CN103090192A - 一种地下供水管道的远程自动测漏方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下供水管道的远程自动测漏方法，包含测漏传感器探头（1）、智能测漏设备（2）、远程监控中心服务器（3）、手持测漏监控器（4）、消防栓（5）和地下供水管道（6）。智能测漏设备（2）每天定时启动进行声波数据采集、处理并发送到远程监控中心服务器（3），监控系统软件（3-5）通过数据分析声波的时间、频率、强度判断漏水有效性，结合相邻消防栓（5）的智能测漏设备（2）实现地下供水管道（6）漏水位置的定位，并发送报警信息到手持测漏监控器（4）。

Description

一种地下供水管道的远程自动测漏方法

技术领域

本发明涉及一种远程自动测漏方法，包括传感、无线数据通讯、射频识别、全球定位系统、地理信息系统、系统数据算法等多种技术领域。

背景技术

地下供水管网漏水是供水行业普遍存在的难题。地下供水管道漏损不能在地面上及时发现，既浪费宝贵的淡水资源，又给供水企业带来了巨大的经济损失，为此及时发现漏水点，采取切实有效措施加以控制漏水，已成为供水与检测行业刻不容缓的研究课题。

现有的一些管道测漏方法，先是对怀疑漏水的区域通过初步探测踩点布网监控，而后对疑似漏水点使用定位的工具进行确认。这种单凭人工定位检测的方法不仅耗时长，需要的专用工具多，甚至在该区域还找不到准确的漏水点，这样不仅浪费大量的人力、物力，长时间漏水甚至危害漏水点周边的建筑设施，以及其它地下电力、通讯布线管道的安全。

现有公开号CN102330887A的专利提供了一种管道声波检漏定位装置，将装置放入管道之内并控制装置移动，通过噪声分析和里程计量实现漏点定位。但该方法的不足之处是无法用于复杂的和口径较小的管道，也不适用于管道内部液压较大的管道测漏。

再有专利号ZL201020660635.1的专利提供一种用于消防栓的防盗水的监控装置，但是它无法实现地下供水管道漏水的检测。

发明内容

针对现有检测方法的不足之处，本发明提出了一种地下供水管道的远程自动测漏方法，该方法利用消防栓（5）与地下供水管道（6）紧密连接的导体特征，将测漏传感器探头（1）安装在消防栓（5）上，采集到的漏水信息发送到智能测漏设备（2），智能测漏设备（2）再将信息进行处理后发送到远程监控中心服务器（3），远程监控中心服务器（3）将测漏结果发送到手持测漏监控器（4）。

其中测漏传感器探头（1）主要用于采集地下供水管道（6）漏水产生的声波，被安装在消防栓（5）上的任意位置。一个或者多个测漏传感器探头（1）将感应到的信号通过信号线传送到智能测漏设备（2）。测漏传感器探头（1）内的传感器可以用声波传感器，也可以用振动传感器感应声波。

智能测漏设备（2）安装在消防栓（5）上。智能测漏设备（2）采取自动、定时启动测漏，并主动远程发送信息到远程监控中心服务器（3）或者手持测漏监控器（4）。它包含信号处理电路（2-1）、处理器（2-2）、时钟模块（2-3）、无线通讯模块（2-4）、数据存储模块（2-5）、电池（2-6）、天线（2-7）、RFID电子标签（2-8）、全球定位系统模块（2-9）、壳体（2-10）和开关（2-11）。

智能测漏设备（2）的工作原理是：信号处理电路（2-1）将测漏传感器探头（1）采集到的信号通过一次或者多次滤波、放大、转换，改变、优化成可以由处理器识别的信号。

处理器（2-2）通过时钟模块（2-3）设置，在深夜到凌晨之间定时启动工作，并按一定的时间间隔读取优化后的信号，通过算法得出收集到的声波的频率、强度信息，将该信息保存到数据存储模块（2-5）。同时处理器（2-2）也可将单次采集的信息通过无线通讯模块（2-4）发送到远程监控中心服务器（3），也可以将多次采集的信息统计、处理后再发送到远程监控中心服务器（3）。

