一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法专利检索-竖井隧道平硐地下室（土壤调节材料或土壤稳定材料入C09K17/00采矿或采石用的钻机开采机械截割机入E21C安全装置运输救护通风或排水入E21F）专利检索查询-专利查询网

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一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法
申请号	CN202111080284.6	申请日	2021-09-15	公开(公告)号	CN113923676B	公开(公告)日	2024-04-19
申请人	中铁工程装备集团有限公司;			发明人	贾连辉; 游宇嵩; 徐剑安; 荆留杰; 徐受天; 徐兵峰; 陈帅; 陈强; 岳鹏闯; 李开放; 赵严振; 周宇;
摘要	本发明提供了一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法，属于隧道施工技术领域。通过在隧道入口部署无线AP，在隧道内部署无线mesh 节点，形成隧道内施工自组网，三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备在隧道施工自组网内，通过多跳通信的方式，进行无线通信，便于施工设备的任务调度，完成钻爆法的施工工序，减少了线缆的使用数量，降低了施工成本，提高了施工效率。
权利要求	1.一种隧道掘进设备的多机通信方法，其特征在于，在隧道口设置无线AP，在隧道内间隔设置多个无线mesh节点，无线AP的一端通过有线连接网络，另一端与无线mesh节点无线通信连接，形成隧道施工自组网；所述隧道掘进设备包括三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备；三臂凿岩台车在隧道内钻孔结束后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向装药台车发送装药指令；装药台车通过接入的无线mesh节点接收装药指令，并在隧道掌子面爆破完毕后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向清渣运输车发送清渣指令；清渣运输车通过接入的无线mesh节点接收清渣指令，并在渣土清理完毕后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向支护设备发送支护指令。 2.根据权利要求1所述的隧道掘进设备的多机通信方法，其特征在于，所述无线AP的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km。 3.根据权利要求1所述的隧道掘进设备的多机通信方法，其特征在于，所述无线mesh节点在隧道内间隔10m‑50m进行设置。 4.根据权利要求1所述的隧道掘进设备的多机通信方法，其特征在于，各隧道掘进设备之间基于无线通信协议802.11进行无线通信。 5.一种隧道掘进设备的一主多从通信方法，其特征在于，在隧道口设置无线AP，在隧道内间隔设置多个无线mesh节点，无线AP的一端通过有线连接网络，另一端与无线mesh节点无线通信连接，形成隧道施工自组网；所述隧道掘进设备包括用于调度的的主设备和需要被调度的三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车、支护设备；主设备通过隧道施工自组网采用多跳通信向三臂凿岩台车发送钻孔指令，三臂凿岩台车在钻孔结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈钻孔结束指令；主设备接收到钻孔结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向装药台车发送装药指令，装药台车在装药结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈装药结束指令；主设备接收到装药结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向清渣运输车发送清渣指令，清渣运输车清理渣土结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈清渣结束指令，主设备接收到清渣结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向支护设备发送支护指令。 6.根据权利要求5所述的隧道掘进设备的一主多从通信方法，其特征在于，所述无线AP的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km。 7.根据权利要求5所述的隧道掘进设备的一主多从通信方法，其特征在于，所述无线mesh节点在隧道内间隔10m‑50m进行设置。 8.根据权利要求5所述的隧道掘进设备的一主多从通信方法，其特征在于，主设备与三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备通过无线通信协议802.11进行通信。 9.根据权利要求5所述的隧道掘进设备的一主多从通信方法，其特征在于，所述主设备设置于距离隧道掌子面3km以内的区域。
