本实用新型涉及高速公路隧道监控领域，具体涉及一种基于tsn网络的智慧隧控装置及智慧隧控组网。
背景技术：
监测隧道运行情况并保障隧道安全畅通是高速公路隧道日常运管重点，隧道内部接入的设备种类繁多，主要包括：监控摄像机、机电控制设备、情报板、语音对讲和广播、火灾报警器等。隧道管理人员为了对这些设备进行监测和管控，传统的解决方案是针对不同种类的设备单独使用不同的传输网络，在监控中心使用不同厂家的软件平台进行管理。
使用不同的传输网络对隧道内设备进行监测和管控，导致存在以下问题：1、隧道内存在多样化的物理连接方式，导致隧道内机电系统网络割裂，建设维护成本高；2、隧道内的多网并存，导致不同网络连接中的设备不能较好的或者是很难做到相关的联动控制，智能化程度较低，特别是在处理隧道内的一些紧急程度较高的特殊事件时，用户需要通过多个管理端进行设备控制，降低了工作效率；3、隧道内基于传统以太网技术构建的控制网络在带宽较窄、接入设备过多的情况下，如果隧道有突发事件产生极易引起数据传输的拥塞，网络时效性和可靠性难以达到工业级控制要求；4、隧道中的视频监控业务以“看管存”为主，且全程需要工作人员参与，很多场景下只是紧急事件发生后的查询与调阅，业务数据在实现工作场景中价值过低。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种基于tsn网络的智慧隧控装置及智慧隧控组网，能够实现突发事件的及时通知，避免事件的持续恶化，提供事前预警方式，使得视频业务数据使用价值更高，隧道监控具备相关智能特性。
为达到以上目的，本实用新型提供的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，包括用于连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置并进行数据交互的tsn网络交换机、用于进行隧道内车辆通信情况计算的gpu以及用于连接隧道内非网络设备的设备接入单元，且所述gpu和设备接入单元均与tsn网络交换机相连，所述设备接入单元与gpu相连，所述设备接入单元上还连接有用于连接隧道内网络设备的网络适配器。
在上述技术方案的基础上，所述网络适配器上设有10/100/1000base-trj45接口，隧道内网络设备与网络适配器上的10/100/1000base-trj45接口相连。
在上述技术方案的基础上，所述设备接入单元上用于连接隧道内非网络设备的接口包括4通道ai模拟量输入/输出接口、16通道di数字量输入/输出接口、2个rs485接口和2个rs232接口。
在上述技术方案的基础上，所述tsn网络交换机上设有光口和电口。
在上述技术方案的基础上，所述tsn网络交换机上设有的光口包括2个100/1000base-xsfp接口，所述tsn网络交换机通过光口连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置。
在上述技术方案的基础上，所述tsn网络交换机上设有的电口包括8个10/100/1000base-trj45接口。
在上述技术方案的基础上，所述gpu和设备接入单元均通过总线连接至所述tsn网络交换机上的电口。
在上述技术方案的基础上，所述设备接入单元和网络适配器间通过pcie总线相连。
在上述技术方案的基础上，所述设备接入单元通过总线与gpu相连。
本实用新型提供的一种基于tsn网络的智慧隧控组网，包括多个上述所述智慧隧控装置，且多个智慧隧控装置的tsn网络交换机间通过光纤相互相连。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：通过设备接入单元和网络适配器接入隧道内设备，解决隧道内多网并存的局面，通过tsn网络交换机与其它交换设备进行互联，实现智能化的工业控制网络协议的加载，保障数据可靠性、及时性和稳定性，达到工业级网络标准，通过gpu处理设备接入单元所接入隧道设备产生的视频数据，实现突发事件的及时通知，避免事件的持续恶化，提供事前预警方式，使得视频业务数据使用价值更高，隧道监控具备相关智能特性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例中一种基于tsn网络的智慧隧控装置的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中实例的示意图。
具体实施方式
