CN103216732A - 一种管网漏水实时监测定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管网漏水实时监测定位系统，包括数据采集模块、数据传输模块、数据服务器、终端服务器、全球定位系统；其中，数据采集模块为安装在管网各水管每个采集点的传感器对，数据传输模块包括两个以上的数据传输器；各传感器之间通过全球定位系统实现采集同步。传感器采集管网中水管漏水信息；数据传输器传输信息；数据服务器用于存储各类信息，对水管漏水信息进行自适应滤波处理、对漏水加速度进行相关处理、检测水管是否漏水并实现泄漏点精确定位；终端服务器以基于地理信息系统模式的可视化方式显示管网实时状态与历史状态。本发明具有检测效果、检测精度与检测效率较高以及实时性较好、成本较低等特点，可广泛应用于流体传送领域。
Description
技术领域
本发明涉及检测技术，特别是涉及一种管网漏水实时监测定位系统。
背景技术
随着工业生产的发展，从全球范围来看，作为人类生活必不可少的水资源越来越缺乏，因此避免水资源浪费就成为了迫在眉睫的问题。目前，许多供水管网由于超期服役而腐蚀老化，跑冒滴漏现象比较严重，造成了大量自来水白白流失。
实际应用中，针对供水管网漏水的问题，各供水管网负责单位采用了听音棒、双探头相关检漏仪、多探头相关检漏仪、智能远传水表等技术监测供水管网是否发生漏水以及确定漏水点的位置。听音棒是最简单检漏设备，其检测效果、检测效率与检测精度均比较差，且检测成功与否主要取决于检测工作者的工作经验。双探头相关检漏仪的检漏范围为200m，检测精度为1m；但其工作时需要预先设定声音传播速度，而预先设定的声音传播速度与实际的声音传播速度存在偏差，故双探头相关检漏仪的检测精度也比较低；同时，其检测效率比较低、实时性差，且无法确定供水管截止频率。多探头相关检漏仪中探头数量最多可配置192个。多探头相关检漏仪可以根据各探头采集漏水噪声信号之间的多重相关性获得供水管截止频率，同时，其检测效果、检测精度与检测效率均比较高；但是，采用多探头相关检漏仪每天均需要使用巡逻车采集漏水噪声信号，使用费与维护费很高。采用智能远传水表检漏能自动、实时将水表读数传回数据中心进行分析，以确定供水管网破损发生区域，但无法实现漏点的准确定位；同时，采用智能远传水表检漏还需要对供水管网进行勘查与改造，以避免供水管网出现回路。
由此可见，在现有技术中，供水管网漏水监测具有检测效果、检测精度与检测效率较低以及实时性较差、成本较高等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种检测效果、检测精度与检测效率较高以及实时性较好、成本较低的漏水管网实时监测定位系统。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：
一种管网漏水实时监测定位系统，包括：数据采集模块、数据传输模块、数据服务器、终端服务器、全球定位系统；其中，数据采集模块包括安装在管网各水管每个采集点的传感器对，数据传输模块包括两个以上的数据传输器；数据传输器与传感器以一一对应的方式设置；各传感器之间通过全球定位系统实现采集时间同步；
传感器，用于根据数据传输器发送的采集指令采集管网中水管漏水信息，并根据数据传输器发送的传输指令将水管漏水信息发送至对应的数据传输器；还用于将传感器状态发送至数据传输器。
数据传输器，用于将终端服务器发送的采集指令、传输指令转发至传感器；将数据传输器状态、传感器发送的水管漏水信息与传感器状态通过因特网转发至数据服务器。
数据服务器，用于从数据传输器转发的水管漏水信息中提取传感器编码、采集日期，并以文件形式存储水管漏水信息；对水管漏水信息进行自适应滤波处理，从得到的滤波信息中提取并存储来自传感器对的漏水噪声加速度，对来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，根据
是否成立来检测水管是否漏水：当
成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当
成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向终端服务器发送告警指令后，从滤波信息中提取并存储待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、管道材质，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，根据漏点距首端的相对距离
确定泄漏点；还用于存储上述检测结果、泄漏时间、漏点距首端的相对距离r、数据传输器发送的存储传感器状态与数据传输器状态；其中，x为相关处理得到的各相关值的绝对值中的最大值，y为相关处理得到的各相关值的绝对值的平均值，δ为阈值，x、y、δ均为实数。
终端服务器，用于根据用户通过通讯终端发送的配置指令，以基于地理信息系统模式的可视化方式进行系统配置；通过因特网向数据传输器转发用户通过通讯终端发送的采集指令、传输指令；根据用户通过通讯终端发送管道状态查询指令，从数据服务器读取检测结果、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、泄漏时间、管道材质，并采用图表形式以基于地理信息系统模式的可视化方式通过通讯终端呈现至用户；根据数据服务器发送的告警指令，通过通讯终端以短信或邮件方式向用户告警；还用于根据用户通过通讯终端发送系统工作状态查询指令，将从数据服务器读取传感器状态与数据传输器状态通过通讯终端发送至用户。
