CN104614438A - 一种智能排水管道裂缝监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能排水管道裂缝监测系统，其特征在于所述监测系统包括裂缝监测模块，所述裂缝监测模块包括设置在排水管道接口处的裂缝计；数据采集传输模块，数据采集仪通过传输电缆采集裂缝计的实时监测数据，并将实时监测数据储存在内；数据接收模块，接收数据采集仪内的存储信息；智能管理模块，所述智能管理模块包括数字化管理应用平台和数字化管理发布平台，所述智能管理模块根据数据接收模块接收的数据，预测排水管道接口的三维裂缝变化趋势，如变化趋势接近报警临界值，或者排水管道接口的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台发布信号。本发明的优点在于实时监测、稳定运行、安装简单、使用寿命长、维护便捷、成本较低。

Description

一种智能排水管道裂缝监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及城市管道监测系统及方法领域，更具体地说，涉及一种智能排水管道裂缝监测系统及监测方法。

背景技术

城市排水管线是城市生命线的重要组成部分，其安全运行对于城市的经济社会健康发展意义重大，但由于排水管道规划、设计、施工和维护等方面的原因，城市排水管道接口多存在着破裂、塌陷、冒溢等各种问题。一旦发生，可能引发安全事故，会对污水输送、城市交通等造成严重干扰，且抢修成本较高、耗时长，因此对于排水管线的日常监测维护就显得十分必要。但传统的监测维护方法往往依靠人工巡视，效率低、成本高；或者以点带面、单个时间的仪器监测，不能说明长时间和大范围的管道情况。随着物联网技术逐步成熟，出现了实时监测排水系统设施设备变化情况的技术，例如中国专利《一种窨井井盖监测系》（专利号ZL201120561661.3），就公开了一种利用信息管理服务器和设置于窨井内的井盖状态监测仪获取窨井的井盖状态信息，并根据井盖状态信息判断窨井井盖异常状况的技术，但该套方案结构简单，技术不成熟，对于传感器系统本身维护不够，且排水管道内部复杂的水质、高浓度有毒有害气体和粉尘环境对传感器的损伤严重，造成其寿命过短，应用成本较高，而且实时将数据传输给监控中心，需要监测和传输设备24小时工作，功耗较大，电池更换频繁，且在城市排水管道裂缝监测上未得到应用。

因此，本领域的科技研发和工程技术人员致力于开发一种实时监测、运行稳定、安装简单、防护等级高、使用寿命长、维护便捷、综合成本较低的智能排水管道裂缝监测管理系统和方法。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种实时监测、稳定运行、安装简单、防护等级高、使用寿命长、维护便捷、成本较低的智能排水管道裂缝监测管理系统和方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种智能排水管道裂缝监测系统，所述排水管线包括排水管道，设置在排水管道之间的排水管道接口、检查井，其特征在于所述监测系统包括裂缝监测模块，所述裂缝监测模块包括设置在排水管道接口处的裂缝计，用于实时测量排水管道接口的三维裂缝变化数据；数据采集传输模块，所述数据采集传输模块包括数据采集仪，数据采集仪通过传输电缆采集裂缝计的实时监测数据，并将实时监测数据储存在内；数据接收模块，所述数据接收模块接收数据采集仪内的存储信息；智能管理模块，所述智能管理模块包括数字化管理应用平台和数字化管理发布平台，所述智能管理模块根据数据接收模块接收的数据，预测排水管道接口的三维裂缝变化趋势，如变化趋势接近报警临界值，或者排水管道接口的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台发布信号。

优选地，所述裂缝监测模块包括6个裂缝计以及传输电缆，所述6个裂缝计分3组，每组两个的方式布设在排水管道接口两端，且均与传输电缆连接。

优选地，裂缝计采用电感式感应器，分辨率和精度较高，温度适应性好，可在-10℃～+60℃的环境下均可正常工作。

优选地，裂缝计的长度介于300 mm～900 mm之间，裂缝计直径介于10 mm～20 mm之间。

优选地，裂缝计采用IP68最高等级防护，耐水压强度≥5 m。裂缝计的连杆、固定螺栓材质均不低于304材质不锈钢。

所述裂缝计上方设置导流防护罩，导流防护罩利用不锈钢螺栓安装在裂缝计上方的排水管道的管壁上。优选的，导流防护罩采用流线型设计，高强度工程塑料或材质不低于304型号的不锈钢。导流防护罩抗腐蚀，并可抵抗2.0 m/s水流冲刷和一般杂物冲击破坏。

