带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统及方法

1.本发明涉及道路塌陷预警技术领域，尤其涉及一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统及方法。


背景技术：

2.道路塌陷在近几年来已经成为全国性问题，在很多城市都发生过大小规模不一的城市道路塌陷事故。道路塌陷事故的隐蔽性、突发性、群体性等特点导致其已经成为妨碍我国道路建设发展长期存在的根本性问题。所以，如何及时地定位城市道路中的塌陷预警监测显得尤为重要。
3.引发道路塌陷的原因有多种，其中包括岩溶塌陷、踩空塌陷、工程塌陷等。其中引发道路塌陷最主要的原因就是水的问题。地下渗透水包括地面降水和排水管道渗漏。地下排水管的破裂会导致水透过破裂处进入土体的孔隙，进一步降低土的强度，扰乱土本身的稳定结构，最终导致道路塌陷。
4.因此，有必要研究一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统及方法，能够定向解决由于地下排水管道破裂而导致的用水废水渗入土体扰乱土体原有的稳定结构进而导致的道路塌陷问题。
6.一方面，本发明提供一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统，所述系统包括水压测量装置和沿排水管道轴向设置的导轨；所述水压测量装置包括装置主体和设于所述装置主体底部的导轨安装凹槽；所述导轨的端部与所述导轨安装凹槽滑动连接；所述装置主体包括密封壳体、水压传感器、数据存储单元、定位单元、动力提供单元和速度测量单元；所述水压传感器设于所述密封壳体的外表面，用于实时测量所述排水管道内的水压值；所述定位单元设于所述密封壳体内部，用于对所述水压测量装置进行定位；所述数据存储单元设于所述密封壳体内部，用于存储所述水压传感器的水压数据和所述定位单元的定位数据；所述动力提供单元和所述速度测量单元均设于所述密封壳体内部，用于彼此配合使所述水压测量装置在所述排水管道内的速度处于合适范围。
7.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导轨以突起状设于所述排水管道内壁，所述导轨的顶部设有十字形连接轨，所述导轨安装凹槽与所述十字形连接轨匹配；
所述导轨的十字形连接轨插装在所述导轨安装凹槽内，并用弹性压片压装固定。
8.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述动力提供单元包括双向供力磁通结构、励磁电流提供模块和动力控制模块；所述双向供力磁通结构与所述励磁电流提供模块连接，由所述励磁电流提供模块提供励磁电流从而产生用于调节所述水压测量装置移动速度的作用力；所述动力控制模块同时与所述励磁电流提供模块连接以及所述速度测量单元连接，用于根据所述速度测量单元提供的速度数据对所述励磁电流提供模块的工作进行控制。
9.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述双向供力磁通结构包括动子和至少两个沿纵向依次设置的定子；所述动子包括u型磁臂和绕设在所述u型磁臂上的励磁线圈；所述励磁线圈与所述励磁电流提供模块连接；所述动子横向环设于所述定子外周，并能够沿纵向位移；所述动子和所述定子能够形成闭合的磁通环路。本发明中纵向指沿排水管道的长度方向，横向指垂直于纵向的方向。
10.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述动子通过丝杠电机与所述励磁电流提供模块或所述动力控制模块连接，实现动子沿纵向的位移。
11.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述双向供力磁通结构设于所述导轨安装凹槽的上方。
12.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述定位单元包括输入设备、读取设备和控制设备；所述输入设备用于接收标准路径数据；所述读取设备用于识别预先均匀设置在所述导轨上的识别点；所述控制设备用于根据所述输入设备中的标准路径数据和所述读取设备识别到的识别点数据判断所处的位置并记录。
13.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述速度测量单元采用速度传感器实时测速。
