步驟S13，監聽網絡進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息維護全局數
據區並執行整條隧道的全局控制邏輯，維護全局控制狀態； 步驟S14，根據所述全局信息執行本地控制邏輯，維護本地控制狀態並控制本地輸
屮 f市 DP ， ^口術o 由上可以看出，本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法的每個監控節點(處於從 站模式狀態的普通監控節點，以及處於主站模式狀態的主節點)都具有整條隧道的全局控 制邏輯和全局數據區，就如同生物體細胞一樣，每個個體都含有整體的DNA遺傳信息，因此 各個節點相互關聯，都可以成為主控節點，因此能克服傳統監控方法的系統中由於單點及 局部的故障造成系統的全局癱瘓技術缺陷。 另外，普通監控節點的全局控制邏輯和全局數據區與主節點的全局控制邏輯和全 局數據區同步工作，但只有主節點能夠向網絡發布全局控制指令。 此外，對於每個控制節點，當為主站模式狀態時，進行網絡輪詢從而獲取全局信 息，進而根據全局信息執行本地控制邏輯以控制本地輸出；當為從站模式狀態時，監聽網絡 從而獲取全局信息，進而根據全局信息執行本地控制邏輯以控制本地輸出。該方法在施工 環節或隧道災害、安全事件發生時，未發生故障的監控節點在網絡輪詢或監聽網絡過程中 獲取全局信息，在全局信息的指示下執行本地控制邏輯，從而對隧道進行監控，能最大限度 恢復監控功能，進而確保人員安全。 參考圖2，另一實施例城市長隧道L-DNA仿生監控方法在上一實施例步驟基礎上， 還包括如下步驟 步驟S15，通過主節點的網絡輪詢以及所有節點的網絡監聽，獲取所有節點的控制 器的權階值，更新有效節點的生存周期； 步驟S16，到達本地節點的指定周期時，判斷該本地節點的控制器的權階值是否 小於所有有效節點的控制器的權階值中的最小值，如果是，進行下一步，如果不是，轉步驟 S18。 其中，指定周期值為一指定常數，其與生存周期值相配合用以避免產生自激而頻 繁仲裁主站和網絡邊界； 步驟S17，置本地節點為主站模式狀態，轉步驟S19 ;
步驟S18，置本地節點為從站模式狀態；
步驟S19，將所有節點的生存周期值減少l，並維護網絡權階庫，結束。
其中，節點生存周期值減為零時，該節點已失效。 由上可以看出，本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法各節點控制器的地位對 等，各節點控制器上運行的軟體算法基本相同，但在同一時刻，能相互通訊的邊際範圍內的 所有控制器進行權階係數協議仲裁，從中仲裁出一臺發揮主控器功能的控制器，從而維護 新的網絡邊界。所有節點的控制器的權階值是以零開始的正整數序列，按隧道走向以升序 或降序排列，O為上位系統保留係數，在能相互通訊的網絡邊際範圍內權階值最小的節點控 制器將自動協議為主控器，本地節點為主站模式，可以控制其他所有監控節點執行本地控 制邏輯，實現對隧道的實時監控。同時經過適當延時，權階係數值最小和最大的兩個節點控 制器將激活自身的物理層端接電阻，使網絡完整穩定。 參考圖3，又一實施例城市長隧道L-DNA仿生監控方法在上一實施例步驟基礎上， 還包括如下步驟 步驟S20，通過主節點的網絡輪詢以及所有節點的網絡監聽，獲取網絡有效節點地 址表以及當前活動節點地址表； 步驟S21，判斷是否到達本地節點的指定周期，如果是，繼續下一步，如果否，結 束； 步驟S22，判斷所述當前活動節點地址表與上一周期網絡輪詢獲取的活動節點地
址表(緩衝節點地址表)是否相同，如果是，繼續下一步，如果否，轉步驟S26 ; 步驟S23，判斷本地節點地址是否等於當前活動節點地址表的最大值或最小值，如
