管网管道在线监控系统的制作方法

本实用新型涉及物联网技术领域，尤其涉及一种管网管道在线监控系统。

背景技术：

城市中管网管道覆盖面广，管线错综复杂，管理难度大。目前热力管网运行中的管理一般采用人工巡检、井箱漏水是通过水汽化后经预留的烟囱冒汽来发现。人工巡查效率低，劳动强度大，且最主要的是无法实现全天候的实时监控，并及时发现问题。疏水问题也是定期对全网段排放来解决。近年来，有关从业者提出釆用无人机巡查、或安装大量的视频探头来替代人工巡查，但是这种方式同样不能实现对覆盖面积非常大的管网的有效监控管理、且无人机巡查也无法实现全天候的实时监控。而安装大量的视频探头等，不仅存在监测和运营成本过高等问题，对管网管道温度和管道位移情况也无法实时监测。此外，现有技术采用传感器或视频探头等多采用供电电缆供电，传输数据采用信号通讯电缆远程通讯，存在施工量大、维护费用高等问题。随着随着物联网技术的发展，实用新型人希望开发一种可靠、经济、实时、准确、可量化的管网管道监测系统。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种管网管道在线监控系统，用于实时在线监测管网管道温度和管道位移等情况，结合管网管道的电子地图，在采集节点参数出现异常时实时报警提示，消除管道远程输送热力的管理盲区，提高管理效率。同时，本实用新型采用可充电电池及太阳能补偿充电相结合的供电，采用中继信号传输方式实现可靠的远程无线通讯，避免供电电缆和通讯电缆带来的施工量大、维护成本高的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

第一方面，本实用新型提供一种管网管道在线监控系统，其包括：

采集节点模块，所述采集节点模块包括传感器、无线传输器及电池；所述电池给所述传感器和无线传输器提供电能；所述无线传输器将所述传感器采集的数据以无线方式向外发送；

在每个采集节点处设有无线数据采集器；所述无线数据采集器根据设定的时间间隔采集无线传输器发来的数据，并将采集到的数据发送给中继器；所述中继器的数量为多个，多个中继器将数据以分段接力方式传输，并最终发送至数据集中控制器，经数据集中控制器标准化数字化处理后，再以无线传输方式传输至物联网服务器；所述物联网服务器运行监控管理软件，对所述数据集中控制器发来的数据进行储存和运算，并将运算结果通过监控管理软件的界面展示在终端监控设备上。

其中，所述物联网服务器的监控管理软件中嵌入了管网分布的电子地图，物联网服务器运行该监控管理软件，根据预设的数据异常判断规则，将数据异常的采集节点在监控管理软件的界面上以特殊符号或颜色进行警示，提醒管理人员及时复核和处理异常问题。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述采集节点模块中的传感器包括温度传感器和位移传感器；所述温度传感器设在管网的采集节点处的管道表面保温层内，用于实时感应管道内水汽的温度，所述位移传感器设在管网的采集节点处的管道支座中，用于实时感测管道的位移量。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述终端监控设备为计算机、平板电脑、智能手机中的至少一种。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述采集节点模块还包括光伏发电装置，用于对采集节点模块的电池进行电量补给。其中，所述传感器均为低功耗传感器，所述无线传输器为低功耗无线传输器。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述位移传感器为电阻式位移传感器。外壳表面阳极处理，防腐蚀，内置导电塑料测量单元，无温漂，寿命长，具有自动电气接地功能。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，当所述采集节点模块设置在井箱漏水监测点时，所述传感器为探针式漏水传感器；所述探针式漏水传感器设在井箱最低部位，且其可根据需要对漏水水位高度进行调整，以达到最佳报警时机。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，在每个采集节点附近设置一组无线数据采集器和中继器，该组的线数据采集器和中继器封装在铝合金材质的箱体内，所述箱体外层具有防腐抗氧化层。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述箱体内还设有电池，为所述无线数据采集器和中继器提供电能。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述箱体顶部设有光伏发电装置，用于产生电能补给给所述箱体内的电池。优选地，所述电池为高容量可充电锂电池。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述采集节点模块的各无线传输器以lora扩频通讯方式将传感器采集的数据发送给对应采集节点附近的无线数据采集器。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述无线数据采集器以lora扩频通讯方式传输给中继器，各中继器之间以lora扩频通讯方式实现数据的接力传输，并以lora扩频通讯方式发送给数据集中控制器。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述箱体利用支架支撑固定在地面上方，使箱体距离地面一定距离，以抵抗人为、宠物、污秽、水涝等的破坏。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述数据集中控制器具有gprs或lora无线传输模块，且所述数据集中控制器还包含有液晶显示屏及控制键/触控屏。借助控制键/触控屏可以手动设置采集节点的数据上传的时间间隔，显示屏可以显示各采集节点的数据。

