ZigBee无线传感网的铁路隧道环境无线监控系统设计+电路图(3)

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图5-6 空气气体质量检测流程图 29

图5-7 温湿度测控系统流程图 30

1绪论

1.1 课题研究的背景与意义

伴随着社会的高速发展，城市规模逐渐扩大，人口数量急剧增加，面对城市交通的严峻挑战和压力，越来越多的中大型城市选择建设地铁作为解决城市交通问题的首要选择。地铁运行不占用地面空间，不受天气影响，且具有速率快、运量大、动力足等优点，越来越受到广大市民的青睐。目前我国正在大力发展城市轨道建设，地铁工程在中国有巨大的市场前景，地铁建设的技术也日益成熟，预计到2020年全国将有40多个城市建成地铁，运输总里程将达到7000多公里[1]。但是由此伴随的施工安全事故也频频发生，严重威胁着施工者的人身安全，影响着地铁建设的进度。这些不容轻视的施工危险事故，给地铁隧道的安全生产敲响了一记沉重警钟，因而准确采集隧道环境数据并进行有效监控显得尤为重要。

本文基于无线传感器网络的技术，设计了一个对隧道施工监控系统的数据实时的采集的监控系统，能实时监控隧道火灾、塌方、有害气体含量超标等状态，并能在危险形成前进行预测给出报警提示。利用该隧道环境监控系统，可以避免不必要的人身安全意外，大力节省人力物力，提高隧道施工的自动化程度，为施工过程提供了高效的安全保障。

1.2 无线传感网络的发展及应用

传感器技术是物联网的组成部分，是一种新型的信息获取、处理并实现网络通信的技术。面对城市交通建设的严峻挑战，国内外专家在地铁隧道的施工监控方面做了很多技术开发的研究工作，无线传感网络正越来越多地应用到地铁建设中，隧道的施工监控系统正逐步实现自动化和信息化。

1.2.1无线传感网络的发展

当今信息技术的日新月异发展，给人们日常工作生活带来了无限方便。而在信息技术产业链条的应用环节中，准确获取信息是最重要的一步，它直接关系到能否科学无误地采集到信息，并为后续的传输、处理和应用提供依据。于是无线传感网技术日益成熟，成为一种信息采集处理传输的通信技术。随着提取信息要求的提高和爆炸式的信息，传感器技术从最初的单一化发展到集成化、微型化，进而过度为智能化、网络化方向，形成信息时代下智能传感器网络，广泛应用于多研究领域。

国际无线传感网的前期阶段研究起源于二十世纪70年代至90年代间，后来的发展主要得益于美国军方的支持，能够同时实现海路战场的感知计算和通信。在美国911事件后，传感网络技术向着自组织、低功耗节点设计的方向发展，实现高度集成化，并致力于美国情报局的军事防御安排和国际反恐活动。2003年，美国自然基金科学委员会组成员制定了传感网络研究部署计划，投资了3400万美元的费用，人力加物力全力支持其理论的前期研究。随后在加州大学的洛杉矶分校，开发了一个基础的微型无线传感网络和其相关网络的模拟环境，基于无线网络各方面的可能问题做出细致考察。

在国内现代意义上的无线网络发展水平与国外的相差无几，几乎同步启动，且都处于蓬勃高速发展阶段和政府重点支持领域。我国的国家自然科学基金协自2003年支持无线传感网络学科的研究，2005年正式成为国家重点发展方向。目前国内的很多科研单位和知名大学，如清华大学、西安交通大学、中科院的在沈阳的自动化所等已经全面开展了在无线传感器网络方面的研究工作，从定位技术、能量管理、网络体系结构、数据融合去冗余、安全及抗干扰技术和开发等角度对多学科交叉的无线传感网络进行综述、研究和展望[2]。我国能够战略性地把握住这次IT浪潮，提高重视，科学系统地开展这前沿科技的研究和应用，对整个国家科技、经济和社会的发展将有不可言喻的战略意义。