一种用于管路漏水检测的自供电无线监测系统及方法与流程

本申请涉及管网状态监测，具体涉及一种用于管路漏水检测的自供电无线监测系统及方法。

背景技术：

1、当前管网流量监测与漏水排查的常用技术主要包含人工巡检、固定式传感器监测、声波检漏、光纤传感监测四类。其中，应用最为广泛的为固定式传感器监测技术，通过在管网布设传感设备，依托外接电源或电池供电采集管路压力、流量数据，配合常规无线通信方式实现数据上传，完成管路工况的自动化监测，替代传统人工巡检实现常态化在线监测。

2、现有常规管网无线监测技术核心缺陷集中在供电方式受限、无线传输稳定性差，具体问题及成因如下：（1）供电依赖性强、运维压力大。现有无线监测节点均依赖电池或外接市电供电，管网布设场景分散、隐蔽，外接布线施工难度高；电池续航有限，需频繁人工更换维护，易因断电导致监测中断，根本原因是设备无管路能量自主采集结构，无法实现无源自供电运行。（2）无线传输可靠性弱、覆盖性差。传统管网无线监测多采用单一通信协议，管网管道遮挡、环境干扰易造成信号衰减、传输丢包，存在监测盲区；且设备无自适应低功耗传输机制，难以兼顾传输稳定性与设备续航，无法适配复杂管网的分布式组网监测需求。（3）辅助层面存在适配性不足问题。传统设备环境抗干扰能力有限，常规数据处理与汇总模式较为简单，难以适配全域分布式节点的基础监测需求。

技术实现思路

1、本申请提供一种用于管路漏水检测的自供电无线监测系统及方法，可以解决现有技术中存在的现有管网监测设备因依赖外部电源导致维护频繁，以及单一通信方式在复杂管道环境下存在信号盲区的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，所述用于管路漏水检测的自供电无线监测系统包括：

3、多个监测节点和至少一个区域汇聚网关，所述监测节点均布置于待监测管路上，所述区域汇聚网关分别与每一监测节点通信连接，以接收监测节点上传的数据并将处理后的数据上传至监控中心；

4、通信单元，每一监测节点内均配置有所述通信单元，所述通信单元包括配置为通过近距离通信协议与其他监测节点通信的第一通信单元和配置为通过远距离通信协议与区域汇聚网关通信的第二通信单元；

5、复合取能供电单元，每一监测节点内均配置有复合取能供电单元，所述复合取能供电单元包括用于利用管路内流体的流动产生电能的第一转换单元和用于利用管路壁面的振动产生电能的第二转换单元，所述第一转换单元和第二转换单元的输出端均连接至用于为监测节点供电的储能电路。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述第一转换单元包括发电机，所述发电机设置在待监测管路的管路内部或待监测管路的旁通管路上，以将管路内流体的动能转换为电能，所述发电机为微型涡轮发电机或电磁感应式水流发电机。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述第二转换单元贴设于待监测管路的外壁，以将管路的机械振动转换为电能，所述第二转换单元包括压电陶瓷片、磁致伸缩材料或摩擦纳米发电机。

8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述监测节点还包括用于监测所述储能电路电量状态的电源管理单元，所述电源管理单元配置为根据电量状态调整所述监测节点的工作模式，所述工作模式包括正常监测模式、低功耗休眠模式和异常唤醒模式。

9、结合第一方面，在一种实施方式中：

10、所述监测节点还包括密封外壳；

11、所述密封外壳内设有用于安置所述通信单元和所述复合取能供电单元的安置腔，所述密封外壳的外表面设有防腐涂层。

12、结合第一方面，在一种实施方式中：

13、所述第一通信单元支持的近距离通信协议为zigbee、bluetooth或thread协议；

14、所述第二通信单元支持的远距离通信协议为lorawan、nb-iot或4gcat.1协议。

15、结合第一方面，在一种实施方式中，所述区域汇聚网关包括用于接收来自所述第二通信单元的数据的数据接收单元、用于对接收到的数据进行完整性校验和打包的数据校验单元和用于将打包后的数据通过有线网络或无线网络发送至监控中心的路由转发单元。