本发明实用新型实施例提供一种基于tsn网络的智慧隧控装置，通过设备接入单元和网络适配器接入隧道内设备，解决隧道内多网并存的局面，通过tsn网络交换机与其它交换设备进行互联，实现智能化的工业控制网络协议的加载，保障数据可靠性、及时性和稳定性，达到工业级网络标准，通过gpu处理设备接入单元所接入隧道设备产生的视频数据，实现突发事件的及时通知，避免事件的持续恶化，提供事前预警方式，使得视频业务数据使用价值更高，隧道监控具备相关智能特性。本实用新型实施例相应地还提供了一种基于tsn网络的智慧隧控组网。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1所示，本实用新型实施例提供一种基于tsn网络的智慧隧控装置，包括用于连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置并进行数据交互的tsn（timesensitivenetwork，时间敏感型网络）网络交换机、用于进行隧道内车辆通信情况计算的gpu（graphicsprocessingunit，图形处理器）以及用于连接隧道内非网络设备的设备接入单元，且gpu和设备接入单元均与tsn网络交换机相连，设备接入单元与gpu相连，设备接入单元上还连接有用于连接隧道内网络设备的网络适配器。图1中，与网络适配器连接的隧道设备具体指隧道内的网络设备，与设备接入单元连接的隧道设备具体指隧道内的非网络设备。
网络适配器上设有10/100/1000base-trj45接口，隧道内网络设备与网络适配器上的10/100/1000base-trj45接口相连。10/100/1000中的“10”、“100”和“1000”均表示速率，单位为m。base-t表示超五类双绞线的快速以太网端口。rj45是布线系统中连接器的一种。网络适配器用于将10/100/1000base-trj45接口上连接的网络转换为tsn网络，优化前端网络接入方式，保证数据在tsn网络中进行高效传输。
设备接入单元上用于连接隧道内非网络设备的接口包括4通道ai模拟量输入/输出接口、16通道di数字量输入/输出接口、2个rs485接口和2个rs232接口。rs232和rs485均属于串行通讯标准协议。设备接入单元用于完成前端非网络接入设备的直连，保证数据正常输入/输出。
tsn网络交换机作为智慧隧控装置的核心部件，tsn网络交换机上设有光口和电口。tsn网络交换机上设有的光口包括2个100/1000base-xsfp接口，tsn网络交换机通过光口连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置。base-x表示光口。sfp，即smallform-factorpluggable，是gbic的升级版本，gbic为将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。tsn网络交换机上设有的电口包括8个10/100/1000base-trj45接口。通过tsn网络交换机使得所有前端设备运行在统一网络下，同时通过光口级联隧道内的其它智慧隧控装置，完成智慧隧控装置与智慧隧控装置之间的数据交换与控制，达到在无人监控下的数据传递和设备智能控制。
gpu可以采用nvidiajetsonxaviernx模组，作为智慧隧控装置的控制中心，用于预判隧道内的车辆通行情况，针对异常事件提前告警，同时采用一些预置的事件处理逻辑单元完成前端设备的自动控制。
gpu和设备接入单元均通过总线连接至tsn网络交换机上的电口。设备接入单元和网络适配器间通过pcie（peripheralcomponentinterconnectexpress，高速串行计算机扩展总线标准）总线相连。设备接入单元通过总线与gpu相连。
本实用新型的智慧隧控装置，相较于传统隧道的设备接入和控制方式，具有如下优点：1、提供网络适配功能和设备接入功能，就近接入相关业务数据，解决隧道内多网并存的局面，将传统的多种网络上传输的数据以隧控单元作为统一输出端进行传输；2、提供tsn网络交换功能，加载智能化的工业控制网络协议，支持tsn网络数据传输的相关协议，同时支持sdn（software defined network，软件定义网络）网络控制的相关标准，引入强qos（qualityofservice，服务质量）保障的网络技术，保障数据可靠性、及时性和稳定性，达到工业级网络标准；3、搭载智能运算gpu，对隧道的通车情况进行研判，并提前预算隧道后期运行走势，按照预定义的规则对特定的事件，启动相关处理流程，达到智能处置，具备“感知、研判”的能力。
本实用新型实施例的智慧隧控装置，通过设备接入单元和网络适配器接入隧道内设备，解决隧道内多网并存的局面，通过tsn网络交换机与其它交换设备进行互联，实现智能化的工业控制网络协议的加载，保障数据可靠性、及时性和稳定性，达到工业级网络标准，通过gpu处理设备接入单元所接入隧道设备产生的视频数据，实现突发事件的及时通知，避免事件的持续恶化，提供事前预警方式，使得视频业务数据使用价值更高，隧道监控具备相关智能特性。
本实用新型实施例还提供一种基于tsn网络的智慧隧控组网，智慧隧控组网包括多个上述所述的智慧隧控装置，且多个智慧隧控装置的tsn网络交换机间通过光纤相互相连。
参见图2所示，以下结合一实例对本实用新型中的智慧隧控装置和智慧隧控组网的应用进行说明。
假设隧道内设备包括网络摄像机、车道信号灯和情报板，网络摄像机和情报板以网络方式接入网络适配器，车道信号灯以数字量方式接入设备接入单元。智慧隧控装置的工作流程为：