所述传输电缆采用防水、防护电缆，并利用保护管穿管保护。优选的，保护管材质为高强度工程塑料或不低于304型号的不锈钢。

优选的，所述数据采集仪，可存储数据采集传输模块长达3个月的监测数据。

优选的，所述数据采集传输模块包括数据采集仪、RFID传感器、设施设备属性RFID标签、蓄电池，所述数据采集传输模块、蓄电池安放在集线箱内部，集线箱安装于排水管道检查井距井口0.8~1.5 m处的井壁上。蓄电池为数据采集仪、RFID传感器、裂缝计等设备供电。

优选的，所述集线箱，采用IP68防护等级，所有紧固件均采用抗强腐蚀的不低于304材质的不锈钢。集线箱底部安装有H₂S监测探头，实时监测境内腐蚀气体对设备的损坏情况。所述H₂S监测探头为高灵敏度优选探头，耐腐蚀性强，工作寿命较长。

优选的，设施设备属性RFID标签可内置排水管道、检查井的建造年代、权属单位、材质类型、管径、埋深等各类信息。

优选的，RFID传感器利用4G网络、GPRS技术与数据接收模块进行数据传输。RFID传感器在不工作时进入休眠状态，提高了高性能蓄电池的工作时间。

优选的，所述高性能蓄电池为锂电池，可满足整个系统连续工作3个月。

本发明的另一个目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够实时监测、稳定运行、维护便捷的一种智能排水管线裂缝监测系统的监测方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种智能排水管线裂缝监测系统的监测方法，所述排水管线包括排水管道，设置在排水管道之间的排水管道接口、检查井，其特征在于排水管道接口处设置裂缝计，排水管道检查井井壁上设置集线箱，集线箱内设置数据采集仪和蓄电池，检查井井盖背面设置RFID传感器、设施设备属性RFID标签，所述监测方法包括实时监控模式，所述实时监控模式包括裂缝计实时连续测量排水管道接口的三维裂缝变化数据；数据采集仪通过传输电缆采集裂缝计的实时监测数据，并将监测信息储存在内；数据采集仪通过RFID传感器将存储信息传输给监控中心的数据接收模块；智能管理模块根据数据接收模块的接收数据，利用数字化管理应用平台，将排水管道接口的三维裂缝变化数据，形成分条显示的历史记录数据库，并绘制长时间序列的变化图，预测变化趋势；如变化趋势接近数字化管理应用平台设定的报警临界值，或者排水管道接口的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台发布信号，排水管线管理人员奔赴现场进行处理处置；到达现场后，排水管线管理人员利用手持读卡设备，读取设施设备属性RFID标签内置的各类信息，处理处置排水管道各种问题。

所述方法还包括巡线模式：排水管线巡线人员，根据数字化管理应用平台的设定周期，对排水管道进行例行巡检；当排水管理巡线人员接近预定的巡检对象时，利用手持的手持读卡设备读取设施设备属性RFID标签内置各类信息，对排水管道进行检查，手持读卡设备进行电子打卡，并传输存储模块存储的长期数据；根据数字化管理应用平台的设定周期，排水管线巡线人员对高性能蓄电池充电；RFID传感器将排水管线巡检人员的巡检记录与管理应用单元进行实时上传。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、利用裂缝计对排水管道接口的三维裂缝变化进行实时监控，高效的获取实时状态信息，以便对突发状况进行及时处理，系统适用范围广，尤其适合排水管线量多且分布分散情况下，节省大量的人力物力；