16、结合第一方面，在一种实施方式中，所述监控中心配置有用于接收所述区域汇聚网关上传的数据云端分析平台，所述云端分析平台根据漏水分析算法对接收的数据进行分析，并根据分析结果生成报警信息。

17、第二方面，本申请实施例提供了一种用于管路漏水检测的自供电无线监测方法，用于基于如上述任一实施例所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统检测待监测管路，所述用于管路漏水检测的自供电无线监测方法包括：

18、采集待监测管路内流体的动能和振动能，通过复合取能供电单元将动能和振动能转换为电能为监测节点供电；

19、监测储能电路的实时电压，获取当前压力数据的数据紧急程度；

20、根据储能电路的实时电压和当前压力数据的数据紧急程度选择通信策略：当实时电压高于预设工作阈值且当前压力数据为常规监测数据时，选择直连策略；当实时电压低于预设工作阈值，或当前压力数据为异常报警数据时，选择多跳中继策略。

21、结合第二方面，在一种实施方式中：

22、若选择多跳中继策略，则通过第一通信单元将当前压力数据发送至邻近的监测节点，经由多个监测节点接力转发至区域汇聚网关；

23、若选择直连策略，则通过第二通信单元直接将数据发送至区域汇聚网关，区域汇聚网关对数据进行汇聚处理后上传至监控中心。

24、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果包括：

25、本申请实施例在每个监测节点内配置复合取能供电单元，复合取能供电单元包括用于利用管路内流体的流动产生电能的第一转换单元和用于利用管路壁面的振动产生电能的第二转换单元，第一转换单元和第二转换单元的输出端均连接至用于为监测节点供电的储能电路，由此，监测节点无需外接电源线缆，也无需内置或更换电池，依靠管路自身流体动能和管壁振动能自主供电，从根本上避免了外接布线施工难度高、电池频繁更换维护、断电导致监测中断的问题。本申请实施例在每个监测节点内配置包含第一通信单元和第二通信单元的通信单元，其中第一通信单元通过近距离通信协议与其他监测节点通信，第二通信单元通过远距离通信协议与区域汇聚网关通信，区域汇聚网关与每一监测节点通信连接，接收监测节点上传的数据，通过第一通信单元在邻近节点间进行数据转发，使监测数据经由多个节点接力传输至区域汇聚网关，绕过遮挡区域，避免信号盲区和丢包。本方案采用分布式监测节点协同组网架构，区域汇聚网关分别与每一监测节点通信连接，无需依赖复杂的数据处理算法或高算力云端平台即可完成全域节点的数据汇聚与上传，每一监测节点独立采集、独立供能、独立通信，单个节点的故障不影响其他节点的正常工作，适配复杂管网全域分布式部署的基础监测需求。

1.一种用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述用于管路漏水检测的自供电无线监测系统包括：

2.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述第一转换单元包括发电机，所述发电机设置在待监测管路的管路内部或待监测管路的旁通管路上，以将管路内流体的动能转换为电能，所述发电机为微型涡轮发电机或电磁感应式水流发电机。

3.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述第二转换单元贴设于待监测管路的外壁，以将管路的机械振动转换为电能，所述第二转换单元包括压电陶瓷片、磁致伸缩材料或摩擦纳米发电机。

4.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述监测节点还包括用于监测所述储能电路电量状态的电源管理单元，所述电源管理单元配置为根据电量状态调整所述监测节点的工作模式，所述工作模式包括正常监测模式、低功耗休眠模式和异常唤醒模式。

5.根据权利要求4所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述区域汇聚网关包括用于接收来自所述第二通信单元的数据的数据接收单元、用于对接收到的数据进行完整性校验和打包的数据校验单元和用于将打包后的数据通过有线网络或无线网络发送至监控中心的路由转发单元。

8.根据权利要求1所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统，其特征在于，所述监控中心配置有用于接收所述区域汇聚网关上传的数据云端分析平台，所述云端分析平台根据漏水分析算法对接收的数据进行分析，并根据分析结果生成报警信息。

9.一种用于管路漏水检测的自供电无线监测方法，其特征在于，用于基于权利要求1至8中任一项所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测系统检测待监测管路，所述用于管路漏水检测的自供电无线监测方法包括：

10.根据权利要求9所述的用于管路漏水检测的自供电无线监测方法，其特征在于：