CN105225432B - 地下管网预警系统和预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下管网预警系统和预警装置，包括控制中心，控制中心连接有至少一条预警线路；预警线路用于铺设在高于地下管网所在深度的土层中；预警线路包括从首节点到尾节点依次串联的若干通信节点，首节点连接用于发出报警信号的控制中心；相邻的通信节点之间设有连接电缆，连接电缆通过电连接器连接对应的通信节点，连接电缆至少用于各通信节点与控制中心的通信；电连接器用于在外力影响下切断其所在位置的连接电缆与对应通信节点之间的连接。本发明的方案，能够很好的解决地下管网的保护；采用有线方式实现通信和供电，能够有效、准确进行定位。

Description

地下管网预警系统和预警装置

技术领域

本发明涉及一种地下管网预警系统和预警装置。

背景技术

本文中，地下管网是指电力电缆、信号电缆、通信光缆，以及自来水管道、燃气管道等铺设在地下若干深度的线路或管道。

地下管网在铺设完成之后的使用过程中会遇到由于施工、人为破坏等人为外力影响或者其他突发情况，如地震、爆炸、地面塌陷等非人为外力影响而导致的破坏，轻则破坏管网的正常工作，重则导致严重的安全事故。因此需要设计行之有效、施工简便、低成本的预警装置，防止地下管网遭受外力破坏。

预警装置需要实现如下几个功能：

●遇到施工导致的外力时能提前预警，为制止破坏管网的行为提供有效的处置时间。

●可以对外力所发生的位置进行定位。

●不影响管网已有系统的工作。

●装置发生故障时，不影响其他系统的工作。

现有技术中，有针对特殊管线的预警装置，如在燃气管道上安装的预警装置，一般配置有气体传感器，用于检测是否发生气体泄漏，还设有GPS、GPRS通信模块，用于定位以及与主控系统的通信。然而，这种方式采用的无线通信技术在地下的应用中效果不佳。而且这种方式是针对气体、液体泄漏等，并没有针对外力破坏而提出的具体方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下管网预警系统及预警装置，用以解决外力破坏而导致地下管网受损的预警问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

一种地下管网预警系统，包括控制中心，控制中心连接有至少一条预警线路；预警线路用于铺设在高于地下管网所在深度的土层中；预警线路包括从首节点到尾节点依次串联的若干通信节点，首节点连接用于发出报警信号的控制中心；相邻的通信节点之间设有连接电缆，连接电缆通过电连接器连接对应的通信节点，连接电缆至少用于各通信节点与控制中心的通信；电连接器用于在外力影响下切断其所在位置的连接电缆与对应通信节点之间的连接。

进一步的，所述预警线路沿对应的地下管网铺设，各通信节点等距设置。

进一步的，所述电连接器为摩擦式电连接器、磁性电连接器或者弹性电连接器。

进一步的，所述连接电缆为用于供电和载波通信的电源线，或者连接电缆包括电源线与通信线。

进一步的，控制中心通过所述连接电缆向各通信节点单向供电。

进一步的，所述地下管网预警系统还设有用于连接中继电源的转接设备，所述转接设备连接在连接电缆的电源线上。

本发明还提供了一种地下管网预警装置，包括通信节点、连接电缆和电连接器。

进一步的，所述通信节点、连接电缆和电连接器之间的连接关系是下面三种方式的一种：第一种方式：通信节点与连接电缆分体设置，节点与连接电缆上分别设置对应适配的电连接器；第二种方式：通信节点与一条连接电缆一体设置，连接电缆端头与通信节点上分别设置对应适配的电连接器；第三种方式：通信节点与两条连接电缆一体设置，两条连接电缆端头分别设置电连接器。

进一步的，所述电连接器为摩擦式电连接器、磁性电连接器或者弹性电连接器。

本发明的预警系统方案，“外力影响”是指：在人为或非人为的外力作用下，影响预警线路所在土层，或者直接接触到预警线路的情况，这些情况都会导致对应位置的电连接器松脱，对应的节点及其之后节点都无法与控制中心通信。控制中心对收到的信号进行分析，可以对受外力破坏处进行定位，通知工作人员进行处理。本发明的方案，能够很好的解决地下管网的保护；采用有线方式实现通信和供电，能够有效、准确进行定位；整个系统由多个相同的预警装置组装而成，现场装配方便快捷。