2、所述设备保护模块，均采用高强度工程塑料或不低于304材质不锈钢材，设备使用寿命长，减少了维护频次。

3、所述数据采集传输模块通过数据采集仪自身的存储功能，每天仅向控制中心传输2次数据，不工作时间处于休眠状态，减少了能耗，延长了电池的工作时间。

4、设备自动化程度高，减少了操作人员进入排水管道检查井工作的危险性。

5、系统自动化控制，全过程信息化管理，运行稳定，易于日常化管理。

6、系统能实现对城市排水管线的日常养监测，及时进行排水管道的预防性维修以及抢修过程的快速化、智能化、标准化。

附图说明

图1为一种智能排水管道裂缝监测系统的原理示意图。

图2为一种智能排水管道裂缝监测系统的结构剖面示意图。

图3为裂缝计安装位置示意图。

图4为裂缝计及导流防护罩安装剖面示意图。

图5为裂缝计及导流防护罩安装俯视示意图。

图6为排水管道接口裂缝测量计算原理图。

其中1、排水管道，2、排水管道接口，3、检查井，4、井盖、5、裂缝监测模块，6、设备保护模块，7、数据采集传输模块，8、H₂S监测探头，9、数据接收模块，10、智能管理模块，51、裂缝计、52、传输电缆，61、导流防护罩，62、传输电缆保护管，71、数据采集仪，72、RFID传感器，73、设施设备属性RFID标签，74、高性能蓄电池，75、集线箱，101、数字化管理应用平台，102、数字化管理发布平台。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1和图2所示，一个实施例中，一种智能排水管道裂缝监测系统包括排水管道1、排水管道接口2、检查井3、井盖4、裂缝监测模块5、设备保护模块6、数据采集传输模块7、H₂S监测探头8、数据接收模块9和智能管理模块10。裂缝监测模块5包括裂缝计51、传输电缆52。设备保护模块6包括导流防护罩61和传输电缆保护管62。数据采集传输模块7包括数据采集仪71、RFID传感器72、设施设备属性RFID标签73、高性能蓄电池74和集线箱75。智能管理模块10包括数字化管理应用平台101和数字化管理发布平台102。

如图2所示，6个裂缝计51分三组布设在排水管道接口2两端0、3和9点种方向。传输电缆52将裂缝计51的实时监测数据接出，传输电缆52通过传输电缆保护管62穿管保护。数据采集仪71通过传输电缆52连接裂缝计51。数据采集仪71、高性能蓄电池74安装在集线箱75内，集线箱75安装于检查井3井壁上。H₂S监测探头8安装集线箱75外侧底部。设施设备属性RFID标签73、RFID传感器72安装在井盖4反面。RFID传感器72通过4G网络、GPRS技术与数据接收模块9进行数据传输。

如图2所示，数据采集仪71，可存储数据采集传输模块7长达3个月的监测数据。

如图2所示，集线箱75距离井盖4约1m，为最高的IP68防护等级，防潮、防尘、防腐蚀，内部预留传输电缆52线长为5 m，方便将集线箱75拿出检查井3更换高性能蓄电池74。

如图2和图3所示，6个裂缝计51分3组布设在排水管道接口2两端的0、3和9点钟方向。如图3所示，每组的2个裂缝计51的一端固定于排水管道接口2一侧的一个共同固定点上，所述2个裂缝计51的另一端则分别固定于排水管道接口2的另一侧的两个固定点，2个裂缝计51的夹角呈60度。

如图4、图5所示，导流防护罩61为流线型设计，高强度工程塑料或材质不低于304型号的不锈钢，抗腐蚀，并可抵抗2.0 m/s水流冲刷和一般杂物冲击破坏。

如图4、图5所示，导流防护罩61通过固定点，利用不锈钢螺栓安装在裂缝计51上方的排水管道1的管壁上。传输电缆52将裂缝计51的实时监测数据接出，传输电缆52通过传输电缆保护管62穿管保护。

