CN102122152A

CN102122152A - 一种城市管井井盖异动监测方法及系统

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Publication number: CN102122152A
Application number: CN2010105864755A
Authority: CN
Inventors: 童剑军; 童建民
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2011-07-13

Abstract

本发明公开了一种城市管井井盖异动监测方法，该监测方法具体为：在管井底部或井壁或井中物体上选取基准点，对井盖与基准点之间的距离进行监测，当被监测距离超出预定阈值时，向远程终端发出无线报警信号。本发明利用成熟的测距模块和无线数据传输技术，解决了自动监测城市管井井盖异动并发出报警信号的技术问题，作为远程终端的管理系统接收到报警信号后，可以及时定位发生异动的井盖位置和性质，从而对其进行及时维修或更换，在保护城市设施的同时，保证人员、财产的安全。

Description

一种城市管井井盖异动监测方法及系统

技术领域

本发明涉及一种监测城市管井井盖是否出现异动的方法及其系统。

背景技术

随着城市的发展，每个城市都建设有大量的地下设施工程，自然，城市中的各个角落也就分布有大量的用于对这些工程进行维护和检修的管井，管井井盖是否完好，不但关系到对地下设施的有效防护，更关系到行人和车辆的出行安全，因此，如何对数量庞大的管井进行有效管护，保证管井井盖的完好，成为摆在市政管理部门面前的一个难题。

发明内容

针对现有监测手段存在的问题，本发明的目的在于提供一种可对城市管井井盖的状态进行不间断监测和自动报警的方法和系统，利用本发明，可及时发现管井井盖出现的异动，并发出相应的报警信号，从而为井盖的及时更换、补充和维护提供技术保障。

为实现上述目的，本发明的城市管井井盖异动监测方法具体为：在管井底部或井壁或井中物体上选取基准点，对井盖与基准点之间的距离进行监测，当被监测距离超出预定阈值时，向远程终端发出无线报警信号。

实现上述方法的一种城市管井井盖异动监测系统，该系统包括监测装置和远程终端，监测装置安装在管井井盖背面，对井盖与管井底部或井壁或井中物体上选取的基准点之间的距离进行监测，并在被监测距离超出预定阈值时，向远程终端发出无线报警信号。

进一步，所述监测装置包括测距模块、无线传输模块、电源模块和控制模块，其中，

测距模块，对井盖距所述基准点的距离进行监测，并将监测数据输送给控制模块；

无线传输模块，用于监测装置与远程终端进行数据交互；

电源模块，用于给监测装置提供电源，该电源模块为电池或外接电源；

控制模块，控制监测装置的工作，对测距模块输送的监测数据进行分析，并在监测数据超出预设阈值时通过无线传输模块向远程终端发出报警信号。

进一步，所述测距模块为超声波测距模块、微波测距模块或激光测距模块。

进一步，所述无线传输模块为蜂窝通信技术模块，微波通讯模块或射频RFID无线通讯模块。

进一步，所述蜂窝通信技术模块包括GSM、GPRS、CDMA、TD、3G通信技术模块。

进一步，所述测距装置按0.5秒～10分钟的预设时间间隔间歇工作。

进一步，所述远程终端通过所述无线传输模块与所述控制模块进行数据交互，其中包括对监测装置工作状态的查询和工作参数的设定。

进一步，所述无线传输模块在所述控制模块需要与所述远程终端进行数据交互时被启动工作。

本发明利用成熟的测距技术和无线数据传输技术，解决了自动监测城市管井井盖异动并发出报警信号的技术问题，作为远程终端的管理系统接收到报警信号后，可以及时定位发生异动的井盖位置和性质，从而对其进行及时维修或更换，在保护城市设施的同时，保证人员、财产的安全。

附图说明

图1为本发明监测系统结构示意图；

图2为本发明监测系统工作原理图，其中，

(a)为井盖处于正常状态时的示意图，(b)为井盖出现异动时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

因不论是被盗、破碎，还是因事故(如管井意外进水、井壁塌陷等)而使管井内选取的基准点发生变化，都会使井盖与基准点之间的距离出现变化，因此通过对井盖与基准点之间的距离进行监测，可以及时发现管井井盖出现的异动，并通过向相关部门或人员发出报警信号而使其得到及时更换、补充或修复。