各通信节点等距设置，非常方便进行定位。

附图说明

图1是预警系统实施例1的结构原理图；

图2是预警系统实施例2的结构原理图；

图3是土层应力分析示意图；

图4是预警线路铺设示意图；

图5、6是两种连接电缆实施方式示意图；

图7是通信节点结构原理图；

图8、图9、图10分别是通信节点、连接电缆和电连接器之间的具体连接关系的三种实施方式示意图；

图11是摩擦式电连接器示意图；

图12是磁力式电连接器示意图；

图13、14是两种弹性式电连接器示意图；

图15、16、图17分别是三种中继供电方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

预警系统实施例1

一种用于自来水管道的地下管网预警系统，包括控制中心，控制中心连接有两条预警线路。预警线路用于铺设在高于地下管网所在深度的土层中；预警线路包括从首节点到尾节点依次串联的若干通信节点，首节点连接用于发出报警信号的控制中心；相邻的通信节点之间设有连接电缆，连接电缆通过电连接器连接对应的通信节点，连接电缆用于各通信节点与控制中心的通信，以及由首节点到尾节点方向的单向供电；电连接器用于在外力影响下切断其所在位置的连接电缆与对应通信节点之间的连接。

上述通信节点为简单通信节点，具有基本通信功能，按照设定的协议与主控中心进行通信，以下简称节点。如图7所示为一种节点的实施方式，包括电路模块和对应的通信线、供电线，其通信线和供电线与节点之间的连接电缆对应连接，从而实现从前一级节点取电，以及通信。其电路模块可以采用多种结构形式。关于通信方式、电路具体结构等均属于现有技术，且与本发明的主要构思无关，因此在此不进行过多叙述。

本发明的基本原理是：

节点和控制中心进行通信，控制中心接收到所有节点的信号则整个预警线路正常，表明预警线路所在土层没有受到影响，控制中心认为预警线路下方对应的管网正常。外力在破坏预警线路时，预警线路所在土层时必然受到外力影响，或者预警线路直接受到影响(如被直接接触)，将导致对应位置的电连接器松脱(电连接器上的应力必须达到一定阈值才会松脱，可以通过实验确定该阈值，避免自然环境变化产生误报警)，对应的节点就会从系统中脱离。此时，称该节点为故障点，故障点及其之后(远离控制中心的)节点都无法获得供电，也无法与控制中心通信，而故障点之前的节点不受影响。控制中心对收到的信号进行分析，可以对故障点进行精确的定位，从而对受外力破坏处进行定位。

下面进行具体说明。

设地下管网埋设在x毫米深度处，在地上施工导致破坏管网时，会经过预警线路所在土层(即图3中虚线之间的土层)；在其他外力，如下方发生爆炸，也会影响该土层。该土层受到影响时，或者是预警线路被直接接触时，都将导致节点松脱。

因此，预警线路选择在距离地面y毫米，0<y<x深度处铺设。在一般情况下，位于该深度的土层不会产生变化，系统不会产生报警信号。在施工时，挖掘到该深度的土层后，系统产生报警信号，此时还需要一段时间才能挖掘到x毫米深度处的管网，从而提供了有效的处置时间。

本实施例中，各节点等距设置，间距为n米。在s米处出现破坏，则会导致第i(s/n除的结果向下取整)个节点及后续节点通信中断，控制中心根据检测到的节点信号(第i个节点之前的节点)和应该检测但是检测不到的节点信号(第i个节点及后续节点通信中断)，可以判断出具体的破坏外置，并报警提示。

作为其他实施方式，各节点也不可以不等距设置，此时控制中心需要记录各节点间距离以便于计算。

对于一条预警线路来说，应当沿其对应的地下管线/管道铺设，最好铺设为直线，也可以沿管线形状铺设为折线。如果铺设为折线，当发现某个节点及其后续节点无信号时，在计算施加外力的位置时，还应考虑到实际铺设时的弯折情况。如图4(a)、(b)所示的那样，如果同样是5号节点及其后接口无信号，那么考虑弯折时的计算结果与直线时是不同的，具体计算过程十分简单，在此不进行过多叙述。