14.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，同一段所述排水管道内设置若干所述水压测量装置和若干所述导轨；所述水压测量装置和所述导轨一一对应设置。
15.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述密封壳体和所述导轨的材质为防腐防锈材料。
16.另一方面，本发明提供一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测预警方法，所述方法适用于如上任一所述的监测系统；所述方法的步骤包括：s1、将水压测量装置和沿排水管道轴向设置的导轨滑动连接；s2、控制水压测量装置以预设的速度从排水管道的始端滑动到末端，同时在滑动过程中实时测量水压并定位；s3、采集水压测量装置中的水压数据和定位数据，判断是否有异常水压以及异常水压所对应的位置；
s4、根据异常水压的存在情况以及位置进行预警和维护。
17.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s2具体包括：s21、速度测量单元实时采集水压测量装置在导轨上的滑动速度并传输给动力提供单元的动力控制模块；s22、所述动力控制模块根据接收到的滑动速度判断是否在预设的速度范围内；若是则不作处理，否则进入下一步；s23、动力控制模块根据当前速度计算出使水压测量装置回到预设速度范围内所需动力的大小以及方向；s24、动力控制模块根据计算出的所需动力的大小和方向，控制励磁电流提供模块输出的电流强度，同时控制双向供力磁通结构中的动子移动到与所需动力的方向匹配的位置，从而施加动力实现对水压测量装置滑动速度的调节。
18.如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤s4中根据异常水压和正常水压的差值以及变化速度和后续回调速度等信息判断渗水的程度，判断出是否存在塌陷的可能或水土流失至空的风险，对于严重的水土流失进行紧急抢救。
19.与现有技术相比，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明能满足测量排水管内多处水压值，对水压变化过大或不稳定处预测为水管破裂处并发出预警，及时对水管破裂处进行修复，及时阻止水继续向土层渗透，进一步阻止道路塌陷的发生，能在由于排水管道渗漏引发道路塌陷的方面提供一种预测道路塌陷的解决方案；上述技术方案中的另一个技术方案具有如下优点或有益效果：本发明的水压测量装置不采用卫星定位，而是通过对预先设置在管道内的识别点进行识别从而判断出所处位置，这种方式，一方面避免管道内环境以及管道外环境的特殊化造成的通信不良（很多管道都深埋地下，也常有荒野环境，通信不畅，管道内的杂质多样，容易存在无线信号的干扰情况），另一方面采用管道内部位置点识别的方式可靠性更高。
20.当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
22.图1是本发明一个实施例提供的带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统的原理框图；图2是本发明一个实施例提供的管道与水压测量装置组装在一起时的截面结构示意图；图3是本发明一个实施例提供的导轨设置示意图；图4是本发明一个实施例提供的水压测量装置内部结构框图；图5是本发明一个实施例提供的动力提供单元内部结构图；图6是本发明一个实施例提供的定位单元内部结构图。
23.其中，图中：
1、排水管道；2、导轨；3、水压传感器；4、动力提供单元；5、数据储存单元；6、定位单元；7、数据传输线；8、速度测量单元；9、水压测量装置；21、十字形连接轨；101、弹性压片；401、定子；402、动子；403、磁臂；404、励磁线圈；405、动力控制模块；406、励磁电流提供模块；601、输入设备；602、读取设备；603、控制单元。
具体实施方式
24.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
25.应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