如图4、图5所示，裂缝计51采用电感式感应器，分辨率和精度较高，温度适应性好，可在-10℃～+60℃的环境下均可正常工作。裂缝计51的长度介于300 mm～900 mm之间。裂缝计51直径介于10 mm～20 mm之间。裂缝计51采用IP68最高等级防护，耐水压强度≥5 m。裂缝计51的连杆、固定螺栓材质均不低于304材质不锈钢。

如图5所示，传输电缆52采用防水、防护电缆，并利用保护管62穿管保护。保护管材质为高强度工程塑料或不低于304型号的不锈钢。

如图6所示，根据勾股定理，利用三组裂缝计51组成的裂缝监测模块5的实时监测数据，便可计算出排水管道接口2的三维裂缝、沉降和位移数据。

（1）安装裂缝计51时，测量BD与CD间的准确长度，获取BD与CD的长度作为初始长度b与c。一般BC长度控制在600 mm之内。其中D点为每组两个裂缝计的共同固定点，B、C分别为两个裂缝计的固定点，b为BD的距离，即第一裂缝计的测量值，c为CD的距离，即第二裂缝计的测量值，假设BC的中点为O点。

（2）D点相对于O点的坐标为：

（3）利用裂缝计51的监测数据，计算出x与y的坐标变化增量△x、△y，△x>0表示缝拉伸，反之压缩。当△y>0时，D顺缝向C位移。

（4）通过数字化管理应用平台101的专用排水管道裂缝监测计算软件，三组裂缝计51组成的裂缝监测模块5的实时监测数据，可计算出x、y、z三个方向的排水管道接口的裂缝、沉降和位移数据。

如图1和图2所示，当一种智能排水管道裂缝监测系统处于实时监控模式状态时：

（1）裂缝计51以1次/min的采集模式实时连续测量排水管道接口2的裂缝变化数据；

（2）数据采集仪71通过传输电缆52采集裂缝计51的实时监测数据，并将监测信息储存在内；

（3）数据采集仪71将获取的获取信息存储下来，每天2次通过RFID传感器72将存储信息通过4G网络、GPRS技术传输给监控中心的数据接收模块9，RFID传感器72在不工作时处于休眠状态；

（4）智能管理模块10根据数据接收模块9的接收数据，利用数字化管理应用平台101的专用排水管道裂缝监测计算软件，计算出排水管道接口2的三维裂缝变化数据，形成分条显示的历史记录数据库，并绘制长时间序列的变化图，预测变化趋势，所述专用排水管道裂缝监测计算软件的算法为现有技术，在此不再赘述；

（5）如排水管道接口2的裂缝变化趋势接近数字化管理应用平台101设定的报警临界值，或者排水管道接口2的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台102发布信号，排水管线管理人员根据预案奔赴现场进行处理处置；

（6）到达现场后，排水管线管理人员利用手持读卡设备，读取设施设备属性RFID标签73内置的排水管道、检查井的建造年代、权属单位、材质类型、管径、埋深等各类信息，快速处理处置排水管道的破裂、塌陷、冒溢、误判等各种问题。

如图2所示，当一种智能排水管道裂缝监测系统处于巡线模式状态时：

（1）排水管线巡线人员，根据数字化管理应用平台101的设定周期，对排水管道1进行例行巡检；

（2）当排水管理巡线人员接近预定的巡检对象时，利用手持的手持读卡设备读取设施设备属性RFID标签73内置的排水管道、检查井的建造年代、权属单位、材质类型、管径、埋深等各类信息，巡视周边环境情况，手持读卡设备进行电子打卡，并传数据采集以71存储的长期数据；

（3）根据数字化管理应用平台101的设定周期，排水管线巡线人员对高性能蓄电池74充电。充电前，巡线人员打开检查井3的井盖4，利用手持的手持读卡设备读取H₂S监测探头8的读数，当检查井3中H₂S浓度处于安全范围内时，巡线人员为高性能蓄电池74充电；当H₂S浓度超标时，经过一定时间的通风透气H₂S浓度处于安全范围后，巡线人员为高性能蓄电池74充电。