实际上，控制中心可以连接多条预警线路，每条预警线路可以向任意方向铺设，比如：向前后左右四个方向铺设预警线路。还可以在同一方向上铺设多条，比如：在同一方向上铺设两条以上预警线路，各预警线路之间留有一定间距，这样能够对更大范围的区域提供预警保护。

本实施例中的控制中心，具有报警和显示功能，还可以在控制中心上增加网络接口，与远程终端或网络的通信，实现信息共享。控制中心可以采用嵌入式处理器或者PC等实现，用嵌入式处理器或者PC等实现报警显示属于常规技术手段，在此不做赘述。

施工时：在y毫米深度每隔n米布设一个通信节点。所有节点间用连接电缆连接。连接电缆连接节点时保持紧绷状态。然后用土覆盖装置。报警后，连接电缆断开或者连接电缆从节点上脱离。维护人员在现场把电缆重新连接到节点上即可。

本实施例中，预警系统用于自来水管道，作为其他实施方式，也可以用于各种其他地下管网，如电缆网络、燃气管路等等。

下面着重介绍通信节点的供电设计。

本实施例中，控制中心负责向整个预警线路单向供电。在预警线路较长的情况下，为了保证整个预警线路的电力供应，还可以每隔若干米增加一些转接设备，用于连接地上的中继电源，将中继电源的电压转换为低压直流电连接到地下。

如图15所示，中继电源通过转接设备连接到通信节点之间的连接电缆上，即连接电缆中的电源线上。连接处进行处理保证牢固的接触即可。

为了便于施工和进行现场连接处理的不便，如图16所示，中继电源还可以通过转接设备连接到其中一些节点上，这些节点为电源节点。电源节点可以采用与其他普通通信节点相同的结构，在普通通信节点的基础上增加一个用于连接转接设备的接口即可。电源节点可以不配置通信功能。电源节点也可以是与普通通信节点不同的，根据要求定制的节点。转接设备也可以与这些电源节点集成在一起。

另外，如图17所示，中继电源也可以是地下供电线路。

在有中继电源供电的情况下，在外力影响造成节点松脱时，节点供电可能不受影响，但对应节点及其后节点与控制中心的通信仍会中断。

关于对通信节点的供电，还有一种方式，即是每个通信节点中安装储能单元，如小型纽扣电池。这种情况下，连接电缆仅负责通信。

预警系统实施例2

如图2所示，与预警系统实施例1的区别仅在于，本实施例中控制中心连接的预警线路仅向一个方向延伸。当然，该方向上可以有至少两条预警线路。

预警装置实施例

预警装置包括上述实施例中的通信节点，以及接线缆和电连接器。

每个节点均需要电源供电，并且节点与控制中心间需要通信，因此连接电缆必须具备通信和供电功能。一种实施方式如图5，分别设置通信线(如RS485、CAN总线等)和电源线。另一种实施方式如图6所示，只设置电源线，采用电力线载波的方式实现通信。即在节点和连接电缆中只设计一对电缆，既传递能量也传递通信信号。

关于节点、连接电缆和电连接器之间的具体连接关系，包括下面三种方式：

第一种方式，节点与连接电缆分体设置，节点与连接电缆上分别设置对应适配的电连接器：

如图8，每个节点均具有两个接口，每个接口均用于连接相邻的节点。节点1、节点2和它们之间的连接电缆L1，节点1上设置插座，L1对应设置插头；同样的，节点2上设置插座，L1上对应设置插头。即节点两端设置两个插座，连接电缆两端设置与之相适配的插头。图8中，插头具有四个插针，插座具有相应的四个插孔，对应图5的方式；也可以设置两个插针、插孔，对应图6的方式。

作为其他实施方式，也可以是节点上设置插头，连接电缆上设插座。

第二种方式，节点与一条连接电缆一体设置，连接电缆端头与节点上分别设置对应适配的电连接器：如图9，节点1与L1一体设置，节点2与L2一体设置，L2端头为插头，连接节点1一端的插座。

第三种方式，节点与两条连接电缆一体设置，两条连接电缆端头分别设置电连接器：如图10所示，节点2连接两条线缆，两条线缆的端头分别连接电连接器，比如左端为插头，右端为插座。