26.针对现有技术的不足，本发明提供一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统，包括：排水管道1，导轨2，水压传感器3，动力提供单元4，数据储存单元5，定位单元6，数据传输线7，速度测量单元8，水压测量装置9，十字形连接轨21和弹性压片101。由此形成带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测预警装置系统：水压测量装置9可以测量多组数据，通过对内置的数据存储单元5中记录的数据进行计算与分析，再结合定位单元6中异常数据出现的位置能够识别管道破裂具体位置，发出预警，为道路安全提供可靠的保障。
27.本发明的带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测预警装置系统，结构简单，装置在沿管道延伸方向的导轨上以一定速度移动，装置下部的水压传感器测量每一处的水压值，当某一处排水管水压变化值大于设定的安全值时，装置进行记录水压异常位置，认定为此处有道路塌陷的风险，提醒监控人员和施工人员进行维护。此装置为城市管道安全运行提供依据，从而确保城市道路安全运行和使用，具有数据采集面广、准确度高、不间断检测等优点。
28.如图2、图3所示，导轨2设置在排水管道1的内壁上，且为突出状态，水压测量装置9下壁设有导轨安装凹槽，导轨2插装在安装凹槽内且滑动连接。导轨2的顶部设有十字形连接轨21，弹性压片101压装在十字形连接轨21中，对导轨2起到限位作用，使其不至于与水压测量装置的安装凹槽脱离。水压测量装置9在管道内水流的冲击作用下实现沿导轨的位移。导轨2和水压测量装置9一一对应设置。
29.在本实施例中，水压测量装置和导轨相连处设置十字型导轨，以此防止水压测量装置由于水压的冲击力而脱落导轨。同时，还设有速度测量单元8和动力提供单元4，速度测量单元8用于实时测量整个水压测量装置的移动速度，动力提供单元4用于提供和水流方向相反的阻力，以实现水压测量装置不会随水流急速向前移动，从而实现速度可控。速度测量单元8和动力提供单元4相互配合，在水压测量装置移动速度过快时增大阻力，过慢时减小阻力，从而确保水压测量装置移动速度处于最合理的区间。这是因为，水压测量装置移动时，过快的速度会扰乱排水管中水压，导致水压传感器3测量不准确，合理速度的控制可以提高水压测量准确度。
30.一个水压测量装置中的水压传感器3可以是多个，将多个传感器在同一位置采集到的多个水压值求平均作为该位置的最终水压。
31.动力提供单元4通过磁通为整个水压测量装置提供动力。动力提供单元包括定子401、动子402、动力控制模块405、励磁电流提供模块406；其中至少两个定子401沿动子402的运动轨迹排列布置形成动子运行轨道，其中动子包括磁臂403和励磁线圈404，励磁线圈404与励磁电流提供模块406连接。在所述励磁线圈404上供给有励磁电流时，所述动子402在运行轨道上移动使得所述动子与所述运行轨道上的定子能够构成闭合的磁通环路。动力控制模块405与励磁电流提供模块406连接，用于获取动子在所述轨道上的位置信息，根据速度测量单元8反馈的信息判断当前滑动速度是否符合提前设定的滑行速度范围，若不符合提前设置的合适的速度范围，动力控制模块405生成相应的控制命令，并将所述控制指令发送至所述励磁电流提供模块406，励磁电流提供模块406与所述动力提供单元的励磁线圈404连接，用于接收控制命令，并向所述励磁线圈供给励磁电流以使所述动子在所述运行轨道上作减速运动或停止运动，以达到控制整个水压测量装置的移动速度的目的。
32.在该实施例中，定子固定在导轨安装凹槽的上方，动子通过丝杠电机实现相对于定子的位置移动，如图5所示，动子的u型磁臂，其两个端部设有加粗位，该加粗位套设在其底部的两个凹槽内，从而保证动子相对于定子的横向位置不变。该凹槽固定设置在导轨安装凹槽的上方，凹槽的长度方向与导轨2的长度方向平行。
33.上述动力提供单元4能够实现牵引和制动的双重功能，使得运动物体具备加速和减速能力。所述动子402在所述定子401形成的动子运动轨道上移动的整个过程中，动子402和定子401根据动力控制模块405反馈的信息不断地调整相对位置，根据需要定子401和动子402的位置在需要趋强方向开启，供给励磁电流，在不需要的趋强方向关闭，减小或停供励磁电流以此达到和速度测量单元8配合控制整个水压测量装置的滑行速度。