无线通讯模块（2-4）可以为中短距离无线通讯模块，如WLAN，WiFi，ZIGBEE，UWB四种无线网络中的一种组成，通过中短距离的通讯方式收集数据，再通过中继站以有线或者无线的方式传送到远程监控中心服务器（3）。虽然这类方式布网成本高，但是数据传送费用低。无线通讯模块（2-4）也可以为长距离无线通讯模块，GSM，CDMA，WCDMA，TD-SCDMA四种移动通信系统中的一种组成，通过移动通信系统的短信或者GPRS通用分组无线业务将数据传送到远程监控中心服务器（3）。这类方式不需要专门布网，但是需要给运营商支付数据通信费用。

RFID电子标签（2-8）技术是自动识别技术的一种，在电子标签中存储设备信息，如设备编号、生产批号、生产时间等，用于对智能测漏设备（2）进行智能化管理。

全球定位系统模块（2-9）用于定位智能测漏设备（2）的位置。

壳体（2-10）外形可以与原始的消防栓盖帽的外形相似，用于防止智能测漏设备（2）被偷盗，并且确保不影响消防救火救灾用水，也可以设计为其它外形固定在消防栓上。

远程监控中心服务器（3）包括无线通讯模块（3-1）、天线（3-2）、计算机（3-3）、显示屏（3-4）、监控系统软件（3-5），其中无线通讯模块（3-1）等同于智能测漏设备（2）中的无线通讯模块（2-4）。远程监控中心服务器（3）通过接收声波的频率、强度数据，并将数据存储在计算机（3-3）中，通过监控系统软件（3-5）的算法计算后，结合数据表格和地理信息系统将漏水点检测结果在显示屏（3-4）中显示，并通过计算机进行信息共享，将正常和漏水的信息发送到手持测漏监控器（4）。接收数据可以通过无线通讯模块（3-1），也可以通过计算机（3-3）的网络功能，主要对应于智能测漏设备（2）的数据传出方式。

监控系统软件（3-5）主要应用算法实现处理所有智能测漏设备（2）数据，并结合地理信息系统，对地下供水管道（6）漏水点进行判断，计算并明确漏水点具体位置，将结果显示在显示屏（3-4），然后发送报警信息到手持测漏监控器（4）。算法为根据收集到的采集时间、声波频率和声波强度处理数据和判断漏水点，对多次采样频率和强度的一致性分析，可以判断漏水点的真假。通过对多组时间、频率、强度信息判断漏水点的有效性，并通过相邻消防栓（5）上智能测漏设备（2）的有效漏水点，结合它们之间的管道材质、管道长度和声波强度计算漏水点位置，在地理信息系统上显示。

手持测漏监控器（4）包含RFID电子标签阅读器（4-1）、全球定位系统（4-2）、GIS地理信息系统（4-3）、无线通讯模块（4-4）、摄像头（4-5）、显示屏（4-6），其中无线通讯模块（4-4）等同于智能测漏设备（2）中的无线通讯模块（2-4）。它可以方便地对智能测漏设备（2）进行电子化管理，在现场安装的时候，应用RFID电子标签阅读器（4-1）读取RFID电子标签（2-8）得到智能测漏设备（2）的编号，结合用全球定位系统（4-2）得到的经纬度、摄像头（4-5）得到的现场照片通过无线通讯模块（4-4）发送到远程监控中心服务器（3），对现场信息进行实时更新。远程监控中心服务器（3）发送漏水点报警信息到手持测漏监控器（4）时，GIS地理信息系统（4-3）可以帮助现场人员准确地找到漏水点位置。当远程监控中心服务器（3）内的现场数据信息错误时，手持测漏监控器（4）还可以进行现场远程数据纠错。

