CN108468948A - 一种基于uwb的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置 - Google Patents

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朱颖
魏贺宇
刘映
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Abstract

本发明公开一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，包括气敏传感器、UWB定位标签、UWB定位基站和定位服务引擎；所述的气敏传感器用于检测气体的，其信号输出端与所述的UWB定位标签的输入端相连，所述的UWB定位标签与所述的UWB定位基站通过UWB信号通信，所述的UWB定位基站将所接收到的数据通过无线传输至所述的定位服务引擎中进行分析确认发生气体泄漏的管道所处的位置。本发明能实现地下管道可燃气体泄漏的定点检测，设备简单，降低组网难度，便于移动，抗干扰能力强，提高了在受限空间下的定位精度，在地下可燃气体管道检测中具有应用价值。

Description

一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置
技术领域
本发明属于可燃气体泄漏检测定位领域，具体涉及一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置。
背景技术
目前，定位技术已经广泛应用到国民经济和社会发展的各个领域，GPS和北斗技术的应用使得室外定位技术日趋成熟。但卫星信号无法穿透建筑物且室内环境复杂，存在严重的多径和非视距干扰，在室内难以实现定位，而室内又是与人生活生产关系最密切的场合。随着位置服务行业的迅猛发展与大型建筑物的日益增多，人们对室内位置服务的需求也不断增加。医院、写字楼、地下可燃气体管道、仓库等都需要准确的室内定位信息，特别是在应对紧急情况时，室内定位信息显得尤为重要。
地下管道是复杂、非透明的***，该***又与人们的日常生活息息相关。比如日常生活中所需要的天然气以及生产生活中产生的废水等，都要用到地下管道。由于地下管道是非透明的，这使得人们对它的管理有一定的难度，比如当地下管道中的可燃气体发生泄漏时，如何准确及时地掌握泄漏点，防止事故的发生。因此设计了一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置。
实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，包括气敏传感器、UWB定位标签、UWB定位基站和定位服务引擎；
所述的气敏传感器用于检测气体的泄漏，其信号输出端与所述的UWB定位标签的输入端相连，所述的UWB定位标签通过UWB信号通信与所述的UWB定位基站相连，所述的UWB定位基站将所接收到的数据通过无线传输至所述的定位服务引擎中进行分析确认发生气体泄漏的管道所处的位置。
作为本发明的进一步改进，所述的UWB定位基站的信号覆盖范围内的燃气管道上间隔的设置了若干个所述的气敏传感器以及与其相连的UWB定位标签。
作为本发明的进一步改进，同一服务区域内包括至少两个所述的UWB定位基站。
作为本发明的进一步改进，其特征在于：所述的UWB定位标签与所有的UWB定位基站通过UWB信号通信。
作为本发明的进一步改进，任意两个所述的UWB定位基站之间的间距为8-20m，优选为10m。
作为本发明的进一步改进，还包括无线同步控制器，所述的无线同步控制器与所述的UWB定位基站相连，用于同一区域内的所有的UWB定位基站进行时间同步。
作为本发明的进一步改进，还包括中心控制器，所述的中心控制器的信号输出端分别与所述的UWB定位标签和UWB定位基站相连，用于控制所述的UWB定位标签和UWB定位基站运行状态的开启。
作为本发明的进一步改进，还包括与定位服务引擎相连的用户API接口，所述的用户API接口用于显示发生泄漏的管道处的定位结果。
本发明的有益效果：本发明能实现地下管道可燃气体泄漏的定点检测，设备简单，降低组网难度，便于移动，抗干扰能力强，提高了在受限空间下的定位精度，在地下可燃气体管道检测中具有应用价值。
附图说明
图1为本发明的定位装置的结构示意图；
图2为本发明的定位装置一种实施例的安装示意图；
其中：1-UWB定位标签，2-UWB定位基站，3-定位服务引擎，4-气敏传感器，5-无线同步控制器，6-中心控制器，7-API接口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示的本发明用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置的结构图，主要包括气敏传感器4、UWB定位标签1、UWB定位基站2和定位服务引擎3；所述的气敏传感器4用于检测气体的泄漏，其信号输出端与所述的UWB定位标签1的输入端相连，所述的UWB定位标签1通过UWB信号通信与所述的UWB定位基站2相连，所述的UWB定位基站2将所接收到的数据通过无线传输至所述的定位服务引擎3中进行分析确认发生气体泄漏的管道所处的位置。
其中，所述的UWB定位基站2的信号覆盖范围内的燃气管道的表面间隔的附着了若干个所述的气敏传感器4以及与其相连的UWB定位标签1。当UWB定位标签1进入到UWB定位基站2的信号覆盖范围内，通过定位匹配阶段“Blink-Response”消息的发送与应答，即可自动与定位基站建立通信，随后便可进行定位。同时由于燃气管道上的每一个所述的UWB定位标签1的ID号都是唯一的，用于标记燃气管道的准确位置，所以整个地下燃气管道都是可视的。
