CN112863141A - 一种防挖断智能管网及其控制方法 - Google Patents
一种防挖断智能管网及其控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种防挖断智能管网及其控制方法,在管网的每根管道上设置压力传感器和振动传感器,以实时检测压力和振动情况,智能芯片把检测数据发送至数据处理装置,由数据处理装置根据压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级,并根据风险等级向监控中心发送对应的告警信号;从而使监控中心能够及时发现地下管网的管道被挖破的风险情况,有利于监管人员及时采取应对措施,从而降低管道被挖破的风险。
Description
技术领域
本发明涉及管道技术领域,尤其涉及一种防挖断智能管网及其控制方法。
背景技术
地下管网(如污水管网、排水管网、自来水管网等)由于是埋在地下的,在市政施工时,施工人员常常会因为不知道施工区域地下有管网而导致挖破(甚至挖断)管道,导致管道中的液体泄漏进而引起环境污染、停水等问题。因此,需要寻求一种能够降低管道被挖破风险的智能管网。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处,本申请实施例的目的在于提供一种防挖断智能管网及其控制方法,能够降低管道被挖破风险。
第一方面,本申请实施例提供一种防挖断智能管网,包括:
监控中心;
多根管道,每根所述管道上设置有智能芯片、若干个压力传感器和若干个振动传感器,所述智能芯片用于通过所述压力传感器和振动传感器采集压力数据和振动数据,并把所述压力数据和振动数据发送出去;
多个数据处理装置,用于接收所述智能芯片发送的压力数据和振动数据,根据所述压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级,根据所述风险等级向所述监控中心发送对应的告警信号。
所述的防挖断智能管网中,所述管道外表面上沿轴向等间隔地设置有多组压力传感器和多组振动传感器,每组压力传感器包括多个沿所述管道周向均匀排布的压力传感器,每组振动传感器包括多个沿所述管道周向均匀排布的振动传感器。
所述的防挖断智能管网中,所述管道上还设置有一根通讯总线,所述压力传感器和振动传感器通过所述通讯总线与所述智能芯片连接。
一些实施方式中,每根所述管道由多段子管道连接而成,所述子管道上设置有通讯总线子段,相邻的两段子管道的两个对接端面上,设置有对插式的电连接器,所述电连接器用于连通相邻的两段子管道的通讯总线子段。
进一步的,相邻的两段子管道的两个对接端面中,一个对接端面上设置有定位插柱,另一个对接端面上设置有对应的定位插孔,所述定位插柱***对应的定位插孔中。
第二方面,本申请实施例提供一种防挖断智能管网控制方法,应用于所述的防挖断智能管网的数据处理装置,包括步骤:
A1.接收智能芯片定期发送的压力数据和振动数据;
A2.根据所述压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级;
A3.根据所述风险等级向监控中心发送对应的告警信号。
所述的防挖断智能管网控制方法中,步骤A2包括:
A201.获取当前时刻的时间信息,并根据所述时间信息判断当前时刻所处的时间区间信息;
A202.根据所述时间区间信息在查询表中查询得到对应的正常压力范围和正常振动范围;
A203.用所述压力数据与所述正常压力范围比较,并用所述振动数据与所述正常振动范围比较,以确定管道被挖破的风险等级。
进一步的,步骤A203包括:
若所述压力数据在所述正常压力范围内,且所述振动数据在所述正常振动范围内,则判定所述风险等级为低风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值不大于第一压差阈值,并且所述振动数据在所述正常振动范围内或者超出所述正常振动范围的超限值不大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值不大于第一振差阈值,并且所述压力数据在所述正常压力范围内或者超出所述正常压力范围的超限值不大于第一压差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值大于第一压差阈值,或者所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为高风险。
所述的防挖断智能管网控制方法中,步骤A3包括:
若所述风险等级为中风险,则以第一预设频率周期性地向监控中心发送第一告警信号;
若所述风险等级为高风险,则以第二预设频率周期性地向监控中心发送第二告警信号;所述第二预设频率比第一预设频率高。
所述的防挖断智能管网控制方法中,步骤A3之后,还包括:
A4.若从第一次向监控中心发送告警信号的时刻起,在预设时间内没有接收到监控中心发回的应答信号,则向其它数据处理装置发送转发指令并广播所述告警信号,使其它数据处理装置开启中转功能以接收并向监控中心转发所述告警信号。
有益效果:
本申请实施例提供的一种防挖断智能管网及其控制方法,在管网的每根管道上设置压力传感器和振动传感器,以实时检测压力和振动情况,智能芯片把检测数据发送至数据处理装置,由数据处理装置根据压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级,并根据风险等级向监控中心发送对应的告警信号;从而使监控中心能够及时发现地下管网的管道被挖破的风险情况,有利于监管人员及时采取应对措施,从而降低管道被挖破的风险。
附图说明
图1为本申请实施例提供的防挖断智能管网的示意图。
图2为本申请实施例提供的防挖断智能管网中,第一种管道的结构示意图。
图3为本申请实施例提供的防挖断智能管网中,第二种管道的结构示意图。
图4为本申请实施例提供的防挖断智能管网中,第二种管道的子管道的连接结构图。
图5为本申请实施例提供的防挖断智能管网控制方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此,以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围,而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例,本领域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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参阅图1,本申请实施例提供的一种防挖断智能管网,包括:
监控中心1;
多根管道2,每根管道2上设置有智能芯片3、若干个压力传感器4和若干个振动传感器5,智能芯片3用于通过压力传感器4和振动传感器5采集压力数据和振动数据,并把压力数据和振动数据发送出去;
多个数据处理装置6,用于接收智能芯片3发送的压力数据和振动数据,根据压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级,根据风险等级向监控中心发送对应的告警信号。
当监控中心1接收到告警信号后,可根据风险等级采取对应的措施,例如,若风险等级为中风险,可派监查人员到现场查看以确定否正在施工、施工现场是否符合规定,若风险等级为高风险,可派监测人员到现场监督开挖过程等,从而可降低管道被挖破的风险。
其中,智能芯片3中包括A/D转换模块和微处理器,A/D转换模块用于把压力传感器4和振动传感器5的模拟信号转换为数字信号,微处理器用于把数字信号封装发送。
在一些优选实施方式中,见图2、3,管道2外表面上沿轴向等间隔地设置有多组压力传感器4和多组振动传感器5,每组压力传感器包括多个沿管道周向均匀排布的压力传感器4,每组振动传感器包括多个沿管道周向均匀排布的振动传感器5。从而,无论施工现场的开挖地点在管道延伸范围的哪个位置和方位上,均能可靠地采集到相应的压力数据和振动数据,提高安全性;一般地,数据处理装置6在判断一根管道2的风险等级时,可以以该管道2上各压力传感器4和振动传感器5的测量值的最大值为准;但不限于此。其中,每组振动传感器中的振动传感器数量和每组压力传感器的压力传感器数量可根据管道2的实际尺寸设置,一般地,每组振动传感器和每组压力传感器包括3-8个传感器,但不限于此。
在一些实施方式中,同一根管道2上的各压力传感器和振动传感器分别通过引线与智能芯片3连接。
在本实施例中,如图2、3,管道2上还设置有一根通讯总线7,压力传感器4和振动传感器5通过该通讯总线7与智能芯片3连接。从而方便线路的铺设,其中,通讯总线7可埋设在管道2的管壁内,以避免通讯总线7外露而在施工过程被破坏或在使用过程中被腐蚀。
其中,每根管道2可以是一根整管(如图2),也可以是由多段子管道2.1连接而成(如图3)。当每根管道2由多段子管道2.1连接而成时,其中一个子管道2.1上设置有智能芯片3,且每个子管道2.1中设置有通讯总线子段。一般地,当每根管道2的长度较长时,可采用这种分段使结构,以降低生产和运输难度。
例如图3、4中,每根管道2由多段子管道2.1连接而成,每段子管道2.1上设置有通讯总线子段,相邻的两段子管道2.1的两个对接端面上,设置有对插式的电连接器2.3,该电连接器2.3用于连通相邻的两段子管道2.1的通讯总线子段,从而使各段子管道2.1上的通讯总线子段连通成一根通讯总线7。其中,相邻的两段子管道2.1之间可通过套环2.2连接固定,但不限于此。