如果将监控系统软件（3-5）安装在手持测漏监控器（4）内，可以实现便携式的管道测漏远程监控系统。

附图说明

图1一种地下供水管道的远程自动测漏装置的示意图

（1）测漏传感器探头

（2）智能测漏设备

（3）远程监控中心服务器

（4）手持测漏监控器

（5）消防栓

（6）地下供水管道

图2智能测漏设备安装示意图

（1）测漏传感器探头

（2-1）信号处理电路

（2-2）处理器

（2-3）时钟模块

（2-4）无线通讯模块

（2-5）数据存储模块

（2-6）电池

（2-7）天线

（2-8）RFID电子标签

（2-9）全球定位系统模块

（2-10）壳体

（2-11）开关

（5）消防栓

图3远程监控中心服务器示意图

（3-1）无线通讯模块

（3-2）天线

（3-3）计算机

（3-4）显示屏

（3-5）监控系统软件

图4手持测漏监控器示意图

（4-1）RFID电子标签阅读器

（4-2）全球定位系统

（4-3）GIS地理信息系统

（4-4）无线通讯模块

（4-5）摄像头

（4-6）显示屏

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

本发明的实施方式，如图2所示，智能测漏设备（2）包含的信号处理电路（2-1）、处理器（2-2）、时钟模块（2-3）、无线通讯模块（2-4）、数据存储模块（2-5）、电池（2-6）、天线（2-7）、RFID电子标签（2-8）、全球定位系统模块（2-9）作为部件，安装在壳体（2-10）内部。壳体（2-10）需要防水防尘设计和处理，壳体（2-10）外形可以与原始的消防栓盖帽的外形相似，用于防止智能测漏设备（2）被偷盗，并且确保不影响消防救火救灾用水，也可以设计为其它外形固定在消防栓上。将测漏传感器探头（1）通过防水的屏蔽信号线接入上述的智能测漏设备（2）中，使得传感器采集到的信息能有效地传输进信号处理电路（2-1），再将测漏传感器探头（1）通过磁座或者螺丝等固定方式紧密地接触消防栓金属顶座或其它位置金属面上，再将智能测漏设备（2）通过螺丝或胶水固定在消防栓上。

智能测漏设备（2）的核心——处理器（2-2）将通过时钟模块（2-3）在每天深夜到凌晨之间启动采集程序，对声波按固定时间段采集并存储，其中信号处理电路（2-1）包含一次或者多次的滤波器和放大器，使得信号成为一个能有效识别的可靠信号，送到AD转换模块或者处理器（2-2）内部的AD转换功能管脚，处理器通过算法将数据转换为频率和强度，再控制无线通讯模块（2-4）经天线（2-5）发送到远程监控中心服务器（3）。

远程监控中心服务器（3）对接收到的声波的时间、频率和强度参数进行存储和处理，判断消防栓之间的管道上的漏水点。监控系统软件（3-5）对同一个智能测漏设备（2）在同一天内的所有采集声波频率和强度进行一致性对比，如果每次采集的频率和强度一致，则可以初步判断为漏水点。为避免发生误判，可对智能测漏设备（2）连续天数内的声波数据进行一致性对比，如果每天都有初步判断结果是漏水点的，则基本确认这个智能测漏设备（2）周围的相关地下供水管道（6）有漏水点。如果在相邻时间内采集的频率和强度不一致，且无规律，则代表采集到的是外界的干扰噪声数据。

结合监控系统软件（3-5）内的地理信息系统，查找这个智能测漏设备（2）的相邻设备，是否同样有漏水点结果。当相邻的设备同样有漏水点结果的情况下，可以确定在这两个设备中间有一个漏点。再结合两个设备之间的管道距离和两个设备之间的声波强度差异，根据这个声波频率在这个管道上的衰减系数，可以准确的判断出漏水点的位置。

远程监控中心服务器（3）通过全球定位系统模块（2-9）的定位功能，还可以通过多个相关智能测漏设备（2）的位置定位，结合地理信息系统对漏水点进行直观的地图定位，便于相关检漏人员了解漏水点准确位置。远程监控中心服务器（3）还能发送报警信息到手持测漏监控器（4），通过手持测漏监控器（4）内置的GIS地理信息系统（4-2），使得相关人员能快速对漏水点进行核实，采取管道维修措施，减少水资源的浪费以及经济损失。

手持测漏监控器（4）扫描智能测漏设备（2）的RFID电子标签（2-8），记录智能测漏设备（2）编号，并读取全球定位系统（4-2）的经纬度信息，用摄像头（4-5）功能对现场情况拍照，以上信息、图片通过无线通讯模块（4-4）发送到远程监控中心服务器（3），实时更新监控系统软件（3-5）内的信息数据。

