CN104950343B - 基于光纤传感的井盖监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的井盖监测系统及方法，其中检测系统包括：探测光纤、信号解调分析设备、状态综合分析设备和图形界面显示设备；其中探测光纤包括多根光纤，多根光纤使多个井盖组成了井盖监测网络；信号解调分析设备与探测光纤连接，状态综合分析设备与信号解调分析设备连接，图形界面显示设备与信号分析设备连接。本发明对井盖的检测范围较大，定位精度较高，且监测性能不受外界环境因素的影响。

Description

基于光纤传感的井盖监测系统及方法

技术领域

本发明涉及井盖检测，尤其涉及一种基于光纤传感的井盖监测系统及方法。

背景技术

随着城市的发展，城市地埋井盖数量越来越多，井盖的存在方便了工作人员对于地下污水管道的维护，便利了工作人员对地下管道拥堵的疏通。但随之也带来了一些不利影响，由于井盖本身具有一定价值，易出现井盖被盗的情况，致使交通出现各种状况，以及行人时常因井盖缺失而不慎落“井”的情况，给国家经济及公民的人生安全带来了极大的损失。目前井盖丢失或破损事件多依赖于人工巡查和市民投诉，在发生井盖丢失后不能迅速报警和采取有力措施，大大增加了行人或车辆陷入检查井的风险。因此现今提出了各种防止井盖被盗以及对井盖开盖报警的措施。

专利(CN 103778404 A)中涉及的智能井盖需要人员手持相关设备巡检发现故障点,进行相应的经纬度定位。专利(CN 103778404 A、CN201210472719、CN201310368793、CN201410014727、CN201410441597、CN201410778131、CN201410778472、CN201420419008)中所涉及的井盖监测系统主要是电类传感器及无线通信设备实现组网及定位；但在实际井盖的使用环境比较恶劣，例如温差大、油水汽等，现场供电难度较大、环境适应能力差，定期需要人员进行相应的巡检维护成本高等问题；为解决上述问题，本发明提供一种基于光纤传感的井盖监测系统，其是一种无源传感系统，具有组网容易、定位准确、少维护、环境适应能力强等特点，具有很强的实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有较大的检测范围，定位精度较高，监测性能不受外界环境因素的影响的基于光纤传感的井盖监测系统及方法。

本发明提供了一种基于光纤传感的井盖监测系统，该检测系统包括：探测光纤、信号解调分析设备、状态综合分析设备和图形界面显示设备；

其中探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定预设长度的光纤，每根光纤同时监测多个井盖，多根光纤使多个井盖组成了井盖监测网络；

信号解调分析设备与探测光纤连接，同时监测并解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，如果存在，则将突变点状态及信息存入数据库并输出给状态综合分析设备；

状态综合分析设备与信号解调分析设备连接，根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态，并进行综合分析后得到井盖的状态及位置信息；

图形界面显示设备与信号分析设备连接，在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。

本发明所述的系统中，状态综合分析设备在根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态时，如果一段时间内井盖状态连续出现多次相同的状态，则确认井盖状态发生了变化。

本发明所述的系统中，如果井盖状态发生了改变，图形界面显示设备还生成告警通知，以告知相应的管理人员进行处理。

本发明所述的系统中，信号解调分析设备具体用于连续监测一段时间并进行累积平均，去除信号解调设备本身引入的随机噪声，将此光纤探测曲线作为探测的基准曲线P0，当井盖的状态发生变化时，再连续探测一段时间光纤探测曲线，然后对光纤探测曲线进行累积平均，得到监测曲线P1；对比监测曲线P1和基准曲线P0，计算Pi＝P1-P0；之后，对Pi进行微分运算得到Pi′；再根据微分结果判断是否存在状态突变点。

本发明还提供了一种基于光纤传感的井盖监测方法，包括以下步骤：

通过探测光纤将多个井盖组成井盖监测网络，探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定预设长度的光纤，每根光纤同时监测多个井盖；