说明书全文	一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法技术领域 [0001] 本发明提供了一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法，属于隧道施工技术领域。背景技术 [0002] 近些年，随着我国隧道施工建设的高速发展，迫切需要提高隧道施工的智能化水平，而且国家对施工安全的要求越来越高，劳动力用工成本快速上升，因此隧道施工普遍采用钻爆法进行施工作业。钻爆法采用机械化配套施工技术不仅可以提高工效，而且越来越具有成本优势，非常具有推广价值。钻爆法隧道施工的主要施工机械设备为凿岩台车、装药台车、混凝土湿喷机械手、锚注一体台车、拱架作业台车等。 [0003] 在进行钻爆法施工时，各施工设备之间有确定的施工工序，目前需要多个人员在现场进行沟通，在一台施工设备完工后，通知下一个工序的施工设备进场施工，效率较低，且长期需要多个人工干预。工作人员在隧道内的掌子面施工时，工况恶劣，影响人员安全，而且通信设备普遍采用线缆连接，在隧道内铺设通信线缆时使用的线缆较多，而且需要随着隧道掘进不断增加线缆长度，使得隧道掘进成本较高。由于隧道内环境复杂，在隧道内铺设的线缆容易破损，存在安全隐患。发明内容 [0004] 本发明的目的在于提供一种隧道掘进设备的多机通信方法及一主多从通信方法，用于解决采用钻爆法挖掘隧道时施工成本高、效率低的问题。 [0005] 为了实现上述目的，本发明提供了一种隧道掘进设备的多机通信方法，在隧道口设置无线AP，在隧道内间隔设置多个无线mesh节点，无线AP的一端通过有线连接网络，另一端与无线mesh节点无线通信连接，形成隧道施工自组网； [0006] 所述隧道掘进设备包括三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备； [0007] 三臂凿岩台车在隧道内钻孔结束后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向装药台车发送装药指令；装药台车通过接入的无线mesh节点接收装药指令，并在隧道掌子面爆破完毕后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向清渣运输车发送清渣指令；清渣运输车通过接入的无线mesh节点接收清渣指令，并在渣土清理完毕后，通过隧道施工自组网中就近的无线mesh节点采用多跳通信向支护设备发送支护指令。 [0008] 通过在隧道入口部署无线AP，在隧道内部署无线mesh节点，形成隧道内施工自组网，三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备在隧道施工自组网内，通过多跳通信的方式，进行无线通信，便于施工设备的任务调度，完成钻爆法的施工工序，减少了线缆的使用数量，降低了施工成本，提高了施工效率。 [0009] 进一步地，在上述方法中，所述无线AP的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km。 [0010] 采用大功率无线AP保证隧道施工自组网的信号强度，增强通信的可靠性。 [0011] 进一步地，在上述方法中，所述无线mesh节点在隧道内间隔10m‑50m进行设置。 [0012] 间隔10m‑50m设置无线mesh节点，既实现了隧道施工自组网在隧道内的全面覆盖，又保证了信号强度，使得信号传输的可靠性增强。 [0013] 进一步地，在上述方法中，各隧道掘进设备之间基于无线通信协议802.11进行无线通信。 [0014] 采用通用的无线通信协议802.11，可以与其他设备，如隧道外指挥系统、云端等连接，便于通信扩展。 [0015] 本发明还提供一种隧道掘进设备的一主多从通信方法，在隧道口设置无线AP，在隧道内间隔设置多个无线mesh节点，无线AP的一端通过有线连接网络，另一端与无线mesh节点无线通信连接，形成隧道施工自组网； [0016] 所述隧道掘进设备包括用于调度的的主设备和需要被调度的三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车、支护设备； [0017] 主设备通过隧道施工自组网采用多跳通信向三臂凿岩台车发送钻孔指令，三臂凿岩台车在钻孔结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈钻孔结束指令；主设备接收到钻孔结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向装药台车发送装药指令，装药台车在装药结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈装药结束指令；主设备接收到装药结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向清渣运输车发送清渣指令，清渣运输车清理渣土结束后，通过就近的无线mesh节点向主设备反馈清渣结束指令，主设备接收到清渣结束指令后，通过隧道施工自组网采用多跳通信向支护设备发送支护指令。 [0018] 进一步地，在上述方法中，所述无线AP的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km。 [0019] 进一步地，在上述方法中，所述无线mesh节点在隧道内间隔10m‑50m进行设置。 [0020] 进一步地，在上述方法中，主设备与三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备通过无线通信协议802.11进行通信。 [0021] 进一步地，在上述方法中，所述主设备设置于距离隧道掌子面3km以内的区域。 [0022] 在距离隧道掌子面3km以内的区域设置主设备，可以保证主设备对其他隧道掘进设备的及时调度，提供施工效率。附图说明 [0023] 图1为本发明实施例中隧道掘进设备的多机通信示意图； [0024] 图2为本发明实施例中隧道掘进设备的多机协作示意图。 [0025] 图中：1为大功率AP，2为隧道口，3为无线mesh节点，4为主设备，5为施工设备。具体实施方式 [0026] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。 [0027] 隧道掘进设备的多机通信方法实施例： [0028] 本实施例的隧道掘进设备的多机通信方法，通过在隧道入口部署大功率AP，在隧道内部署无线mesh节点，实现隧道内无线自组网，实现多台施工设备间的信息共享和通信协作，便于施工设备的任务调度，提高施工效率。还通过大功率AP与云平台连接，将施工设备工作状态信息上传至云平台，进行分析处理。 [0029] 本实施例中，实现隧道掘进设备的多机通信方法采用的设备包括大功率AP(1)、无线mesh节点(3)、施工设备(5)四部分。大功率AP(Access Point，无线接入点)设置于隧道口(2)处，其一端通过有线连接到互联网，另一端通过天线向隧道内发射无线射频信号。在隧道内，沿着隧道口(2)至掌子面间隔设置无线mesh节点(3)，与大功率AP(1)组合形成自组网，从而实现各施工设备(5)之间的无线通信，按照钻爆法的施工工序，各施工设备之间以无线通信的方式进行调度，直至完成隧道掘进施工。 [0030] 本实施例中，大功率AP(1)的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km；基于无线通信协议802.11与无线mesh节点(3)进行通信，采用多跳方式进行数据传输。 [0031] 本实施例中，在隧道口(2)的顶部设置第一个无线mesh节点(3)，然后在隧道的顶部沿隧道轴线每间隔10m‑50m设置一个无线mesh节点(3)。大功率AP(1)向隧道内发射无线射频信号，由无线mesh节点(3)接收，使隧道内形成无线自组网。 [0032] 本实施例中，施工设备(5)指隧道内需要进行调度施工的隧道掘进设备，包括三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备，支护设备包括湿喷机械手台车、拱架安装台车、锚注一体台车、衬砌台车。各施工设备上均设置有无线通信模块，通过无线通信协议802.11接入隧道内无线自组网。 [0033] 所述的隧道掘进设备的多机通信方法，包括如下步骤： [0034] 1)三臂凿岩台车到达指定工作位置，对隧道的掌子面进行钻孔，钻孔结束后退出工作位置，在退出时，通过距离三臂凿岩台车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送装药指令，由装药台车附近的无线mesh节点反馈到装药台车。 [0035] 2)装药台车接收到装药指令后，到达掌子面处，对掌子面上的钻孔进行装药并连线，在装药完毕且检查无误时，装药台车退出工作位置，对掌子面进行爆破，爆破完毕后，通过距离装药台车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送清渣指令，由清渣运输车附近的无线mesh节点反馈到清渣运输车。 [0036] 3)清渣运输车接收到清渣指令后，到达工作位置，配合挖掘机清理掌子面爆破后区域内的渣土，渣土清理完毕后，退出工作位置，并在退出时通过距离清渣运输车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送初次支护指令，由湿喷机械手台车附近的无线mesh节点反馈到湿喷机械手台车。 [0037] 4)湿喷机械手台车接收到初次支护指令后，对掌子面和隧道内壁进行喷浆支护，支护完毕后，通过距离湿喷机械手台车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送拱架安装指令，由拱架安装台车附近的无线mesh节点反馈到拱架安装台车。 [0038] 5)拱架安装台车接收到拱架安装指令后，在喷浆支护后的隧道区域内安装拱架，拱架安装完成后，通过距离拱架安装台车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送锚注指令，由锚注一体台车附近的无线mesh节点反馈给锚注一体台车。 [0039] 6)锚注一体台车接收到锚注指令后，在喷浆支护后的隧道内壁上铺设锚杆并注浆，注浆完成后，通过距离锚注一体台车最近的无线mesh节点向无线自组网内发送衬砌指令，由衬砌台车附近的无线mesh节点反馈给衬砌台车。 [0040] 7)衬砌台车接收到衬砌指令后，对隧道内壁进行二次衬砌。 [0041] 隧道掘进设备的一主多从通信方法实施例： [0042] 本实施例的隧道掘进设备的一主多从通信方法，通过在隧道入口部署大功率AP，在隧道内部署无线mesh节点，实现隧道内无线自组网，并且接入云平台，实现多台施工设备间的信息共享和通信协作，便于施工设备的任务调度，提高施工效率。 [0043] 如图1所示，隧道掘进设备的一主多从通信方法采用的设备包括大功率AP(1)、无线mesh节点(3)、主设备(4)、施工设备(5)四部分。大功率AP(Access Point，无线接入点)设置于隧道口(2)处，其一端通过有线连接到互联网，另一端通过天线向隧道内发射无线射频信号。在隧道内，沿着隧道口(2)至掌子面间隔设置无线mesh节点(3)，与大功率AP(1)组合形成自组网，从而实现主设备(4)和施工设备(5)之间的无线通信，主设备(4)按照钻爆法的施工工序以无线通信的方式对施工设备(5)进行调度，完成隧道掘进施工。 [0044] 本实施例中，大功率AP(1)的发射功率不低于30dBm，最大传输带宽不低于300Mbps，传输距离不低于5km；基于无线通信协议802.11与无线mesh节点(3)进行通信，采用多跳方式进行数据传输。 [0045] 本实施例中，在隧道口(2)的顶部设置第一个无线mesh节点(3)，然后在隧道的顶部沿隧道轴线每间隔10m‑50m设置一个无线mesh节点(3)。大功率AP(1)向隧道内发射无线射频信号，由无线mesh节点(3)接收，使隧道内形成无线自组网。 [0046] 本实施例中，主设备(4)为隧道内指挥中心，可安装在隧道内固定位置处，也可以设置在隧道内移动设备上，通过通信协议802.11接入隧道内的无线自组网。为保证通信的稳定性和可靠性，隧道内指挥中心设置在距离掌子面3km内的区域内。施工设备(5)指隧道内需要进行调度施工的工作设备，包括三臂凿岩台车、装药台车、清渣运输车和支护设备、支护设备包括湿喷机械手台车、拱架安装台车、锚注一体台车、衬砌台车。各施工设备上均设置有无线通信模块，通过无线通信协议802.11接入隧道内无线自组网，由隧道内指挥中心进行调度。 [0047] 如图2所示，本实施例的隧道掘进设备的一主多从通信方法，采用一主多从的工作模式，由隧道内指挥中心调度各施工设备，按照钻爆法施工工序，完成施工作业，包括如下步骤： [0048] 1)隧道内指挥中心发送钻孔指令给三臂凿岩台车，三臂凿岩台车收到钻孔指令后到达掌子面附近，按照布孔图进行钻孔，在钻孔结束时，三臂凿岩台车向隧道内指挥中心发送钻孔结束指令，隧道内指挥中心发送退出指令给三臂钻孔台车，令其退出工作的掌子面。 [0049] 2)钻孔结束后，隧道内指挥中心发送装药指令给装药台车，装药台车收到装药指令后，到达工作的掌子面，在钻孔内装填炸药并连线，在装药完毕且检查无误时，装药台车发送装药结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给装药台车，当装药台车退出到合适位置，对掌子面进行爆破。 [0050] 3)爆破完毕后，隧道内指挥中心发送清渣指令给清渣运输车和挖掘机，挖掘机到达工作位置，配合清渣运输车进行清渣，渣土清理完毕后，挖掘机发送清渣结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给挖掘机，令其退出工作区域。 [0051] 4)清渣完毕后，隧道内指挥中心发送初次支护指令给湿喷机械手台车，由湿喷机械手台车对掌子面和隧道壁进行混喷初期支护，防止土石、岩体掉落引发安全事故，喷浆结束时，湿喷机械手台车发送支护结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给湿喷机械手台车，令其退出工作区域。 [0052] 5)喷浆完毕后，隧道内指挥中心发送拱架安装指令给拱架安装台车，拱架安装台车接收到拱架安装指令后，进入初次支护过的隧道区域，按照拱架安装设计图拼装拱架，每次拼接环数根据现场情况设定，拱架拼装完毕时，拱架安装台车发送拱架安装结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给拱架安装台车，令其退出工作区域。 [0053] 6)在隧道内安装好拱架后，隧道内指挥中心发送锚注指令给锚注一体台车，锚注一体台车接收到锚注指令后进入工作位置，在隧道内壁上打锚杆并进行注浆加固，注浆加固完毕后，锚注一体台车发送锚注结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给锚注一体台车，令其退出工作区域。 [0054] 7)最后，隧道内指挥中心发送衬砌支护指令给衬砌台车，衬砌台车接收衬砌支护指令，对隧道内壁进行二次衬砌支护，支护完成后，衬砌台车发送支护结束指令给隧道内指挥中心，隧道内指挥中心发送退出指令给衬砌台车，令其退出工作区域。 [0055] 每次将隧道掘进一段距离后，在隧道顶部增设一个无线mesh节点(3)，使隧道内自组网不断扩大，保证一主多从的工作模式可以继续实现。 [0056] 通过操作人员在隧道内指挥中心，对各施工设备进行在线调度，施工设备在完成本次工序后，向隧道内指挥中心发送指令，表示本次工序已完成，隧道内指挥中心发送退出指令使施工设备退出到合适位置，并调度下一施工设备进场施工，直至隧道掘进完成。