管網振動預警裝置、系統及方法與流程
2023-07-23 03:05:51
本發明涉及市政工程領域，具體而言，涉及一種管網振動預警裝置、系統及方法。
背景技術：
隨著城鎮化程度的不斷加快，建設項目也越來越多，大多的工程建設都需要深挖地下，這對於城市已有的地下管線如水、電、油、氣以及通信管道等構成了很大的威脅，水管破裂會導致城市常規生活秩序受到影響，給各用水企業造成損失；輸油、輸氣管道破裂會造成油、氣大面積洩露，汙染環境而且有可能會導致火災、爆炸等事故。
現如今地下管線洩漏、斷裂等事故的一個重要原因就是未經授權、缺乏監督的工程施工、盜竊、蓄意破壞，人民生命財產受到嚴重威脅，生態環境遭到巨大破壞，「管道安全問題」成為了全球矚目的話題。如何在地下管網管線設施遭受破壞之前就可預知到危險的到來，並能夠即使通知應急維護人員，給他們爭取時間，是國內外地下管線運營企業共同關注的話題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明實施例的目的在於提供一種管網振動監測裝置，以改善上述的問題。
本發明實施例的另一個目的在於提供一種管網振動監測系統，以改善上述問題。
本發明實施例的目的還在於提供一種管網振動監測方法，以改善上訴問題。
本發明實施例提供了一種管網振動監測裝置，應用於管網振動監測系統，所述系統包括伺服器，所述裝置包括：
至少一個振動光纜，用於採集地下管網管線的振動特徵信息；
處理器，與所述振動光纜連接，用於根據所述特徵信息生成分析結果；
定位模塊，與所述處理器電性連接，用於獲取所述裝置的位置信息並將所述位置信息傳輸至所述處理器；
通信模塊，與所述處理器和所述伺服器連接，用於發送所述處理器獲得的所述位置信息以及生成的所述分析結果至所述伺服器。
進一步地，所述處理器還用於當所述振動特徵信息為異常振動信息時，生成預警信息，並通過所述通信模塊將所述預警信息發送至所述伺服器。
進一步地，所述處理器還用於當所述振動特徵信息為常規振動信息時生成常規狀態信息，並通過所述通信模塊將所述常規狀態信息發送至所述伺服器。
進一步地，所述振動光纜埋設於地下，所述地下管網管線處於以所述振動光纜為中心，半徑2米的包絡線內。
一種管網振動監測系統，包括監控中心以及多個管網振動監測裝置，所述管網振動監測裝置包括：至少一個振動光纜，用於採集地下管網管線的振動特徵信息；處理器，與所述振動光纜連接，用於根據所述特徵信息生成分析結果；定位模塊，與所述處理器電性連接，用於獲取所述裝置的位置信息並將所述位置信息傳輸至所述處理器；通信模塊，與所述處理器和所述伺服器連接，用於發送所述處理器獲得的所述位置信息以及生成的所述分析結果至所述伺服器。，所述監控中心包括伺服器，所述伺服器用於接收並處理所述分析結果。
進一步地，所述監控中心還包括人機互動裝置，所述人機互動裝置與所述伺服器連接，用於顯示所述伺服器處理後的所述分析結果。
進一步地，所述監控中心還包括報警裝置，所述報警裝置與所述伺服器連接，用於在伺服器接收到預警信息時發出警告。
進一步地，所述監控中心還包括GPRS無線通信裝置，所述GPRS無線通信裝置與所述伺服器電性連接，用於向工作人員的手機發出警告信息，所述警告信息包括發出預警信息的所述管網振動預警監測裝置的所述位置信息。
一種管網振動監測方法，應用於管網振動監測系統，所述系統包括伺服器和多個管網振動監測裝置，所述方法包括：
所述處理器獲取每個所述振動光纜採集的振動特徵信息，根據所獲取的振動特徵信息生成分析結果；
所述處理器獲取所述定位模塊獲取的所述裝置的位置信息；
所述處理器通過所述通信模塊將所述位置信息以及生成的所述分析結果發送至所述伺服器。
進一步地，所述處理器根據所獲取的特徵信息生成分析結果的步驟包括：
所述處理器根據所獲取的特徵信息生成初步結果；
根據預先設定的振動信息將所述初步結果中與所述預先設定的振動信息匹配的數據刪除，以獲得濾除後的初步結果，將所述濾除後的初步結果作為分析結果。
相對現有技術，本發明具有以下有益效果：
本發明提供的一種管網振動監測裝置、系統及方法，可在地下管網管線遭到破壞之前通過管網震動監測預警裝置監測收集到地下管網管線的振動特徵信息，通過處理器分析所述信息並生成相應的分析結果，並通過通信模塊將所述分析結果以及通過定位模塊獲取的位置信息發送至伺服器，本發明實施例可在地下管網管線遭到破壞之前監測到有可能對地下管網管線造成破壞的活動，並將其位置發送至伺服器，可有效地防止地下管網管線遭到破壞，減少經濟損失，降低地下管網管線的運營成本。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附附圖，作詳細說明如下。
附圖說明
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
圖1示出了本發明所提供的一種管網振動監測裝置結構框圖。
圖2示出了振動光纜的示意圖。