本发明是通过检测UWB定位标签1距离所述的UWB定位基站2的距离进行定位，对于同一服务区域内可能会存在两个UWB定位标签1与同一个UWB定位基站2之间的距离相同，因此在同一服务区内设置了至少两个所述的UWB定位基站2。所述的UWB定位基站2包括悬挂式和粘贴式两种形式，本发明采用的是悬挂式，所述的UWB定位基站2设置在距离地表面2-2.5m的地底下，分布于地下管道一侧的边缘，按矩形、直线型、三角形、或者零散型中的任意一种进行布置安装，以确保任意一个UWB定位标签1和所有的UWB定位基站2的距离数值的唯一性。两个所述的UWB定位基站2之间的间距为8-20m，优选为10m。
所述的UWB定位基站2接收的信息包括UWB定位标签1数据的发送时间和UWB定位基站2接收数据的时间，所述的UWB定位基站2将该时间信息数据包发送至定位服务引擎3进行分析。所述的定位服务引擎3根据数据的发送时间和接收时间的时间差计算出UWB定位标签1与每个UWB定位基站2之间的距离，从而判断出UWB定位标签1的ID号完成定位。
还包括无线同步控制器5，所述的无线同步控制器5与所述的UWB定位基站2相连，用于同一区域内的所有的UWB定位基站2进行时间同步，防止由于***设备的时间差异所导致的结果误差以致不能准确的进行定位。
所述的定位服务引擎3根据所接收到的信息能够准确的判断出定位结构，在装置的安装调试阶段，需要将服务区域内各个UWB定位基站2的所有UWB定位标签1之间的距离信息输入到定位服务引擎3，检测过程中，所述的定位服务引擎3根据接收到的信号进行结果匹配即迅速获得UWB定位标签1的ID号，从而获得发生燃气泄漏的管道的位置。
所述的调试过程，包括以下步骤：
1)将装置中的各个部件固定安装好，在保证各个部件信号连接正常的情况下，使用无线同步控制器5对UWB定位基站2进行时间同步；
2)各个UWB定位标签1与所有的UWB定位基站2通过UWB信号进行通信，这期间会产生定位需要的有效时间戳；
3)所述的定位服务引擎3根据所接收到的时间数据信息通过定位算法进行计算，并将所获得的UWB定位标签1对应于所有的UWB定位基站2的时间数据组保存为定位信息。
步骤2中所述的UWB定位标签1和UWB定位基站2运行的开启是通过中心控制器6控制的，所述的中心控制器6的信号输出端分别与所述的UWB定位标签1和UWB定位基站2相连。调试完毕后，所述的UWB定位标签1和UWB定位基站2进入休眠状态，等待着气敏传感器4将所述的UWB定位标签1装置激活。
所述的步骤3中的定位算法是通过根据步骤2中的有效时间戳获得了同时满足到达不同的UWB定位基站2的位置的交点。通常会出现一个交集的圆面，结合管道的分布的管路图，将标记出UWB定位标签1的定位信息以时间数据保存，并用于后面检测过程中的比较和管道泄漏位置的定位分析。
还包括与定位服务引擎3相连的用户API接口7，所述的用户API接口7用于显示发生泄漏的管道处的定位结果。用户端通过API接口7获取UWB定位标签1的坐标，并在PC端显示出来，以便用户查看，对地下天然气管道进行实时检测。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：包括气敏传感器(4)、UWB定位标签(1)、UWB定位基站(2)和定位服务引擎(3)；
所述的气敏传感器(4)用于检测气体的泄漏，其信号输出端与所述的UWB定位标签(1)的输入端相连，所述的UWB定位标签(1)通过UWB信号通信与所述的UWB定位基站(2)相连，所述的UWB定位基站(2)将所接收到的数据通过无线传输至所述的定位服务引擎(3)中进行分析确认发生气体泄漏的管道所处的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：所述的UWB定位基站(2)的信号覆盖范围内的燃气管道上间隔的设置了若干个所述的气敏传感器(4)以及与其相连的UWB定位标签(1)。
3.根据权利要求1所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：同一服务区域内包括至少两个所述的UWB定位基站(2)。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：所述的UWB定位标签(1)与所有的UWB定位基站(2)通过UWB信号通信。
5.根据权利要求3所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：任意两个所述的UWB定位基站(2)之间的间距为8-20m，优选为10m。
6.根据权利要求3所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：还包括无线同步控制器(5)，所述的无线同步控制器(5)与所述的UWB定位基站(2)相连，用于同一区域内的所有的UWB定位基站(2)进行时间同步。
7.根据权利要求1所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：还包括中心控制器(6)，所述的中心控制器(6)的信号输出端分别与所述的UWB定位标签(1)和UWB定位基站(2)相连，用于控制所述的UWB定位标签(1)和UWB定位基站(2)运行状态的开启。
8.根据权利要求1所述的一种基于UWB的用于检测地下管道可燃气体泄漏的定位装置，其特征在于：还包括与定位服务引擎(3)相连的用户API接口(7)，所述的用户API接口(7)用于显示发生泄漏的管道处的定位结果。
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