34.作为另一种实施方式，在同一段管道内导轨2和水压测量装置9可设置多组，根据实际需要确定导轨以及水压测量装置的数量和位置，以测量管道内不同位置的水压数据，达到对管道全方位的水压测量监测。
35.本发明的水压测量装置9包括壳体以及设置在壳体内部的水压传感器3，动力提供单元4，数据储存单元5，定位单元6和速度测量单元8。其中，动力提供单元4、数据存储单元5、定位单元6和速度测量单元8通过数据传输线7相连接。
36.进一步地，水压测量装置外部和导轨均要采用防腐防锈的材料。水压测量装置外部和导轨均与排水管中的生活用水直接接触。要采用防腐防锈材料或涂层包裹在与水直接接触的面上，以确保水压测量装置按照导轨方向正常移动，正常工作。
37.当水压测量装置移动到管道终点处，由相关人员对水压测量装置进行拆卸，再对装置中的数据存储单元中的数据进行分析，若某一处的水压变化值过大或不稳定，则预警处理子系统发出预警信息，根据测量的水压值对定位单元记录位置处的排水管进行修护，进而避免渗漏，实现道路塌陷灾害的提前预警。判断预警等级时，可以根据水压的突变度以及后续一段距离内水压的变化情况，判断渗水程度，从而有针对性和有优先性的对严重渗水、可能塌陷和水土严重流失至空的管段进行及时抢救。
38.管道的导轨2上提前设置若干个规定位置，定位单元实施方式涉及数据输入设备和管道滑轨上形成的路径对应的路径信息的指定。读取设备从所述管道滑轨上的多个规定位置，取得相应的识别信息。数据储存单元5将包含动作命令的多个路径文件，与所述路径确定信息相对应地进行储存，所述动作命令对应于每个所述识别信息对应的所述多个规定
位置的动作。数据储存单元5储存与所述路径确定信息相对应地导轨2上行驶的路径文件；定位单元实现其定位功能具有：输入设备601：接受与所述管道导轨2对应的路径确定信息的指定，即标准路径数据，该标准路径数据与预先设置在导轨上的识别点一致；标准路径数据可以采用提前存储在输入设备中的方式实现数据输入；读取设备602：从所述导轨2上的多个规定位置，取得相应的识别信息，即对导轨上的各个识别点进行识别；识别方式可以是多样的，比如图案识别、编号识别等。
39.在水压测量装置9沿着导轨2滑行过程中，定位单元6中的读取设备读取提前在管道导轨上设置的位置信息，与提前输入设备601中的路径信息相对比。控制设备603根据提前设置的规定位置信息判断水压测量装置9所处位置并记录，以此达到设备定位的目的。相关人员读取数据存储单元中的位置信息与水压变化值的数据相对比即可找到管道可能出现破损出现于的某一段管道从而对其进行定位修复。
40.实施例1：本发明的技术方案主要用于监测道路塌陷技术方向，所属材料外部应具有抗腐蚀能力、抗锈能力强的特点。使用前调试设备，确保水压测量装置10中的水压传感器3、动力提供单元4、数据储存单元5和定位单元6正常工作。测试水压测量装置9是否能够沿着设定方向沿着导轨以一定速度行驶。
41.在管道起始端或在管道与下水井连接处将水压测量装置9放置在导轨2之上，水压测量装置9开始工作，水压测量装置9沿着导轨以一定的速度移动。水压测量装置9中动力提供单元4用于提供水压测量装置9移动的动力，自动导向系统确保水压测量装置9能够沿着设定的导轨方向移动，在水压测量装置9移动过程中水压传感器3测量水压的同时定位单元6记录各个水压数据对应的所处管道位置。测得的位置信息和水压信息通过数据传输线7存储在数据存储单元5。在水压测量装置9移动过程中速度测量单元8实时监测水压移动装置9的速度。速度测量单元8和动力提供单元4相配合，确保水压测量装置9以合适的速度在导轨2上移动。
42.当水压测量装置9移动到管道终点处，由相关人员对水压测量装置进行拆卸，再对装置中的数据存储单元5中的数据进行分析，若某一处的水压变化值过大或不稳定，则预警处理子系统发出预警信息，根据测量的水压值对定位单元记录位置处的排水管进行修护，进而避免渗漏，实现道路塌陷灾害的提前预警。
43.以上对本技术实施例所提供的一种带压管道输水渗漏区捕捉及水土流失至空监测系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本技术的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。
44.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果.
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。