综上所述，本发明所述管网漏水实时监测定位系统中，数据采集模块在全球定位系统的控制下，将精确地、实时地采集的水管漏水信息通过数据传输模块传输至数据服务器进行自适应滤波处理、相关处理、定位处理等时间水管漏点的精确定位，提高了检测效果；而且，用户还可以通过终端服务器以基于地理信息系统模式的可视化方式发送各种指令、进行各种查询。同时，采用本发明所述管网漏水实时监测定位系统可以实现大范围的监测，提高了检测效率。基于上述原因，本发明还具有降低成本的效果。
附图说明
图1为本发明所述管网漏水实时检测定位系统的总体组成结构示意图。
图2为本发明所述数据服务器的组成结构示意图。
图3为本发明所述终端服务器的组成结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
图1为本发明所述管网漏水实时检测定位系统的总体组成结构示意图。如图1所示，本发明所述管网漏水实时监测定位系统包括：数据采集模块1、数据传输模块2、数据服务器3、终端服务器4、全球定位系统5；其中，数据采集模块1包括安装在管网各水管每个采集点的传感器对，数据传输模块2包括两个以上的数据传输器；数据传输器与传感器以一一对应的方式设置；各传感器之间通过全球定位系统5实现采集时间同步；
传感器，用于根据数据传输器发送的采集指令采集管网中水管漏水信息，并根据数据传输器发送的传输指令将水管漏水信息发送至对应的数据传输器；还用于将传感器状态发送至数据传输器。
数据传输器，用于将终端服务器4发送的采集指令、传输指令转发至传感器；将数据传输器状态、传感器发送的水管漏水信息与传感器状态通过因特网转发至数据服务器3。
本发明中，传感器与数据传输器之间通过串口相连接。
数据服务器3，用于从数据传输器转发的水管漏水信息中提取传感器编码、采集日期，并以文件形式存储水管漏水信息；对水管漏水信息进行自适应滤波处理，从得到的滤波信息中提取并存储来自传感器对的漏水噪声加速度，对来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，根据
是否成立来检测水管是否漏水：当
成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当
成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向终端服务器发送告警指令后，从滤波信息中提取并存储待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、管道材质，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，根据漏点距首端的相对距离确定泄漏点；还用于存储上述检测结果、泄漏时间、漏点距首端的相对距离r、数据传输器发送的存储传感器状态与数据传输器状态；其中，x为相关处理得到的各相关值的绝对值中的最大值，y为相关处理得到的各相关值的绝对值的平均值，δ为阈值，x、y、δ均为实数。
本发明中，通常取δ=3。
本发明中，自适应滤波处理用于消除50Hz的噪声信号。这里，自适应滤波处理为现有技术，此处不再赘述。
本发明中，漏水噪声加速度表示漏水噪声信号在不同材质的水管中传输时的衰减强弱变化。
终端服务器4，用于根据用户通过通讯终端发送的配置指令，以基于地理信息系统（GIS，Geographic Information System）模式的可视化方式进行系统配置；通过因特网向数据传输器转发用户通过通讯终端发送的采集指令、传输指令；根据用户通过通讯终端发送管道状态查询指令，从数据服务器3读取检测结果、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、泄漏时间、管道材质，并采用图表形式以基于地理信息系统模式的可视化方式通过通讯终端呈现至用户；根据数据服务器3发送的告警指令，通过通讯终端以短信或邮件方式向用户告警；还用于根据用户通过通讯终端发送系统工作状态查询指令，将从数据服务器3读取传感器状态与数据传输器状态通过通讯终端发送至用户。
本发明中，所述采集时间同步的误差小于1毫秒。
本发明中，所述泄漏点的定位误差小于1米。
总之，本发明所述管网漏水实时监测定位系统中，数据采集模块在全球定位系统的控制下，将精确地、实时地采集的水管漏水信息通过数据传输模块传输至数据服务器进行自适应滤波处理、相关处理、定位处理等时间水管漏点的精确定位，提高了检测效果；而且，用户还可以通过终端服务器以基于地理信息系统模式的可视化方式发送各种指令、进行各种查询。同时，采用本发明所述管网漏水实时监测定位系统可以实现大范围的监测，提高了检测效率。基于上述原因，本发明还具有降低成本的效果。
实际应用中，如果本发明所述管网漏水实时监测定位系统监控范围比较大，则可以将数据服务器3分为数据中心服务器与数据处理服务器，其中，
数据中心服务器，用于以文件形式存储水管漏水信息；存储来自传感器对的漏水噪声加速度、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、管道材质、检测结果、泄漏时间、漏点距首端的相对距离r、数据传输器发送的存储传感器状态与数据传输器状态。
数据处理服务器，用于从数据传输器转发的水管漏水信息中提取传感器编码、采集日期；对来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，从滤波信息中提取来自传感器对的漏水噪声加速度、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、管道材质；对水管漏水信息进行自适应滤波处理；根据是否成立来检测水管是否漏水：当
成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当