果等於，進行下一步，如果不等，轉步驟S25 ; 步驟S24，輸出物理層終接匹配，結束； 其中，物理層終接匹配保證通訊線路良好，避免已損壞或未啟用的延伸線路對有 效工作段線路的消極影響。 步驟S25，延遲兩周期後，撤消物理層終接匹配，結束；
步驟S26，更新緩衝節點地址表，結束。 由上可以看出，為了降低或消除有故障的通訊線路及已失效的監控節點對通訊數 據造成的影響，本發明城市長隧道L-DNA仿生監控方法通過自愈協議算法使處於網絡邊際 的活動節點維護通訊線路，保證數據通訊的暢通。 參考圖4，本實施例城市長隧道L-DNA仿生監控系統包括分布在長隧道內的多個 監控節點，每個監控節點包括節點數據區83、與所述節點數據區83連接的節點控制邏輯模 塊82、與所述節點數據區83連接的隧道全局數據區81、與所述隧道全局數據區81連接的 DNA全局控制邏輯模塊80、物理層網絡自愈控制模塊84以及權階輸出仲裁邏輯模塊85。所 述隧道全局數據區81包括節點地址列表811和權階值表812，所述物理層網絡自愈控制模 塊84與所述節點地址列表811連接。所述權階輸出仲裁邏輯模塊85與所述權階值表812 連接。 所述節點數據區83用於存儲節點本地狀態信息數據。所述隧道全局數據區81用 於存儲節點地址列表811和權階值列表812。當節點為主控狀態時，所述DNA全局控制邏輯 模塊80進行全局的系統控制。所述節點控制邏輯模塊82接收主節點的全局控制指令並結 合節點數據區83的本地狀態信息數據來執行指令。所述權階輸出仲裁邏輯模塊85實現如圖2所示的權階值仲裁。所述物理層網絡自愈控制模塊84實現如圖3所示的物理層網絡 自愈控制。 所述節點控制邏輯連接控制輸出接口 87以及傳感輸入接口 86，所述節點數據區 83連接傳感輸入接口 86，所述DNA全局控制邏輯模塊80以及所述物理層網絡自愈控制模 塊84、隧道全局數據區81均連接通訊接口 88。所述傳感輸入接口 86為傳感器的輸入軟硬 件接口。所述控制輸出接口87輸出控制各種隧道設備。所述通訊接口88與其他節點互聯 通訊。 所述城市長隧道L-DNA仿生監控系統具備高防護等級的通訊線路。另外本系統的 各監控節點由分布式在線後備電源系統支持，由各監控節點管理的隧道安全機電設備由高 防護等級應急電源系統(EPS， Emergency Power Supply)及普通供電系統雙迴路支持。
由上可以看出，本實施例城市長隧道L-DNA仿生監控系統的每個監控節點上都含 有整條隧道的DNA全局控制邏輯模塊80和隧道全局數據區81，就如同生物體細胞一樣，每 個個體都含有整體的DNA遺傳信息，因此各個節點相互關聯，都可以成為主控節點，因此能 克服傳統監控方法的系統中由於單點及局部的故障造成系統的全局癱瘓技術缺陷，同時為 靈活施工、局部調試提供了可行的技術支撐。該系統在施工環節或隧道災害、安全事件發生 時，未發生故障的監控節點的節點控制邏輯模塊82接收主節點的全局控制指令並結合節 點數據區83的本地狀態信息數據來執行本地控制邏輯，從而對隧道進行監控，能最大限度 恢復監控功能，進而確保人員安全。 以上結合最佳實施例對本發明進行了描述，但本發明並不局限於以上揭示的實施 例，而應當涵蓋各種根據本發明的本質進行的修改、等效組合。
權利要求
一種城市長隧道L-DNA仿生監控方法，包括如下步驟根據監控節點的主從站標記，判斷監控節點的狀態；當為主站模式狀態時，進行網絡輪詢進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制邏輯，向網絡發布全局控制指令，執行本地控制邏輯，維護本地控制狀態；當為從站模式狀態時，進行網絡監聽進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制邏輯，根據全局控制指令執行本地控制邏輯，維護本地控制狀態。