监测并解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，则将突变点状态及信息存入数据库并输出；

根据输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态，并进行综合分析得到井盖的状态及位置信息；

在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。

本发明所述的方法中，在根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态时，如果一段时间内井盖状态连续出现多次相同的状态，则确认井盖状态发生了变化。

本发明所述的方法中，还包括步骤：

如果井盖状态发生了改变，图形界面显示设备还生成告警通知，以告知相应的管理人员进行处理。

本发明所述的方法中，步骤“检测是否存在状态突变点”具体为：

连续监测一段时间并进行累积平均，去除信号解调设备本身引入的随机噪声，将此光纤探测曲线作为探测的基准曲线P0；

当井盖的状态发生变化时，再连续探测一段时间光纤探测曲线，然后对光纤探测曲线进行累积平均，得到监测曲线P1；

对比监测曲线P1和基准曲线P0，计算Pi＝P1-P0；

对Pi进行微分运算得到Pi′；

根据微分结果判断井盖状态是否存在状态突变点。

本发明产生的有益效果是：本发明通过探测光纤使多个井盖组成井盖监测网络，其是一种无源传感系统，具有组网容易，检测范围大，少维护、环境适应能力强等特点。通过信号解调分析设备解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，再根据突变点状态及信息进行综合分析得到井盖的状态及位置信息，并通过图形界面显示，实现精度较高的定位，且监测性能不受外界环境因素的影响，具有很强的实际应用价值。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例基于光纤传感的井盖监测系统结构示意图；

图2为本发明实施例的图形界面显示设备的显示界面；

图3为本发明实施例基于光纤传感的井盖监测方法流程图；

图4为本发明实施例正常状态光纤探测曲线；

图5为本发明实施例状态改变时光纤探测曲线；

图6为本发明实施例的差分曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的基于光纤传感的井盖监测系统，基于光时域反射技术，具有较大的检测范围，定位精度较高，监测性能不受外界环境因素的影响。

本发明实施例的监测井盖的遍布范围可以达到240km，其监测的精度可达到1.5m；其系统构架如图1所示，本发明实施例的井盖监测系统主要包括探测光纤、信号解调分析设备、状态综合分析设备和图形界面显示设备，其中光纤固定于井盖下，每个井盖下面固定1～3m的光纤，1根光纤可以监测许多井盖，信号解调分析设备可以同时监测分析多条光纤探测曲线，所有井盖组成了井盖监测网络。当井盖状态发生改变时，光纤的探测曲线相应的发生变化，信号解调分析设备解析光纤的探测曲线，并根据探测曲线分析井盖状态，并把井盖状态输入状态综合分析设备，通过综合分析后给出井盖的状态信息，最后通过图形界面显示设备在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。如通过GIS图形界面软件，通过井盖在光纤上的距离信息并通过GIS图形界面软件定位展示异常井盖状态的位置信息，如图2所示。

本发明实施例基于光纤传感的井盖监测方法，包括以下步骤：

通过探测光纤将多个井盖组成井盖监测网络，探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定预设长度的光纤，每根光纤同时监测多个井盖；

监测并解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，则将突变点状态及信息存入数据库并输出；

根据输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态，并进行综合分析得到井盖的状态及位置信息；

在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。

如图3所示，本发明的一个实施例中，信号解调分析设备根据光线探测曲线的变化，检测是否存在状态突变点，如果不存在则返回；如果存在则状态点及信息存入数据库并输出给综合状态分析模块进行分析；综合状态分析模块统计井盖历史状态，如果一段时间内(如10s)井盖状态连续出现多次(如5次)相同的状态，则确认井盖状态发生了变化，否则返回；如果井盖状态发生了改变，图形界面显示设备通过查询该井盖的信息，在图形界面上定位井盖地理位置及状态并通知相应的管理人员进行处理(复核、检修等)。