根据室外消防栓设计规范，室外低压消防栓最大布置间距不应大于120米。加上消防栓管道分支长度，测漏传感器探头（1）的精度在80米距离检测到0分贝以上的声波，就能实现城市自来水管道的远程监测的全覆盖，从而实现大部分漏水点的及时修复。

处理器（2-2）内的软件设定，使得智能测漏设备（2）在每天深夜到凌晨自动启动工作，因为此时的环境背景噪声为最小。

本发明可以实现以消防栓（5）为基础监测点对整个城市地下供水管道（6）的漏水状况进行自动化监控。

本发明的有益效果如下：本发明的智能测漏设备（2）外形借助于原消防栓顶帽外形用于防盗。通过安装智能测漏设备（2），可以在覆盖区域内每天定时监测地下供水管道（6），并通过得到的声波参数方便、有效地对漏水点进行定位并判断漏水点大小，使得相关人员能更加有效地查找到漏水点。管道测漏自动化监控结果的实时性、有效性，不仅可以节约大量水资源的浪费，也帮助自来水公司达到降低产销差的目的，还可以减少水价涨价的压力。本发明结构简单，安装方便，并且不影响消防栓的正常使用，利国利民，改善城市地下环境，减少地下管道漏水造成的地面塌陷和危害建筑等现象，有利于进行大范围应用推广。

Claims (10)

1.一种地下供水管道的远程自动测漏方法，其特征在于：该方法利用消防栓（5）与地下供水管道（6）紧密连接的导体特征，将测漏传感器探头（1）安装在消防栓（5）上，采集到的漏水信息发送到智能测漏设备（2），智能测漏设备（2）再将信息进行处理后发送到远程监控中心服务器（3），远程监控中心服务器（3）将测漏结果发送到手持测漏监控器（4）。

2.根据权利要求1所述的测漏传感器探头（1），其特征在于：可以一个或者多个，并安装在消防栓（5）的任意位置。

3.根据权利要求1所述的智能测漏设备（2），其特征在于：智能测漏设备（2）采取自动、定时启动测漏，并主动远程发送到远程监控中心服务器（3）或者手持测漏监控器（4）。

4.根据权利要求3所述的智能测漏设备（2）的定时时间为深夜到凌晨。

5.根据权利要求1所述的远程监控中心服务器（3），其特征在于远程监控中心服务器（3）中的监控系统软件（3-5）包含数据算法、地理信息系统，通过信息判断漏水，计算并明确漏水点具体位置。

6.一种地下供水管道的远程自动测漏的实施装置，包括：测漏传感器探头（1）、智能测漏设备（2）、远程监控中心服务器（3）、手持测漏监控器（4）、消防栓（5）和地下供水管道（6），其特征在于：测漏传感器探头（1）中的传感器可以为声波传感器和振动传感器；智能测漏设备（2）安装在消防栓（5）上，包含便于管理的RFID电子标签（2-8），壳体（2-10）外形可以与原始的消防栓盖帽的外形相似；远程监控中心服务器（3）包含用于处理信息、判断漏水有效性并定位的监控系统软件（3-5）；手持测漏监控器（4）包含RFID电子标签阅读器（4-1）。

7.根据权利要求6所述的智能测漏设备（2），其特征在于：智能测漏设备（2）包括信号处理电路（2-1）、处理器（2-2）、时钟模块（2-3）、无线通讯模块（2-4）、RFID电子标签（2-8）、壳体（2-10）。

8.根据权利要求7所述的无线通讯模块（2-4），其特征在于：无线通讯模块（2-4）可以为中短距离无线通讯：WLAN，WiFi，ZIGBEE，UWB四种无线通信网络中的一种组成，也可以为长距离无线通讯：GSM，CDMA，WCDMA，TD-SCDMA四种移动通信系统中的一种组成。

9.根据权利要求6所述的远程监控中心服务器（3）中的监控系统软件（3-5），其特征在于：监控系统软件（3-5）可以安装在手持测漏监控器（4）内。

10.根据权利要求6所述的手持测漏监控器（4），其特征在于：手持测漏监控器（4）包含RFID电子标签阅读器（4-1）、全球定位系统（4-2）、GIS地理信息系统（4-3）和无线通讯模块（2-4）。

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