（4）RFID传感器72，通过4G网络、GPRS技术，将排水管线巡检人员的巡检记录实时上传到智能管理模块10，供管理部门对巡线人员工作情况进行监督、考核。

Claims (8)

1.一种智能排水管道裂缝监测系统，所述排水管线包括排水管道，设置在排水管道之间的排水管道接口、检查井，其特征在于所述监测系统包括裂缝监测模块，所述裂缝监测模块包括设置在排水管道接口处的裂缝计，用于实时测量排水管道接口的三维裂缝变化数据；数据采集传输模块，所述数据采集传输模块包括数据采集仪，数据采集仪通过传输电缆采集裂缝计的实时监测数据，并将实时监测数据储存在内；数据接收模块，所述数据接收模块接收数据采集仪内的存储信息；智能管理模块，所述智能管理模块包括数字化管理应用平台和数字化管理发布平台，所述智能管理模块根据数据接收模块接收的数据，预测排水管道接口的三维裂缝变化趋势，如变化趋势接近报警临界值，或者排水管道接口的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台发布信号。

2.权利要求1所述的智能排水管道裂缝监测系统，其特征在于所述裂缝监测模块包括6个裂缝计以及传输电缆，所述6个裂缝计分3组，每组两个的方式布设在排水管道接口两端，且均与传输电缆连接。

3.权利要求2所述的智能排水管道裂缝监测系统，其特征在于裂缝计的长度介于300 mm～900 mm之间，裂缝计直径介于10 mm～20 mm之间。

4.权利要求1所述的智能排水管道裂缝监测系统，其特征在于所述数据采集传输模块包括数据采集仪、RFID传感器、设施设备属性RFID标签、蓄电池，所述数据采集传输模块全部安放在集线箱内部，集线箱安装于排水管道检查井距井口0.8 m ~1.5 m处的井壁上。

5.权利要求4所述的智能排水管道裂缝监测系统，其特征在于集线箱底部安装有H₂S监测探头。

6.一种智能排水管线裂缝监测系统的监测方法，所述排水管线包括排水管道，设置在排水管道之间的排水管道接口、检查井，其特征在于所述监测方法包括实时监控模式，所述实时监控模式包括裂缝计实时连续测量排水管道接口的三维裂缝变化数据；数据采集仪通过传输电缆采集裂缝计的实时监测数据，并将监测信息储存在内；数据采集仪通过RFID传感器将存储信息传输给监控中心的数据接收模块；智能管理模块根据数据接收模块的接收数据，利用数字化管理应用平台，将排水管道接口的三维裂缝变化数据，形成分条显示的历史记录数据库，并绘制长时间序列的变化图，预测变化趋势；如变化趋势接近数字化管理应用平台设定的报警临界值，或者排水管道接口的三维裂缝变化数据异常，数字化管理发布平台发布信号，排水管线管理人员奔赴现场进行处理处置；到达现场后，排水管线管理人员利用手持读卡设备，读取设施设备属性RFID标签内置的各类信息，处理处置排水管道各种问题。

7.如权利要求6所述的一种智能排水管线裂缝监测系统的监测方法，其特征在于所述方法还包括巡线模式：排水管线巡线人员，根据数字化管理应用平台的设定周期，对排水管道进行例行巡检；当排水管理巡线人员接近预定的巡检对象时，利用手持的手持读卡设备读取设施设备属性RFID标签内置各类信息，对排水管道进行检查，手持读卡设备进行电子打卡，并传输存储模块存储的长期数据；根据数字化管理应用平台的设定周期，排水管线巡线人员对高性能蓄电池充电；RFID传感器将排水管线巡检人员的巡检记录与管理应用单元进行实时上传。

8.如权利要求7所述的一种智能排水管线裂缝监测系统的监测方法，其特征在于充电前，巡线人员打开检查井的井盖，利用手持的手持读卡设备读取H₂S监测探头的读数，当检查井中H₂S浓度处于安全范围内时，巡线人员为蓄电池充电；当H₂S浓度超标时，经过一定时间的通风透气H₂S浓度处于安全范围后，巡线人员为蓄电池充电。