如图1所示，本发明监测系统包括监测装置和远程终端，监测装置用于对管井井盖与管井内选取的基准点之间的距离进行监测，并当监测数据超出设定的阈值时，向远程终端发出无线报警信号。监测装置包括控制模块、测距模块、无线传输模块、电源模块，其中，电源模块为整个监测装置的工作提供电能，测距模块用于采集其与基准点之间的距离数据，并将数据输送给控制模块，控制模块控制整个监测装置的工作，并对测距模块送来的监测数据进行分析，当监测数据超出预定的阈值时，通过无线传输模块向远程终端发出报警信号。

使用时，监测装置固定安装在井盖背面，并将测距模块的发射和接收端子对准管井底部或井壁或井中物体上选取的基准点，利用测距模块测量发射端子至基准点的距离，当发现该距离与基准距离之间产生较大偏差且超过一定阈值时，控制模块通过无线传输模块将报警信号传输出去，该无线传输模块可以选用技术成熟的通讯传输网络，可以采用如短信方式等小数据量传输方法。远程终端接收到该信息后就可以判断出是具体哪一处管井发生了异动，这种异动包括管井塌陷、井盖被掀动、井盖严重破损或塌陷、管井内大量积水等。

测距模块可以选择常见且技术成熟的各种测距模块，如超声波测距模块、微波测距模块、激光测距模块等。

测距模块的发射和接收端子(传感器)并不独立安装，而是与监测装置中的其他模块组成一个整体，固定安装在管井井盖面向井内一侧，其发射和接收端子均对准管井内选取的基准点，由发射端子向基准点发射测距脉冲波，并通过接收端子接收基准点反射的回波测量出与基准点之间的距离。

在监测装置初始安装或需要进行参数重置(如对管井或井盖进行更换、维护、调整后通常需要进行参数重置)时，在井盖处于正常使用状态下(即正常覆盖在管井口处)，控制模块可以控制测距模块完成一次测距，获得发射端子与基准点之间的距离D，并将该值保存为基准距离值D₀，同时设定两个报警阈值r1和r2，如，取值0.5≥r1≥0和-0.5≤r2≤0。

在监测装置正常工作状态下，控制模块控制测距模块每间隔一定时间T完成一次测距，获得发射端子与基准点之间的距离D，间隔时间T可以作为工作参数预先配置，取值可以在0.5秒～10分钟之间选择，对所获得的测距距离D进行判断，当D＞(1+r1)D₀或D＜(1+r2)D₀时，则认为该距离值已发生了重大变化，表明井盖发生了异动，此时控制模块就控制无线传输模块向远程终端发出报警信号。其工作原理如附图2所示。

当管井内出现大量积水时，如积水超过一定高度，导致测距模块测量的距离发生大幅度改变且满足D＞(1+r1)D₀或D＜(1+r2)D₀条件时，也会引发报警，以便相关管理部门进行及时处理，保护管井内设施。

对于一些较为特殊的管井(如井下空间大、井下设备多、井底高低不平现象严重等)，如果由测距模块对准管井底部测距，当井盖受到小幅度震动(如车辆行驶压过)而造成测距脉冲方向发生偏差，可能也会带来测距距离的重大改变，从而造成误报警，此时可以在管井井壁上选取基准点。由于本发明监测系统的原理是基于距离的异常变化而实现的，与距离本身大小无关，也与所测量的距离的性质无关，从实现原理上来分析，在管井底部选取基准点与在管井井壁或井中物体上选取基准点，效果是一样的，但需要注意的是，管井井壁上或井内物体上选取的基准点应尽可能靠近管井底部，以保证能够有效地监测到管井内大量积水的异常情况。