圖3示出了光纖安裝示意圖。
圖4示出了管網振動監測系統框圖。
圖5示出了管網振動監測方法的流程圖。
圖6示出了處理器通過振動光纜獲取管網的振動特徵信息，並生成分析結果的子步驟圖。
圖標：100-監控中心；110-報警裝置；120-通信裝置；130-伺服器；140-人機互動裝置；200-管網振動監測裝置；210-處理器；220-振動光纜；221-光發射器；222-光纖；223-光接收器；225-地下管網管線；230-定位模塊；240-通信模塊；300-管網振動監測系統。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述並非旨在限制要求保護的本發明的範圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基於本發明的實施例，本領域技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
應注意到：相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「上」、「下」、「左」、「右」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
在本發明的描述中，還需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「設置」、「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。
在本發明的描述中，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。術語「水平」、「豎直」、「懸垂」等術語並不表示要求部件絕對水平或懸垂，而是可以稍微傾斜。如「水平」僅僅是指其方向相對「豎直」而言更加水平，並不是表示該結構一定要完全水平，而是可以稍微傾斜。術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
下面結合附圖，對本發明的一些實施方式作詳細說明。在不衝突的情況下，下述的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
第一實施例
請參閱圖1，本實施例提供了一種管網振動監測裝置200，應用於管網振動監測系統300，所述系統包括伺服器130，管網振動監測裝置200用於監測地下管網管線225的振動情況，並在監測到異常的振動情況時發出預警信息，管網振動監測裝置200包括處理器210、定位模塊230、通信模塊240以及至少一個振動光纜220，振動光纜220、定位模塊230以及通信模塊240均分別與處理器210連接。
請參閱圖2，振動光纜220用於採集地下管網管線225的振動特徵，包括光發射器221、光接收器223以及光纖222；光發射器221及光接收器223均與處理器210電性連接，光纖222埋設於地下，利用光纖222作為定位傳感器與微應變傳感器的兩種功能，光纖222在受到外界振動幹擾的情況下會產生微應變，微應變會使其內部傳送的光信號的頻率、相位、接收時延等發生細微變化，所述細微變化即可轉化為地下管網管線225的振動特徵信息，光接收器223採集到該振動特徵信息，並將其傳輸至處理器210。
請參閱圖3，振動光纜220受當前儀器精度所限，只能分析出光纖222為中心一定範圍內的振動信號，即是振動光纜220隻能檢測到有效監測半徑r內的振動信號，所以地下管網管線225須處於光纖222為中心半徑r的包絡線之內，否則將會有部分管體受不到有效保護。在本實施例中，半徑r優選的為2m。
處理器210具有數據處理和存儲的功能，接收到振動光纜220傳輸來的振動特徵信息後，將其與預先存儲的常規振動特徵信息進行比對，所述常規振動特徵信息是指火車或其他軌道交通工具通行、汽車通行等以及其他非破壞性振動事件所造成振動的振動特徵信息，處理器210比對接收到的振動特徵信息不屬於所述常規振動特徵信息，即是異常振動特徵信息時，生成預警信息，並通過通信模塊240將所述預警信息發送至所述伺服器130，所述預警信息包括管網振動監測裝置200的位置信息、造成振動的振動源位置信息以及所述異常振動特徵信息。造成振動的振動源的位置信息可通過以下公式判斷：
振動源位置計算：
式中，L為振動源到光發射器221的距離，t為接收時延，c為真空中光速，n為光纖222纖芯的折射率，v為光在光纖222中的傳播速度。
處理器210比對所接收到的振動特徵信息屬於常規振動特徵信息則生成常規狀態信息並通過通信模塊240將其發出，所述常規狀態信息包括管網振動監測裝置200的位置信息以及所述常規振動特徵信息。
定位模塊230與處理器210電性連接，定位模塊230用於向處理器210提供管網振動監測裝置200的定位信息，處理器210可將該定位信息發出以便於工作人員確定振動源所在位置，便於管理。定位模塊230可以採用各類定位晶片，如北鬥、GPS等。