成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向终端服务器4发送告警指令后，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，根据漏点距首端的相对距离
确定泄漏点。
本发明中，所述水管漏水信息包括所述传感器编码、采集日期、漏水噪声加速度、管道材质、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测的相邻水管采集点传感器对的时间差Δt。
图2为本发明所述数据服务器的组成结构示意图。如图2所示，数据服务器3包括：存储单元31、滤波单元32、相关处理单元33、提取单元34、定位单元35；其中，
存储单元31，用于根据提取单元34发送的传感器编码、采集日期，以文件形式存储所述数据传输模块2发送的漏水信息；存储相关处理单元33发送的检测结果；存储提取单元34发送待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、管道材质、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、泄漏时间；还用于存储所述数据传输模块2发送的传感器状态与数据传输器状态。
滤波单元32，用于对水管漏水信息进行自适应滤波处理，并将得到的滤波信息发送至提取单元34。
相关处理单元33，用于对从存储单元31读取的来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，根据
是否成立来检测水管是否漏水：当
成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当
成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向定位单元35发送定位指令，同时，向终端服务器4发送告警指令；将检测结果与泄漏时间发送至存储单元31。
提取单元34，用于将从所述数据传输模块2转发的漏水信息中提取的传感器编码、采集日期发送至存储单元31；将从滤波单元32发送的滤波信息中提取的来自所述传感器对的漏水噪声加速度、管道材质、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt发送至存储单元31。
定位单元35，用于按照相关处理单元33发送的定位指令，从存储单元31读取待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt后，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，由漏点距首端的相对距离
确定泄漏点，并将漏点距首端的相对距离r发送至存储单元31。
本发明中，所述文件的名称包括传感器编码与采集日期。
图3为本发明所述终端服务器的组成结构示意图。如图3所示，终端服务器4包括：系统配置与工作指令发送单元41、显示单元42、警报单元43、查询单元44；其中，
系统配置与工作指令发送单元41，用于根据用户通过通讯终端发送的配置指令，以基于地理信息系统模式的可视化方式进行系统配置，并将系统配置信息通过因特网发送至所述数据传输模块2；通过因特网向所述数据传输模块2转发用户通过通讯终端发送的采集指令、传输指令。
显示单元42，用于根据查询单元44发送的系统工作状态查询指令，从数据服务器3读取传感器状态与数据传输器状态通过通讯终端发送至用户；根据查询单元44发送的管道状态指令，从数据服务器3读取检测结果、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、泄漏时间、管道材质，并采用图表形式以基于地理信息系统模式的可视化方式通过通讯终端呈现至用户。
实际应用中，根据数据服务器3存储的历史数据与实时数据，用户可以查询管道实时状态与历史状态。
警报单元43，用于当根据所述数据服务器3发送的告警指令，通过通讯终端以短信或邮件方式向用户告警。
查询单元44，用于将用户通过通讯终端转发的系统工作状态查询指令、管道状态指令发送至显示单元42。
本发明中，所述系统配置信息包括用户管理信息、采集开始时间、采集时间长度。
本发明中，通讯终端可以是计算机终端，也可以是手机终端；通讯终端与终端服务器4之间通过网络联接。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述定位系统包括：数据采集模块、数据传输模块、数据服务器、终端服务器、全球定位系统；其中，数据采集模块包括安装在管网各水管每个采集点的传感器对，数据传输模块包括两个以上的数据传输器；数据传输器与传感器以一一对应的方式设置；各传感器之间通过全球定位系统实现采集时间同步；
传感器，用于根据数据传输器发送的采集指令采集管网中水管漏水信息，并根据数据传输器发送的传输指令将水管漏水信息发送至对应的数据传输器；还用于将传感器状态发送至数据传输器；
数据传输器，用于将终端服务器发送的采集指令、传输指令转发至传感器；将数据传输器状态、传感器发送的水管漏水信息与传感器状态通过因特网转发至数据服务器；
