本發(fā)明涉及地下施工環(huán)境安全，更具體地說，本發(fā)明涉及富硫化氣圍巖隧道噴灑稀釋遠程通信控制方法。

背景技術：

1、隧道施工過程中，硫化氫氣體的監(jiān)測與控制一直是確保施工安全的重要環(huán)節(jié)，硫化氫氣體是一種具有強烈刺激性氣味的有毒氣體，濃度較高時對人體具有極大的危害，甚至可能導致生命危險，傳統(tǒng)的硫化氫氣體監(jiān)測與控制方法通常依賴人工檢測和手動操作，存在反應不及時、操作繁瑣、監(jiān)測不全面等問題，隨著隧道建設項目的不斷增多和施工難度的增加，對硫化氫氣體監(jiān)測與控制的自動化、智能化需求越來越迫切。

2、現(xiàn)有技術中，雖然已經(jīng)采用了一些自動化的氣體檢測和噴灑系統(tǒng)，但仍然存在以下不足之處：首先，傳感器的布局和安裝位置不夠合理，無法全面覆蓋隧道內(nèi)的各個角落，導致監(jiān)測盲區(qū)的存在；其次，數(shù)據(jù)傳輸方式較為落后，無法實現(xiàn)實時、可靠的數(shù)據(jù)傳輸，影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時性和準確性；再次，噴灑系統(tǒng)的控制方式單一，缺乏智能化和自動化的調(diào)節(jié)手段，難以根據(jù)實際情況進行動態(tài)調(diào)整，導致噴灑效果不理想。

3、為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于遠程通信控制的富硫化氣圍巖隧道噴灑稀釋方法，通過合理布置傳感器和噴灑系統(tǒng)，實現(xiàn)硫化氫氣體的實時監(jiān)測與智能控制，確保隧道內(nèi)的氣體濃度始終維持在安全范圍內(nèi)，從而保障施工人員的健康和安全，該方法結合了現(xiàn)代通信技術、傳感器技術和自動控制技術，顯著提高了硫化氫氣體監(jiān)測與控制的效率和可靠性。

技術實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明的實施例提供富硫化氣圍巖隧道噴灑稀釋遠程通信控制方法，該設備實現(xiàn)了隧道內(nèi)硫化氫濃度的實時監(jiān)測和自動控制，具有顯著的有益效果，首先，傳感器通過電化學檢測原理精確測量硫化氫濃度，并將數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳輸?shù)娇刂浦行?，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時、可靠傳輸，其次，控制中心接收到數(shù)據(jù)后，能夠及時分析并做出決策，通過自動生成控制指令來啟動或停止噴灑設備，確保隧道內(nèi)硫化氫濃度始終維持在安全范圍內(nèi)，此外，噴灑系統(tǒng)設計科學，噴頭安裝位置合理，泵和儲液罐的布置確保了液體的高效輸送和噴灑，整個系統(tǒng)的自動化和遠程控制功能，大大減少了人工干預的需求，提高了操作效率和安全性，通過該設備，可以有效預防硫化氫氣體對施工人員的健康危害，提升隧道施工的安全性和工作環(huán)境的質(zhì)量。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：富硫化氣圍巖隧道噴灑稀釋遠程通信控制方法，所述防護方法包括以下步驟：

3、s1：在隧道入口、出口、施工區(qū)域和低洼地帶安裝硫化氫傳感器與無線通信模塊；

4、s2：在隧道內(nèi)每隔30米安裝噴頭，連接泵、儲液罐及管道和閥門；

5、s3：氣體傳感器實時監(jiān)測硫化氫濃度，通過無線通信模塊傳輸數(shù)據(jù)；

6、s4：通過配置控制中心將無線通信模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行分析并做出決策指令；

7、s5：根據(jù)控制中心的決策指令，自動啟動噴灑設備，降低氣體濃度；

8、在一個優(yōu)選的實施方式中：在步驟s1中，選擇隧道內(nèi)部每隔20-30米、距地面1.5-2米高度位置安裝硫化氫傳感器與無線通信模塊，每個硫化氫傳感器側邊皆安裝有無線通信模塊，且無線通信模塊通過導線與連接傳感器輸出端電性連接，硫化氫傳感器采用電化學檢測原理，通過電極材料與硫化氫氣體發(fā)生反應，生成與硫化氫氣體濃度成正比的電流信號；

9、電流信號與硫化氫氣體濃度之間的關系表示為：

10、其中，ioutput為傳感器輸出電流，k為傳感器的靈敏度系數(shù)，為硫化氫氣體的濃度；

11、在一個優(yōu)選的實施方式中：在步驟s2中，隧道內(nèi)每隔20-30米安裝一個噴頭，噴頭安裝于隧道頂部，噴頭通過支架牢固安裝；泵和儲液罐皆安裝于隧道的入口與出口處；噴頭、泵和儲液罐接通過管道進行連通，在管道外壁安裝有控制泵和電動閥門，隧道入口設置有電氣控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)通過導線與控制泵還有電動閥門電信連接。

12、在一個優(yōu)選的實施方式中：在步驟s3中，通過負載電阻將傳感器輸出的電流信號轉換為電壓信號：voutput＝ioutput·rload，

13、其中,voutput為轉換后的電壓信號,rload為負載電阻；

14、無線通信模塊通過無線電波將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程控制中心；無線通信模塊對電壓信號進行調(diào)制，將其轉換為適合傳輸?shù)臒o線信號；