进一步的,一些实施方式中,见图4,相邻的两段子管道2.1的两个对接端面中,一个对接端面上设置有定位插柱2.4,另一个对接端面上设置有对应的定位插孔(图中没画),定位插柱2.4***对应的定位插孔中。通过定位插柱2.5和定位插孔的定位作用,可保证对应的电连接器2.3可靠对准,从而方便段子管道2.1之间的连接,且由定位插柱2.4承担连接端面间的剪切力,避免电连接器2.3因为剪切力而受损。其中,定位插柱2.4的长度比电连接器2.3的高度大,从而定位插柱2.4先与定位插孔对接后,电连接器2.3之间再对插,保证了对应的电连接器2.3能够顺利对接。
其中,定位插柱2.5的数量和位置可根据需要进行设置,例如图4中,定位插柱2.4设置有四个,并沿对接端面的周向均匀排布。
其中,数据处理装置6与监控中心1之间可通过宽带网络连接(即数据处理装置6包括宽带通讯模块),但有时候,宽带网络连接可能存在异常而无法及时把告警信号发至监控中心1,为此,数据处理装置6可包括收发天线6.1,且数据处理装置6包括窄带通讯模块,并且数据处理装置6具有中转功能,当数据处理装置6开启中转功能后,可通过窄带网络接收其它数据处理装置6广播的信号,并把该信号通过宽带网络发送至监控中心1。由于需要进行窄带信号的广播,需要保证发射功率足够大,如果不设置数据处理装置6而直接由智能芯片3来实现该功能,不利于智能芯片3的小型化和简单化,若管道2受损需要更换时,所需成本较高。
在实际应用中,为了方便对管网进行维护,通常会沿管网延伸的方向每隔一段距离(通常为25m-50m)就设置一个沙井90;从而,在一些优选实施方式中,数据处理装置6设置在沙井90中(如图1所示),每个沙井90均设置有一个数据处理装置6,智能芯片3设置在管道2伸入沙井90的部分中。把数据处理装置6设置在沙井90中,无需另外设置井道来安装数据处理装置6及其收发天线6.1,且方便对数据处理装置6进行维护;把智能芯片3设置在管道2伸入沙井90的部分中,有利于智能芯片3与对应的数据处理装置6进行可靠通讯,尤其是当智能芯片3与数据处理装置6通过无线通讯方式进行通讯的时候。
其中,智能芯片3与对应的数据处理装置6之间通过有线方式或无线方式通讯连接。例如图1中,智能芯片3与对应的数据处理装置6之间通过无线方式通讯连接,从而智能芯片3和数据处理装置6均包括无线通讯模块(如WIFI通讯模块、ZIFBEE通讯模块或其它通讯模块)。
进一步的,在一些实施方式中,见图1,每根管道2的两端分别伸入相邻的两个沙井90中,智能芯片3设置在管道2的一端。从而每个沙井90中的数据处理装置6对应一根管道2,有利于实现对管道2的定位。
例如,在一些实施方式中,智能芯片3还用于向该数据处理装置6发送智能芯片3的定位信息(智能芯片3中包括定位模块,如GPS定位模块、北斗定位模块等),从而数据处理装置6把该定位信息加入到告警信号中;使监控中心1能够快速对管道进行定位。在另一些实施方式中,智能芯片3还用于向该数据处理装置6发送智能芯片3的编号信息,从而数据处理装置6把该编号信息加入到告警信号中;使监控中心1可用该编号信息在预存的位置查询表中进行查询,得到对应管道的位置信息,从而实现对管道的定位。在另一些实施方式中,告警信号中包含该数据处理装置6的定位信息(数据处理装置6中包括定位模块,如GPS定位模块、北斗定位模块等),由于数据处理装置6与管道2是一一对应的,监控中心1通过数据处理装置6的定位信息可快速对相应的管道2进行定位。在另一些实施方式中,告警信号中包含该数据处理装置6的编号信息,监控中心1可用该编号信息在预存的位置查询表中进行查询,得到对数据处理装置6的位置信息,由于数据处理装置6与管道2是一一对应的,监控中心1通过对数据处理装置6的定位信息可快速对相应的管道2进行定位。
基于上述的防挖断智能管网,见图5,本申请实施例还提供一种防挖断智能管网控制方法,应用于该防挖断智能管网的数据处理装置6,包括步骤:
A1.接收智能芯片定期发送的压力数据和振动数据;
A2.根据压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级;
A3.根据风险等级向监控中心发送对应的告警信号。
在实际应用中,有时候管道2上方的地面可能是公路、停车场等场所,在非施工的情况下,也会存在一定的振动和压力变化情况,而且在不同时间段内,振动和压力情况具有明显区别(例如公路在上下班高峰期的振动强度和压力会更高、在白天的其它时段振动强度和压力会更高较低,在夜间振动强度和压力最低),为此,可数据处理装置6可在平时采集对应管道2的振动数据和压力数据,并该根据振动数据和压力数据统计得到该管道2在不同时间区间的正常振动范围和正常压力范围,记录在查询表中以供查询。例如,在一些实施方式中,风险等级包括低风险、中风险和高风险三种等级,当管道被挖破的风险等级在一整天内均为低风险,则把当天采集到的所有振动数据和压力数据作为一个样本,从而数据处理装置6周期性地更新查询表,在更新时,以更新时刻前最近的预设数量的样本作为样本集,用该样本集进行各时间区间的正常振动范围和正常压力范围的统计。