通信模塊240與處理器210電性連接，用於發送處理器210生成的預警信息或常規狀態信息以及位置信息至伺服器130。在本實施例中，通信模塊240可以採用有線通信模塊，也可以採用無線通信模塊。
第二實施例
請參閱圖4，本實施例提供了一種管網振動監測系統300，管網振動監測系統300包括監控中心100以及多個管網振動監測裝置200，多個管網振動預警裝置0分別與監控中心100連接。
管網振動監測裝置200用於監測地下管網管線225的振動，採集振動特徵信息，生成分析結果並發送至監控中心100，管網振動監測裝置200在第一實施例中已經做了詳細說明，在此不再介紹。
監控中心100包括伺服器130、人機互動裝置140、通信裝置120以及報警裝置110，人機互動裝置140、通信裝置120以及報警裝置110均與伺服器130連接。
伺服器130用於接收多個管網振動監測裝置200發送的分析結果以及其他的信息如位置信息等，所述分析結果即是管網振動監測裝置200發出的預警信息或常規狀態信息，對各管網振動監測裝置200發送的數據進行存儲、處理等工作，並對數據進行可視化處理，通過人機互動裝置140顯示。在接收到預警信息時，控制報警裝置110發出警報，將發出預警信息的管網振動監測裝置200所在位置標示在地圖界面，並將其位置信息通過通信裝置120發送給工作人員。
人機互動裝置140包括顯示設備(圖未示)及輸入設備(圖未示)，在監控中心100與工作人員之間提供一個交互界面(例如用戶操作界面)或用於顯示數據給工作人員參考。在本實施例中，所述顯示設備可以是液晶顯示器或觸控顯示器。若為觸控顯示器，其可為支持單點和多點觸控操作的電容式觸控屏或電阻式觸控屏等。支持單點和多點觸控操作是指觸控顯示器能感應到來自該觸控顯示器上一個或多個位置處同時產生的觸控操作，並將該感應到的觸控操作傳遞給伺服器130。輸入設備用於提供給工作人員輸入數據實現工作人員與監控中心100的交互。輸入設備可以是但不限於滑鼠和鍵盤等，所述鍵盤可以是虛擬鍵盤。
報警裝置110與伺服器130電性連接，用於在伺服器130控制下發出聲光警報。
通信裝置120與伺服器130電性連接，用於向工作人員的手機發出警告信息，警告信息包括發出預警信息的管網振動監測裝置200的位置信息。在本實施例中，通信裝置120可以是GPRS無線通信裝置。
第三實施例
請參閱圖5，圖5示出了本實施例所提供的管網振動監測方法的流程圖，包括步驟S101-S103。
步驟S101：處理器210通過振動光纜220獲取地下管網管線225的振動特徵信息，並生成分析結果。
步驟S102：處理器210獲取定位模塊230獲取的管網振動監測裝置200的位置信息。
步驟S103：處理器210通過通信模塊240將分析結果發送至伺服器130。
請參閱圖6，步驟S101分為2個子步驟S1011-S1012。
步驟S1011：處理器根據獲取的振動特徵信息生成初步結果。
步驟S1012：根據預先存儲的振動特徵信息將與預先存儲的振動特徵信息匹配的數據刪除，以獲得濾除後的初步結果，將所述濾除後的初步結果作為分析結果。
在步驟S1012中，預先存儲的振動信息是指常規振動特徵信息，包括火車或其他軌道交通工具通行、汽車通行等非破壞振動事件所造成振動的振動特徵信息，所述分析結果包括預警信息及常規狀態信息。
綜上所述，本發明提供了一種管網振動監測裝置200，應用於管網振動監測系統300，所述系統包括伺服器130，所述裝置包括振動光纜220，處理器210、定位模塊230以及通信模塊240，振動光纜220採集地下管網管線225的振動特徵信息並將其傳送至處理器210，處理器210根據該振動特徵信息生成分析結果，並依據分析結果生成常規狀態信息或預警信息，通過通信模塊240將常規狀態信息或預警信息以及定位模塊230獲取的位置信息發送至伺服器130。管網振動監測裝置200可以準確的檢測到監測範圍內的常規振動及異常振動，並將其發送至伺服器130，做到防患於未然，避免地下管網管線225遭到破壞。
管網振動監測系統300包括監控中心100以及多個管網振動監測裝置200，監控中心100包括伺服器130、人機互動裝置140、報警裝置110以及GPRS無線通信裝置120，管網振動監測系統300可將發出預警信息的管網振動監測裝置200標識在人機互動裝置140，通過報警裝置110發出警報並通過GPRS無線通信裝置120像工作人員發出警告信息，能夠在地下管網管線225遭到破壞前通知工作人員趕往現場，防止地下管網管線225遭到破壞。
管網振動監測方法可根據預設的振動信息以及通過振動光纜220採集到的振動特徵信息判斷地下管網管線225是否有被破壞的威脅，並將相關信息發送至伺服器130，有助於預防地下管網管線225遭到破壞，避免造成經濟損失。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。