数据服务器，用于从数据传输器转发的水管漏水信息中提取传感器编码、采集日期，并以文件形式存储水管漏水信息；对水管漏水信息进行自适应滤波处理，从得到的滤波信息中提取并存储来自传感器对的漏水噪声加速度，对来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，根据是否成立来检测水管是否漏水：当成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向终端服务器发送告警指令后，从滤波信息中提取并存储待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、管道材质，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，根据漏点距首端的相对距离
确定泄漏点；还用于存储上述检测结果、泄漏时间、漏点距首端的相对距离r、数据传输器发送的存储传感器状态与数据传输器状态；其中，x为相关处理得到的各相关值的绝对值中的最大值，y为相关处理得到的各相关值的绝对值的平均值，δ为阈值，x、y、δ均为实数；
终端服务器，用于根据用户通过通讯终端发送的配置指令，以基于地理信息系统模式的可视化方式进行系统配置；通过因特网向数据传输器转发用户通过通讯终端发送的采集指令、传输指令；根据用户通过通讯终端发送管道状态查询指令，从数据服务器读取检测结果、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、泄漏时间、管道材质，并采用图表形式以基于地理信息系统模式的可视化方式通过通讯终端呈现至用户；根据数据服务器发送的告警指令，通过通讯终端以短信或邮件方式向用户告警；还用于根据用户通过通讯终端发送系统工作状态查询指令，将从数据服务器读取传感器状态与数据传输器状态通过通讯终端发送至用户。
2.根据权利要求1所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述水管漏水信息包括所述传感器编码、采集日期、漏水噪声加速度、管道材质、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测的相邻水管采集点传感器对的时间差Δt。
3.根据权利要求1所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述采集时间同步的误差小于1毫秒，所述泄漏点的定位误差小于1米。
4.根据权利要求2所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述数据服务器包括存储单元、滤波单元、相关处理单元、提取单元、定位单元；其中，
存储单元，用于根据提取单元发送的传感器编码、采集日期，以文件形式存储所述数据传输模块发送的漏水信息；存储相关处理单元发送的检测结果；存储提取单元发送待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、管道材质、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt、泄漏时间；还用于存储所述数据传输模块发送的传感器状态与数据传输器状态；
滤波单元，用于对水管漏水信息进行自适应滤波处理，并将得到的滤波信息发送至提取单元；
相关处理单元，用于对从存储单元读取的来自传感器对的漏水噪声加速度进行相关处理，根据
是否成立来检测水管是否漏水：当成立时，检测结果为水管没有发生漏水；当
成立时，检测结果为水管发生漏水，确定泄漏时间并向定位单元发送定位指令，同时，向终端服务器发送告警指令；将检测结果与泄漏时间发送至存储单元；
提取单元，用于将从所述数据传输模块转发的漏水信息中提取的传感器编码、采集日期发送至存储单元；将从滤波单元发送的滤波信息中提取的来自所述传感器对的漏水噪声加速度、管道材质、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt发送至存储单元；
定位单元，用于按照相关处理单元发送的定位指令，从存储单元读取待测水管相邻采集点之间的管道长度l、漏水噪声信号传播速度v、漏水噪声信号传播至待测水管相邻采集点传感器对的时间差Δt后，将待测水管相邻采集点中的一个采集点作为首端、另一个采集点作为末端，由漏点距首端的相对距离
确定泄漏点，并将漏点距首端的相对距离r发送至存储单元。
5.根据权利要求2或4所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述文件的名称包括传感器编码与采集日期。
6.根据权利要求1所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述终端服务器包括系统配置与工作指令发送单元、显示单元、警报单元、查询单元；其中，
系统配置与工作指令发送单元，用于根据用户通过通讯终端发送的配置指令，以基于地理信息系统模式的可视化方式进行系统配置，并将系统配置信息通过因特网发送至所述数据传输模块；通过因特网向所述数据传输模块转发用户通过通讯终端发送的采集指令、传输指令；
显示单元，用于根据查询单元发送的系统工作状态查询指令，从数据服务器读取传感器状态与数据传输器状态通过通讯终端发送至用户；根据查询单元发送的管道状态指令，从数据服务器读取检测结果、待测水管相邻采集点之间的管道长度l、来自传感器对的漏水噪声加速度、漏水噪声信号传播速度v、漏点距首端的相对距离r、泄漏时间、管道材质，并采用图表形式以基于地理信息系统模式的可视化方式通过通讯终端呈现至用户；
警报单元，用于当根据所述数据服务器发送的告警指令，通过通讯终端以短信或邮件方式向用户告警；
查询单元，用于将用户通过通讯终端转发的系统工作状态查询指令、管道状态指令发送至显示单元。
7.根据权利要求6所述的管网漏水实时监测定位系统，其特征在于，所述系统配置信息包括用户管理信息、采集开始时间、采集时间长度。
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