无线传输模块主要承担与远程终端进行数据交互的功能，最主要的用途是在发现井盖异动时向远程终端发送报警信号。该无线传输模块可以选择WWAN无线广域网技术，WMAN无线城域网技术，WLAN无线局域网技术，WPAN无线个域网技术，射频无线传输技术等任一种无线数据通讯技术模块，其中可优先选择WWAN无线广域网技术中的蜂窝通信技术模块(包括GSM、GPRS、CDMA、TD、3G技术模块等)，WMAN无线城域网技术中的微波通讯模块、射频RFID无线通讯模块等技术成熟且成本较低的模块。

控制模块通过无线传输模块与远程终端进行数据交互，交互的数据内容包括：井盖异动报警信号、装置运行状态信息、参数配置控制信息等。

井盖异动报警信号是指当控制模块发现监测距离值D偏离基准距离值D₀较大，且满足D＞(1+r1)D₀或D＜(1+r2)D₀条件时，向远程终端发送的报警信号。该报警信号通过无线传输模块发送至远程终端，该报警信号的发送目的地和发送方式预存在控制模块的数据存储区中，与采用的不同种类的无线发送模块相关，可以是一个数据接收目标代码(当采用蜂窝通信技术模块时)，也可以是以某一设定频率发送至无线通讯接收器(当采用微波通讯模块或RFID无线通讯模块时)。

远程终端指可以与监测装置进行数据通信的设备或系统，不属于监测装置的构成模块，但可以通过无线信道与监测装置进行数据交互，能够接收监测装置发送的数据信息(包括井盖异动报警信号、装置运行状态信息等)，也可以向监测装置发送参数配置控制信息等，其信息内容按照监测装置内部控制程序所定义的数据通信协议进行交互传输，其数据交互无线信道根据监测装置所使用的无线传输模块属性不同而不同，远程终端使用与监测装置所采用的无线传输模块相对应的模块以完成与监测装置之间无线信道的建立和通讯。

远程终端可以根据接收到监测装置所发送的井盖异动报警信号对其进行报警管理，包括报警记录的储存、统计等，也可包括对报警的相应措施，如通知相关部门或人员及时进行处理(如查看，更换井盖，维修设备，设置警示牌等)。远程终端也可以通过读取装置运行状态信息或发送参数配置控制信息等方式对监测装置进行调试、维护和管理。

通过与不同监测装置进行数据交互，远程终端可以同时接收多个监测装置发送的井盖异动报警信号，也可同时对多个监测装置进行维护和管理。

为了更好地监测井盖状态，井盖报警信号可以附加更多的内容，如管井的属性、归属主管单位、报警类型等，其中管井属性包括如电力管井，供水管井，污水管井，通讯管井等类型，主管单位可以采用事先编码和事后对照编码表查询的方式获知(如供电部门、供水部门、环保部门、城建部门、通讯部门等)，除了管井异动报警外，报警类型还可以包括电池电量不足、测距模块工作异常等常见的监测装置运行状态异常信息。

监测装置运行状态信息包括运行状态信息的查询和发送，指控制模块通过无线传输模块接收远程终端发送的运行状态查询指令并将工作状态信息发送出去，包括但不限于当前配置的工作参数、电池运行状态和剩余电量等信息。

参数配置控制信息指控制模块通过无线传输模块接收远程终端发送的工作参数配置指令，并以此修改工作参数，如报警信号发送目标地址、报警比例阈值r1和r2、基准距离值D₀等。

由于管井井盖通常为金属或硬质塑料等材料制成，会对无线传输模块的数据通讯有屏蔽作用，为了保证无线数据发送和接收的连续、畅通地实现，需要在井盖上钻孔，将监测装置的无线传输模块的发送/接收天线经由该孔伸出(在井盖正常使用状态下，该天线即从井盖孔中伸出露出表面)以便减少井盖的屏蔽作用，伸出部分无需过长，以不会造成井盖面异样突起造成安全隐患为准，可以采用定向天线。