2. 如權利要求1所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過主節點的網絡輪詢以及所有節點的網絡監聽，獲取所有節點的控制器的權階值， 更新有效節點的生存周期；到達本地節點的指定周期時，將該本地節點的控制器的權階值小於所有有效節點的控 制器的權階值中的最小值時的本地節點置為主站模式狀態。
3. 如權利要求2所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括步驟 到達本地節點的指定周期時，將該本地節點的控制器的權階值不小於所有有效節點的控制器的權階值中的最小值時的本地節點置為從站模式狀態。
4. 如權利要求2或3所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括步驟將所有節點的生存周期值減少l，維護網絡權階庫。
5. 如權利要求1所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括如下步驟通過主節點的網絡輪詢以及所有節點的網絡監聽，獲取網絡有效節點地址表以及當前 活動節點地址表；到達本地節點的指定周期並且當前活動節點地址表與上一周期網絡輪詢獲取的活動 節點地址表相同時，判斷本地節點地址是否等於當前活動節點地址表的最大值或最小值； 當本地節點地址等於節點表的最大值或最小值時，輸出物理層終接匹配。
6. 如權利要求5所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括如下步驟當本地節點地址不等於節點表的最大值或最小值時，延遲兩周期後，撤消物理層終接 匹配。
7. 如權利要求5或6所述的城市長隧道L-DNA仿生監控方法，其特徵在於，還包括如下 步驟到達本地節點的指定周期並且當前活動節點地址表與上一周期網絡輪詢獲取的活動 節點地址表不同時，更新緩衝表。
8. —種城市長隧道L-DNA仿生監控系統，包括分布在長隧道內的多個監控節點，每個 監控節點包括節點數據區、與所述節點數據區連接的節點控制邏輯模塊、與所述節點數據 區連接的隧道全局數據區、與所述隧道全局數據區連接的DNA全局控制邏輯模塊。
9. 如權利要求8所述的城市長隧道L-DNA仿生監控系統，其特徵在於，還包括物理層網絡自愈控制模塊，所述隧道全局數據區包括節點地址列表，所述物理層網絡自愈控制模塊 與所述節點地址列表連接。
10.如權利要求8所述的城市長隧道L-DNA仿生監控系統，其特徵在於，還包括權階輸 出仲裁邏輯模塊，所述隧道全局數據區包括權階值表，所述權階輸出仲裁邏輯模塊與所述 權階值表連接。
全文摘要
本發明公開了一種城市長隧道L-DNA仿生監控方法，包括如下步驟根據監控節點的主從站標記，判斷監控節點的狀態；當為主站模式狀態時，進行網絡輪詢進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制邏輯，向網絡發布全局控制指令，執行本地控制邏輯；當為從站模式狀態時，進行網絡監聽進而獲取整條隧道的全局信息，根據所述全局信息執行整條隧道的全局控制邏輯，根據全局控制指令執行本地控制邏輯。本方法每個監控節點具有整條隧道的全局控制邏輯和全局數據區，如同生物體細胞一樣，每個個體都含有整體的DNA遺傳信息，故每個都可以成為主控節點，能實現通車運營或隧道災害等情況時的隧道監控，確保人員安全。本發明相互通訊邊際範圍內的控制器進行權階係數協議仲裁，從中仲裁出一臺發揮主控器功能的控制器。本發明同時公開了一種城市長隧道L-DNA仿生監控系統。
文檔編號G05B19/418GK101763103SQ20091027333
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者劉長江, 夏紅霞, 袁景凌, 鍾珞, 馬成前 申請人:武漢理工大學