从而,在一些优选实施方式中,步骤A2包括:
A201.获取当前时刻的时间信息,并根据时间信息判断当前时刻所处的时间区间信息;
A202.根据时间区间信息在查询表中查询得到对应的正常压力范围和正常振动范围;
A203.用压力数据与正常压力范围比较,并用振动数据与正常振动范围比较,以确定管道被挖破的风险等级。
其中,数据处理装置6中包括时钟模块,从而可通过该时钟模块获取当前时刻的时间信息,具体的时间区间数量和各时间区间对应的时间范围可根据实际情况进行设置。由于是根据不同时间区间的实时数据和对应的标准数据进行比较,与“用实时数据跟统一的阈值比较”的方式相比,判断结果的准确性更高。
在一些实施方式中,步骤A203包括:
若所述压力数据在所述正常压力范围内,且所述振动数据在所述正常振动范围内,则判定所述风险等级为低风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值不大于第一压差阈值,并且所述振动数据在所述正常振动范围内或者超出所述正常振动范围的超限值不大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值不大于第一振差阈值,并且所述压力数据在所述正常压力范围内或者超出所述正常压力范围的超限值不大于第一压差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值大于第一压差阈值,或者所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为高风险。
其中,超限值是压力数据与正常压力范围上限值之差,或者是振动数据与正常振动范围上限值之差;第一压差阈值和第一振差阈值可根据实际情况进行设置,可以根据正常压力范围上限值的预设比例来设置第一压差阈值,例如第一压差阈值为正常压力范围上限值的30%,可以根据正常振动范围上限值的预设比例来设置第一振差阈值,例如第一振差阈值为正常振动范围上限值的30%,但不限于此。
其中,智能芯片3定期发送的压力数据和振动数据,每次发送的压力数据和振动数据为该周期内采集到的压力数据和振动数据。从而在一些实施方式中,步骤A2包括:根据每个周期的压力数据和振动数据判断在对应周期内管道被挖破的风险等级,并根据当前时刻前最近N个周期中出现次数最多的风险等级作为最终的风险等级判定结果,其中N是预设的正整数值。有时候,会由于***扰动、地面上行驶过特殊车辆等情况而导致在某个周期内的压力数据和振动数据异常,若检测到一个周期内的风险等级较高就告警,容易导致误告警,采用前述的方式,可提高判断精度,降低误报警的几率。
其中,用压力数据与正常压力范围进行对比时,可根据所述压力数据计算平均压力值,再以该平均压力值与正常压力范围进行对比,也可用所述压力数据中前p%(p为预设比例值,如p=20)大的压力值的平均值与正常压力范围进行对比。
其中,正常振动范围可以是指振动幅值的范围,从而用振动数据与正常振动范围进行对比时,用振动数据的平均振动幅值与正常振动范围进行对比,也可以用所述振动数据中前q%(q为预设比例值,如p=15)大的幅度值的平均值与正常振动范围进行对比。
常振动范围也可以是指振动的功率谱密度值,从而用振动数据与正常振动范围进行对比时,根据振动数据计算出功率谱密度值(功率谱密度值的计算方法为现有技术),然后用功率谱密度值于正常振动范围进行对比。
进一步的,步骤A3包括:
若风险等级为中风险,则以第一预设频率周期性地向监控中心发送第一告警信号;
若风险等级为高风险,则以第二预设频率周期性地向监控中心发送第二告警信号;第二预设频率比第一预设频率高。
其中,周期性地发送告警信号,以防由于短时间内的信号干扰或其它原因导致监控中心无法及时接收到告警信号。当风险等级为低风险时,说明正在施工的概率较低,可以不向监控中心发送告警信号。当风险等级为中风险时,说明管道所在区域可能正在施工,而且施工深度离管道较远,此时发送第一告警信号可提醒监控人员进行查实,此时发送第一告警信号的频率可以较小。当风险等级为高风险时,说明管道所在区域很有可能正在施工,且施工深度离管道较近,此时发送第二告警信号以提醒监控人员需要立即采取应对措施(如派人到现场进行施工过程的监督,或者通知施工方停止施工),由于情况比较紧急,发送第二告警信号的频率应该较高,以提高监控中心能够及时收到告警信号的可靠性。
在实际应用中,数据处理装置6与监控中心是通过宽带网络通讯的,若监控中心接收到告警信号,应该返回一个应答信号以表明已经收到告警信号,若发送告警信号后没有接收到应答信号,有可能是因为该数据处理装置6与监控中心之间的宽带网络连接异常而引起的;为此,在一些优选实施方式中,步骤A3之后,还包括:
A4.若从第一次向监控中心发送告警信号的时刻起,在预设时间内没有接收到监控中心发回的应答信号,则向其它数据处理装置发送转发指令并广播告警信号,使其它数据处理装置开启中转功能以接收并向监控中心转发告警信号。
其中,通过广播的方式发出送转发指令,其它数据处理装置通过窄带网络接收到该转发指令后,会开启中转功能,从而通过窄带网络接收告警信号并通过宽带网络转发到监控中心,从而提高监控中心能够及时接收到该告警信号的可靠性。
为了降低能耗,若接收到监控中心发回的应答信号,可停止发送告警信号,从而步骤A3之后,还包括:
A5.若接收到监控中心发回的应答信号,则停止所述告警信号的发送。
综上所述,虽然本发明已以优选实施例揭露如上,但上述优选实施例并非用以限制本发明,本领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与润饰,其方案与本发明实质上相同。
Claims (10)
1.一种防挖断智能管网,其特征在于,包括:
监控中心;
多根管道,每根所述管道上设置有智能芯片、若干个压力传感器和若干个振动传感器,所述智能芯片用于通过所述压力传感器和振动传感器采集压力数据和振动数据,并把所述压力数据和振动数据发送出去;
多个数据处理装置,用于接收所述智能芯片发送的压力数据和振动数据,根据所述压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级,根据所述风险等级向所述监控中心发送对应的告警信号。
2.根据权利要求1所述的防挖断智能管网,其特征在于,所述管道外表面上沿轴向等间隔地设置有多组压力传感器和多组振动传感器,每组压力传感器包括多个沿所述管道周向均匀排布的压力传感器,每组振动传感器包括多个沿所述管道周向均匀排布的振动传感器。
3.根据权利要求2所述的防挖断智能管网,其特征在于,所述管道上还设置有一根通讯总线,所述压力传感器和振动传感器通过所述通讯总线与所述智能芯片连接。
4.根据权利要求3所述的防挖断智能管网,其特征在于,每根所述管道由多段子管道连接而成,所述子管道上设置有通讯总线子段,相邻的两段子管道的两个对接端面上,设置有对插式的电连接器,所述电连接器用于连通相邻的两段子管道的通讯总线子段。
5.根据权利要求4所述的防挖断智能管网,其特征在于,相邻的两段子管道的两个对接端面中,一个对接端面上设置有定位插柱,另一个对接端面上设置有对应的定位插孔,所述定位插柱***对应的定位插孔中。
6.一种防挖断智能管网控制方法,其特征在于,应用于权利要求1-5任一项所述的防挖断智能管网的数据处理装置,包括步骤:
A1.接收智能芯片定期发送的压力数据和振动数据;
A2.根据所述压力数据和振动数据判断管道被挖破的风险等级;
A3.根据所述风险等级向监控中心发送对应的告警信号。
7.根据权利要求6所述的防挖断智能管网控制方法,其特征在于,步骤A2包括:
A201.获取当前时刻的时间信息,并根据所述时间信息判断当前时刻所处的时间区间信息;
A202.根据所述时间区间信息在查询表中查询得到对应的正常压力范围和正常振动范围;
A203.用所述压力数据与所述正常压力范围比较,并用所述振动数据与所述正常振动范围比较,以确定管道被挖破的风险等级。
8.根据权利要求7所述的防挖断智能管网控制方法,其特征在于,步骤A203包括:
若所述压力数据在所述正常压力范围内,且所述振动数据在所述正常振动范围内,则判定所述风险等级为低风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值不大于第一压差阈值,并且所述振动数据在所述正常振动范围内或者超出所述正常振动范围的超限值不大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值不大于第一振差阈值,并且所述压力数据在所述正常压力范围内或者超出所述正常压力范围的超限值不大于第一压差阈值,则判定所述风险等级为中风险;
若所述压力数据超出所述正常压力范围且超限值大于第一压差阈值,或者所述振动数据超出所述正常振动范围且超限值大于第一振差阈值,则判定所述风险等级为高风险。
9.根据权利要求8所述的防挖断智能管网控制方法,其特征在于,步骤A3包括:
若所述风险等级为中风险,则以第一预设频率周期性地向监控中心发送第一告警信号;
若所述风险等级为高风险,则以第二预设频率周期性地向监控中心发送第二告警信号;所述第二预设频率比第一预设频率高。
10.根据权利要求8所述的防挖断智能管网控制方法,其特征在于,步骤A3之后,还包括:
A4.若从第一次向监控中心发送告警信号的时刻起,在预设时间内没有接收到监控中心发回的应答信号,则向其它数据处理装置发送转发指令并广播所述告警信号,使其它数据处理装置开启中转功能以接收并向监控中心转发所述告警信号。
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