由于城市管井分布零散，而且布线较为困难，施工成本较高，因此本发明中的监测装置优选使用电池供电，负责为本装置的所有模块提供工作电源。由于测距模块通常工作功率比较低，大多为毫瓦级，且采用预设的固定时间间隔发送短暂测距波束的工作模式，在绝大部分时间段均无须启动和工作，因此可以在间隔时间段时处于待机状态，而在需要进行测距时再发送短暂的测距波束并获得距离测量值，完成测距后再次进入待机状态，以此方式降低平均功耗。同时无线传输模块在正常状态下无须启动发送报警信号，仅当该仪器检测到异动或该仪器的工作状态异常(如电池电量不足、测距模块工作不正常等)时才进行报警数据传输，因此在正常工作状态下可以处于关机状态，在需要时再加电启动和工作。对于控制模块来说，使用硬件化的单片机或单板机实现，也可以在较低的功耗下正常工作，选择合适容量的电池可以满足实现长时间正常工作和使用的要求。在现场条件允许的情况下，本发明的监测装置也可使用外接电源。

考虑到监测装置安装于管井井盖背面，而城市管井内部往往湿度较大，因此监测装置可使用效果良好的防水防潮外壳，或在安装好后进行防水防潮密封处理，以避免电路受潮造成腐蚀或短路以至于本装置损坏或出现故障。由于其安装位置为管井井口的井盖背面，因此除非出现管井完全被水淹没的情况，否则该仪器通常不会出现由于被水浸泡而失效的情况。

控制模块以单片机或单板机为核心，控制监测装置的正常协调运行，其同时提供一个有线数据端口，如RS232/485串口或USB串行数据接口，可用于进行设备调试、系统软件升级或有线连接直接进行数据交互，交互的数据内容包括且不限于仅通过无线传输模块可实现交互的数据。该控制模块同时可以将工作参数、核心软件存储于数据存储区内以便于控制运行状态或完成系统升级。也可在通过无线传输模块接收到特定内容(如查询、设置指令)时，可以相应地返回数据或做出相应处理。

监测装置中的控制模块主要完成比较简单的数据运算和逻辑控制，数据处理量并不多，因此对于核心的单片机的要求并不高，可以使用非常普通的单片机产品为核心来设计控制模块。

上述实例中的监测装置安装在管井井盖背面，实际使用时，监测装置也可安装在管井底部或井壁或井中物体上选取的基准点处，而将测距模块的发射和接收端子对准管井井盖背面。只是需要注意的是，为了避免管井内的积水对监测装置造成破坏，需要对其做相应的防水处理。

Claims

1.一种城市管井井盖异动监测方法，其特征在于，该监测方法具体为：在管井底部或井壁或井中物体上选取基准点，对井盖与基准点之间的距离进行监测，当被监测距离超出预定阈值时，向远程终端发出无线报警信号。

2.实现上述方法的一种城市管井井盖异动监测系统，其特征在于，该系统包括监测装置和远程终端，监测装置安装在管井井盖背面，对井盖与管井底部或井壁或井中物体上选取的基准点之间的距离进行监测，或者，监测装置安装在管井底部或井壁或井中物体上选取的基准点处，对井盖与基准点之间的距离进行监测，并在被监测距离超出预定阈值时，向远程终端发出无线报警信号。

3.如权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述监测装置包括测距模块、无线传输模块、电源模块和控制模块，其中，

所述测距模块用于对井盖距所述基准点的距离进行测距监测，并将监测数据输送给所述控制模块；

所述无线传输模块用于所述监测装置与所述远程终端进行数据交互；

所述电源模块用于给所述监测装置的工作提供电源，该电源模块为电池或外接电源；

所述控制模块用于控制所述监测装置的工作，对所述测距模块输送的监测数据进行分析，一旦监测数据超出预设阈值，就通过所述无线传输模块向所述远程终端发出报警信号。

4.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述测距模块为超声波测距模块、微波测距模块或激光测距模块。

5.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述无线传输模块为蜂窝通信技术模块、微波通讯模块或射频RFID无线通讯模块。

6.如权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述蜂窝通信技术模块包括GSM、GPRS、CDMA、TD、3G通信技术模块。

7.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述测距模块按0.5秒～10分钟的时间间隔间歇工作。

8.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述远程终端通过所述无线传输模块与所述控制模块进行数据交互，其中包括对监测装置工作状态的查询和工作参数的设定。

9.如权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述无线传输模块在所述控制模块需要与所述远程终端进行数据交互时被启动工作。