s1：前端设备与智慧隧控装置物理连接。具体包括：
1、隧道施工人员使用网线，将网络摄像机和情报板设备直接与智慧隧控装置的网络适配器的物理接口进行连接，将传统的以太网转换为tsn网络；
2、隧道施工人员使用电缆，将车道信号灯与智慧隧控装置物理接口进行连接，方便设备接入单元可以正常的与设备进行交互；
3、隧道施工人员使用光纤，采用环形线路接入的方式将智慧隧控装置间进行串连，保证智慧隧控装置之间相互可通信。
s2：前端设备接入。
通过步骤s1，保证前端设备与智慧隧控装置的连通性，在所有设备均正常运行的情况下，设备接入单元获取到网络摄像机推送的视频码流，获取情报板和车道信号灯的工作状态等。
s3：gpu处理。
gpu通过单元内部的物理连接总线，从设备接入单元获取到网络摄像机的码流（即视频数据），通过视频解码、目标检测、目标跟踪和综合的数据分析，判定当前交通运行是否异常，以及得到当前经过的实时车流量和车速。如当前发生交通拥堵的异常事件，则gpu会使用默认的设备控制策略，通过总线将控制信息（包括发布情报板和控制信号灯）发送到设备接入单元，设备接入单元发送情报板数据至网络适配器，以此控制情报板发布相关隧道拥挤的信息，提醒司乘人员注意行车安全；如果发生特大交通事故，则会以同样的数据传输方式，联动控制车道信号灯以避免车辆驶入隧道，尽量降低事故对隧道安全影响，使得事故影响等级降低。
s4：tsn网络交换与传输。
具体的隧道运营管理过程中，单个智慧隧控装置只能管理临近有限的前端设备，无法控制隧道全线的所有设备，所以针对步骤s3产生的异常交通事故，相邻的智慧隧控装置通过tsn网络交换器在光纤上进行业务数据的互相传递，进一步触发其它智慧隧控装置对前端设备发起控制，达到智能化处理目标，即gpu智能计算产生交通事件并通知tsn网络交换器，tsn网络交换器通过光纤通知其它智慧隧控装置，其它智慧隧控装置中的tsn网络交换器对设备接入单元进行设备联动控制，同时当前智慧隧控装置的tsn网络交换器也能接收其它智慧隧控装置的tsn网络交换器发送的数据，从而当前tsn网络交换器对设备接入单元进行设备控制。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
1.一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于，包括用于连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置并进行数据交互的tsn网络交换机、用于进行隧道内车辆通信情况计算的gpu以及用于连接隧道内非网络设备的设备接入单元，且所述gpu和设备接入单元均与tsn网络交换机相连，所述设备接入单元与gpu相连，所述设备接入单元上还连接有用于连接隧道内网络设备的网络适配器。
2.如权利要求1所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述网络适配器上设有10/100/1000base-trj45接口，隧道内网络设备与网络适配器上的10/100/1000base-trj45接口相连。
3.如权利要求1所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述设备接入单元上用于连接隧道内非网络设备的接口包括4通道ai模拟量输入/输出接口、16通道di数字量输入/输出接口、2个rs485接口和2个rs232接口。
4.如权利要求1所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述tsn网络交换机上设有光口和电口。
5.如权利要求4所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述tsn网络交换机上设有的光口包括2个100/1000base-xsfp接口，所述tsn网络交换机通过光口连接当前智慧隧控装置外的智慧隧控装置。
6.如权利要求4所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述tsn网络交换机上设有的电口包括8个10/100/1000base-trj45接口。
7.如权利要求6所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述gpu和设备接入单元均通过总线连接至所述tsn网络交换机上的电口。
8.如权利要求1所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述设备接入单元和网络适配器间通过pcie总线相连。
9.如权利要求1所述的一种基于tsn网络的智慧隧控装置，其特征在于：所述设备接入单元通过总线与gpu相连。
10.一种基于tsn网络的智慧隧控组网，其特征在于：包括多个如权利要求1所述智慧隧控装置，且多个智慧隧控装置的tsn网络交换机间通过光纤相互相连。
技术总结