根据本实用新型的较佳实施例，其中，所述数据集中控制器通过gprs传输至物联网服务器。

(三)技术方案

本实用新型采用在管网管道的不同位置设置采集节点，在采集节点设置温度传感器、管道位置传感器等传感器和无线传输器，并在采集节点附近设置无线数据采集器，用于按照预设时间间隔采集传感器所检测的数据，并采用无线方式将数据发送给中继器；由于城市中热力管网管道的覆盖面非常广，无线远程传输难度大，成本高，故本实用新型采用了多个中继器将数据以分段接力方式传输，最终发送至数据集中控制器，经数据集中控制器标准化数字化处理后，再以无线传输方式传输至物联网服务器。物联网服务器平台运行监控管理软件，对数据集中控制器发来的数据进行储存和运算，并将运算结果通过监控管理软件的界面展示在终端监控设备上，其中该监控管理软件中嵌入了管网分布的电子地图(管线在城市中走向的电子地图，如百度地图、谷歌地图、搜狗地图等)，物联网服务器运行该监控管理软件，根据预设的数据异常判断规则，将数据异常的采集节点在监控管理软件的界面上以特殊符号或颜色进行警示，提醒管理人员及时复核和处理异常问题。

本实用新型在传输采集节点的传感器数据时，采用多个中继器进行分段接力无线传输的方式，可减少远程无线传输的难度，保证信息传输的效率和可靠度，同时也可省略掉铺设通讯电缆等成本和施工，节省施工成本和维护成本。此外，在本实用新型的优选实施例中，采集节点的传感器、无线传输器皆为低功耗元件，可借助光伏发电装置补充电能。在采集节点附近设置的无线数据采集器也可以采用光伏发电装置补充电能，因此无需接市电，可省略大量供电电缆和施工成本、降低维护成本和难度。

附图说明

图1为本实用新型的整体构架框图。

图2为在采集节点附近设置的无线数据采集器及中继器封装在防腐铝合金箱体中的示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。

如图1所示，为本实用新型的管网管道在线监控系统100的构架框图，其主要包括：采集节点模块10、无线数据采集器20、中继器30、数据集中控制器40、物联网服务器50和终端监控设备60。

采集节点模块10设在管网管道的采集节点处，采集节点可随机选取，也可以根据一定管线长度进行选取，或者在某些特殊的节点位置选取，如管道接头较多的部位或井箱附近。采集节点模块10包括传感器11、无线传输器12及电池13。电池13给传感器11和无线传输器12提供电能，无线传输器12将传感器11采集的数据以无线方式向外发送。传感器11包括但不限于温度传感器111、位移传感器112、探针式漏水传感器113等。其中，温度传感器111设在管网的采集节点处的管道表面保温层内，用于实时感应管道内水汽的温度，位移传感器112设在管网的采集节点处的管道支座中，用于实时感测管道的位移量(管道发生断裂时因水压作用会使管道产生位移量)。探针式漏水传感器113设在井箱最底部。所述探针式漏水传感器113设在井箱最低部位，其探针可根据需要对漏水水位高度进行调整，以达到最佳报警时机。优选地，上述各传感器11均为低功耗传感器，无线传输器12为低功耗无线传输器。

位移传感器112为电阻式位移传感器，有效行程75mm-1250mm，两端均有4mm缓冲行程，精度0.05％～0.04％fs，其外壳表面阳极处理，防腐蚀，内置导电塑料测量单元，无温漂，寿命长，具有自动电气接地功能。位移传感器112的密封等级为ip67，din430650标准插头插座，拉杆球头具有0.5mm自动对中功能，允许极限运动速度为10m/s。位移传感器主要通过采集压力弹簧位移改变值来获得管道的位移量，并将感测数据传送给无线数据采集器20。

无线数据采集器20设在每个采集节点附近，根据预设的间隔时间采集采集节点模块10中由无线传输器12发送的数据。

中继器30设在每个采集节点附近，或者每几个采集节点之间设置一个中继器30。中继器30的数量可设为多个，可根据管网覆盖的区域面积大小和管道总长度来确定，其负责将数据以分段接力方式进行远程无线传输。具体地，无线数据采集器20将采集的数据发送给较近的一个中继器30，该中继器30将数据发送给相邻的下一个中继器30、下一个中继器30再发送给与其邻近的下一个中继器30……如此类推，最终发送至数据集中控制器40。