其中信号解调分析设备的具体流程如下：当井盖状态未发生变化时，光纤探测曲线如图4所示，连续监测一段时间(如10s)并进行累积平均去除解调设备引入的随机噪声，此光纤探测曲线作为探测的基准曲线P0。当井盖的状态发生变化时，光纤的状态也会发生相应的改变，通过信号解调系统获取光纤探测曲线，如图5所示，连续探测一段时间(如3s)光纤曲线，然后对光纤探测曲线进行累积平均得到监测曲线P1；然后对比监测曲线P1和基准曲线P0，即Pi＝P1-P0；之后，对Pi进行微分运算得到Pi′，如图6所示；对微分结果进行判断，从而定位井盖状态发生改变的位置及井盖的状态，譬如当Pi′>1.5且Pi′<4时，井盖位置为倾斜，需要通知相关人员进行相应的处理，或提示相应的人员；当Pi′>＝4.5且Pi′<10时，井盖被打开；而当井盖被盗时，Pi′>＝15,发出井盖被盗报警。故当井盖状态发生改变时，基于光纤传感的井盖监测系统能有效的检测状态改变信息。

同时因光纤的物理化学的稳定性，当井盖环境发生变化时(漫水、高温、严寒等环境)，其光纤的状态不会发生本质的变化，故基于光纤传感的井盖监测系统具有很强的适应能力及可靠性。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于光纤传感的井盖监测系统，其特征在于，该监测系统包括：探测光纤、信号解调分析设备、状态综合分析设备和图形界面显示设备；

其中探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定1~3m的光纤，每根光纤同时监测多个井盖，多根光纤使多个井盖组成井盖监测网络；

信号解调分析设备与探测光纤连接，同时监测并解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，如果存在，则将突变点状态及信息存入数据库并输出给状态综合分析设备；

状态综合分析设备与信号解调分析设备连接，根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态，并进行综合分析后得到井盖的状态及位置信息；

图形界面显示设备与状态综合分析设备连接，在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，状态综合分析设备在根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态时，如果一段时间内井盖状态连续出现多次相同的状态，则确认井盖状态发生了变化。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，如果井盖状态发生了改变，图形界面显示设备还生成告警通知，以告知相应的管理人员进行处理。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，信号解调分析设备具体用于连续监测一段时间并进行累积平均，去除信号解调分析设备本身引入的随机噪声，将此光纤探测曲线作为探测的基准曲线P0，当井盖的状态发生变化时，再连续探测一段时间光纤探测曲线，然后对光纤探测曲线进行累积平均，得到监测曲线P1；对比监测曲线P1和基准曲线P0，计算Pi=P1-P0；之后，对Pi进行微分运算得到Pi’；再根据微分结果判断是否存在状态突变点。

5.一种基于光纤传感的井盖监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过探测光纤将多个井盖组成井盖监测网络，探测光纤包括多根光纤，每个井盖下方固定1~3m的光纤，每根光纤同时监测多个井盖；

监测并解析多条光纤的探测曲线，检测是否存在状态突变点，如果存在，则将突变点状态及信息存入数据库并输出；

根据输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态，并进行综合分析得到井盖的状态及位置信息；

在图形界面上定位异常井盖状态的位置信息及状态。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在根据信号解调分析设备输出的突变点状态及信息，统计井盖的历史状态时，如果一段时间内井盖状态连续出现多次相同的状态，则确认井盖状态发生了变化。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括步骤：

如果井盖状态发生了改变，图形界面显示设备还生成告警通知，以告知相应的管理人员进行处理。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤“检测是否存在状态突变点”具体为：

连续监测一段时间并进行累积平均，去除信号解调分析设备本身引入的随机噪声，将此光纤探测曲线作为探测的基准曲线P0；

当井盖的状态发生变化时，再连续探测一段时间光纤探测曲线，然后对光纤探测曲线进行累积平均，得到监测曲线P1；

对比监测曲线P1和基准曲线P0，计算Pi=P1-P0；

对Pi进行微分运算得到Pi’；

根据微分结果判断井盖状态是否存在状态突变点。