15、傳輸過程中的功率損耗和增益為：precv＝ptrans-lpath+gtrans+grecv；

16、其中，precv為接收端的信號功率，ptrans為發(fā)射端的信號功率，lpath為路徑損耗，gtrans為發(fā)射天線增益，grecv為接收天線增益。

17、在一個優(yōu)選的實施方式中：在步驟s4中，控制中心通過無線通信模塊接收來自隧道內(nèi)各個硫化氫傳感器的數(shù)據(jù)，接著通過crc與校驗和算組合算法對數(shù)據(jù)進行校驗，

18、crc：其中，data為發(fā)送的數(shù)據(jù)，n為生成多項式的階數(shù)，generator?polynomial為預定義的生成多項式；

19、校驗和：

20、其中，data?i是第i個數(shù)據(jù)字節(jié)，n是數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)；

21、data與校驗和組合后得出：combined?check＝crc(checksum(data))，其中，checksum(data)是先對數(shù)據(jù)進行校驗和處理得到的結果，再對這個結果進行crc處理，得到最終的組合校驗碼；

22、對接收到的數(shù)據(jù)進行去噪處理，使用濾波算法去除信號中的隨機噪聲，檢測并剔除無效數(shù)據(jù)點；設定合理的閾值范圍，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析確定正常數(shù)據(jù)范圍，過濾掉超出閾值范圍的異常值，

23、異常值過濾：

24、其中，μ為數(shù)據(jù)的均值,σ為標準差,合理閾值范圍為均值的±3倍標準差；

25、將校驗和過濾后的數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，使用時間戳記錄每條數(shù)據(jù)；對接收到的硫化氫濃度數(shù)據(jù)進行分析：

26、其中，為平均硫化氫濃度，n為采樣次數(shù)，為第i次采樣的硫化氫濃度；

27、對硫化氫濃度數(shù)據(jù)進行平滑處理：

28、其中，為指數(shù)平滑后的硫化氫濃度，α為平滑系數(shù)(0<α<1),為前一次平滑后的硫化氫濃度；

29、對數(shù)據(jù)進行加權平均，以當前數(shù)據(jù)點為中心，賦予不同時間點不同權重：

30、

31、其中，為指數(shù)平滑后的硫化氫濃度，α為平滑系數(shù)(0<α<1),為前一次平滑后的硫化氫濃度；

32、閾值判斷：固定閾值判斷：設定固定的硫化氫濃度閾值，當實時監(jiān)測到的硫化氫濃度超過該閾值時，系統(tǒng)觸發(fā)報警：

33、

34、其中，a為報警信號,threshold為預設的固定硫化氫濃度閾值；

35、利用滑動窗口平均算法，對實時數(shù)據(jù)進行滑動窗口平均處理：

36、其中，w為滑動窗口大小,為滑動窗口平均后的硫化氫濃度，

37、利用異常值剔除算法在判斷之前對實時數(shù)據(jù)進行異常值剔除，使用中位數(shù)絕對偏差方法進行異常值檢測和剔除：mad＝median

38、

39、其中，設定異常值閾值為k×mad,其中k為常數(shù)，當數(shù)據(jù)超出該范圍時，將其視為異常值并剔除。

40、在一個優(yōu)選的實施方式中：在步驟s5中，控制中心通過s4的數(shù)據(jù)分析得出報警信號a：

41、其中idecision:為決策指令變量，start?spray為啟動噴灑設備指令，stop?spray為停止噴灑設備指令；

42、噴灑設備控制系統(tǒng)接收到控制指令后，執(zhí)行對應的操作：

43、若a＝1,表示實時監(jiān)測到的硫化氫濃度超過預設的固定閾值threshold，則生成指令start?spray,即啟動噴灑設備；

44、啟動噴灑設備：啟動泵：控制泵啟動，將儲液罐中的噴灑液體通過管道輸送到噴頭；

45、打開閥門：控制閥門打開，允許噴灑液體流向噴頭；

46、噴灑液體：控制噴頭開始噴灑液體，降低隧道內(nèi)的硫化氫濃度；

47、若a＝0,表示實時監(jiān)測到的硫化氫濃度ch2s,real-time低于預設的固定閾值threshold，則生成指令stop?spray,即停止噴灑設備；

48、停止噴灑設備：關閉閥門：控制閥門關閉，停止液體流動；

49、停止泵：控制泵停止運行，停止液體輸送。

50、本發(fā)明的技術效果和優(yōu)點：該設備實現(xiàn)了隧道內(nèi)硫化氫濃度的實時監(jiān)測和自動控制，具有顯著的有益效果。首先，傳感器通過電化學檢測原理精確測量硫化氫濃度，并將數(shù)據(jù)通過無線通信模塊傳輸?shù)娇刂浦行模瑢崿F(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時、可靠傳輸。其次，控制中心接收到數(shù)據(jù)后，能夠及時分析并做出決策，通過自動生成控制指令來啟動或停止噴灑設備，確保隧道內(nèi)硫化氫濃度始終維持在安全范圍內(nèi)。此外，噴灑系統(tǒng)設計科學，噴頭安裝位置合理，泵和儲液罐的布置確保了液體的高效輸送和噴灑。整個系統(tǒng)的自動化和遠程控制功能，大大減少了人工干預的需求，提高了操作效率和安全性。通過該設備，可以有效預防硫化氫氣體對施工人員的健康危害，提升隧道施工的安全性和工作環(huán)境的質(zhì)量。