数据集中控制器40将收集的数据信号进行标准化数字化处理后，再以无线传输方式传输至物联网服务器50，物联网服务器50运行监控管理软件，对数据进行储存和运算，并将运算结果通过监控管理软件的界面展示在终端监控设备60上，终端监控设备60包括计算机以及智能手机、平板电脑等移动终端设备等。

在本实用新型的较佳实施例中，每个采集节点附近都设有一个无线数据采集器20和一个中继器30，也就说每个采集节点的采集节点模块所采集的数据都对应发送给无线数据采集器20，而无线数据采集器20又对应发送一个中继器30。如此，中继器30的数量与采集节点模块10的数量相等，多个中继器30将数据进行接力无线传输，最终传送给数据集中控制器40。使用中继器30分段接力式无线传输，不仅保证了数据信号的可靠性，还避免使用通讯电缆带来的施工成本和维护成本过高等问题。

如图2所示，在本实用新型的较佳实施例中，在每个采集节点附近设置一组无线数据采集器20和中继器30封装在铝合金材质的箱体90中，箱体90外层具有防腐抗氧化层。该防腐抗氧化层可以防雨防潮、抗氧化防腐蚀。防腐抗氧化层为防腐涂料，或者是铝合金箱体表面经高温氧化形成钝化膜，具有抗腐蚀、抗氧化、防雨的特点。如图2所示，箱体90通过一定高度的支架支撑固定在地面上方，使箱体距离地面一定距离，以抵抗人为、宠物、污秽、水涝等的破坏。箱体90外侧顶部还设有光伏发电装置80，该光伏发电装置80可为箱体90内的可充电电池补充电能，该可充电电池为无线数据采集器20和中继器30提供电能。优选地，可充电电池为高容量可充电锂电池。

优选地，各采集节点模块10的电池13页也为可充电电池，在管道外部也可设置光伏发电装置，从而可对电池13进行电量补给，避免传感器11、无线传输器12因电力不足而出现故障，无法连续监控。

优选地，采集节点模块10的各无线传输器12以lora扩频通讯方式将各个传感器11采集的数据发送给对应采集节点附近的无线数据采集器20。

优选地，无线数据采集器20以lora扩频通讯方式传输给中继器30，各中继器30之间以lora扩频通讯方式实现数据的远程无线接力传输，最终以lora扩频通讯方式发送给数据集中控制器40。lora扩频通讯技术，具有传输距离远、功耗低，穿透、绕射、抗干扰能力强，传输过程衰减较小等特点。

优选地，数据集中控制器40具有gprs或lora无线传输模块，数据集中控制器40优选是通过gprs传输至物联网服务器50。数据集中控制器40还包含有液晶显示屏及控制键/触控屏。借助控制键/触控屏可以手动设置采集节点模块10的数据上传的时间间隔，显示屏可以显示各采集节点的数据。

物联网服务器50所运行的监控管理软件中嵌入了管网分布的电子地图，通过终端监控设备60可以输入预设的数据异常判断规则，物联网服务器50运行监控管理软件时，根据预设的数据异常判断规则，将数据异常的采集节点在监控管理软件的界面上以特殊符号或颜色进行警示，并通过监控终端设备60展示给管理人员，以提醒管理人员及时复核和处理异常问题。

本实用新型的管网管道在线监控系统100的特点是:数据采集采用超低功耗传感器，信号传输采用无线传输中继接力技术，有效解决了超长距离实时信号传输问题，同时结合运用了可充电电池和光伏发电的电量补充方案，解决了传感器及仪表的供电问题，节省了大量的供电电缆和通讯电缆，减少安装施工费用和维护费用。

本实用新型的管网管道在线监控系统100实现了实时在线监测，并某采集节点的数据出现异常时实时报警，消除了管道远程输送热力的管理盲区。当管网管道发生特殊情况(如管道意外被撞击、管线途中有严重疏水现象、造成管网运行效率降底、在埋在地下的井箱发生漏水造成大量能源损失等)时，能及时发现而不是造成安全后果后才发现，为热力管网管道的安全运行提供了保障。本实用新型的在线监控系统100运行结合了管网管道分布/走线的电子地图，又采集了大量的热力管道热态运行历史数据，为对管道进行热态运行分折提供了大数据，对管网运行的安全性评估和优化提供了客观依据，这对企业的安全生产运行，对热力管网的智能化管理有重要意义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。