上述三种方式，方式一的连接电缆长度能够根据需要选择，适合实际使用。

以上介绍中，电连接器，即节点与电缆接口均采用插拔式电连接器。除了插拔式电连接器，也可以采用压接等方式，但不能使用旋转装配的电连接器。原则是电连接器在电缆受力小于阈值时保持稳定，在受力超过阈值时断开节点和电缆，及时反映出电缆受力的情况，即保证所使用的电连接器能够在连接电缆上产生沿连接电缆方向的、足够大的应力时，接触件松脱。电连接器传递电能和电信号，要求连接装置具有较小的电阻，采用高导电率的金属(比如铜、钢等材料)或者金属镀高导电率的材料(比如镀铜、镀银、镀金等)。

电连接器的具体结构，下面给出几种具体的方式：

如图11所示是摩擦方式连接，电连接器包括截头锥形插头1和与插头1形状相适配的筒状插座2，通过摩擦力使插头1和插座2连接，插头外周和插座内侧上设置电连接部分，如环状的导电区域。这种方式，需要设计适合的摩擦力阈值，使在一定应力下能够使插头1与插座2脱开。

如图12所示是磁力方式连接，电连接器包括保护外壳30，磁性连接件10、20，磁性连接件上设置电连接部分，当磁场吸合10与20时实现电连接。这种方式，需要设计适合的磁力阈值，使在一定应力下能够使10与20脱开。

如图13所示是弹性方式连接，电连接器包括保护外壳300，保护外壳内设置弹性连接件100和连接块200，保护外壳300上设有弹性收口301，弹性连接件100顶压连接块200实现电连接。在电缆上应力过大时，连接块200被顶出弹性收口301，破坏电连接。如图14是一种更加简单的方式，连接件100具有一个弹性收口101，连接块200处于弹性收口内。这种方式，需要设计适合的阈值，使在一定应力下能够使连接块脱出弹性收口。

在施工时，电连接器外面可以采用强度低防水防潮的材料(比如蜡、油漆等)密封，避免连接装置生锈、形变等导致受力后不能及时断开。电连接器采用材料密封后，外面包裹保护外壳30隔离外面的土壤，防止埋入土中后由于土的阻塞导致受力不能及时断开。如图8、9的实施方式，可以直接利用节点的壳体形式保护外壳。如图10的实施方式，需要单独配置保护外壳。

以上给出了本发明涉及两个主题的具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。在本发明给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同、实现的发明目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种地下管网预警系统，其特征在于，包括控制中心，控制中心连接有至少一条预警线路；预警线路用于铺设在高于地下管网所在深度的土层中；

预警线路包括从首节点到尾节点依次串联的若干通信节点，首节点连接用于发出报警信号的控制中心；相邻的通信节点之间设有连接电缆，连接电缆通过电连接器连接对应的通信节点，连接电缆至少用于各通信节点与控制中心的通信；

当电连接器上的外力达到设定的阈值会松脱从而切断其所在位置的连接电缆与对应通信节点之间的连接；

通信节点和控制中心进行通信，控制中心接收到所有通信节点的信号则整个预警线路正常；

所述连接电缆为用于供电和载波通信的电源线。

2.根据权利要求1所述的一种地下管网预警系统，其特征在于，所述预警线路沿对应的地下管网铺设，各通信节点等距设置。

3.根据权利要求1所述的一种地下管网预警系统，其特征在于，所述电连接器为摩擦式电连接器、磁性电连接器或者弹性电连接器。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种地下管网预警系统，其特征在于，控制中心通过所述连接电缆向各通信节点单向供电。

5.根据权利要求1所述的一种地下管网预警系统，其特征在于，所述地下管网预警系统还设有用于连接中继电源的转接设备，所述转接设备连接在连接电缆的电源线上。

6.应用于权利要求1所述地下管网预警系统的地下管网预警装置，其特征在于，包括通信节点、连接电缆和电连接器。

7.根据权利要求6所述的地下管网预警装置，其特征在于，所述通信节点、连接电缆和电连接器之间的连接关系是下面三种方式的一种：第一种方式：通信节点与连接电缆分体设置，节点与连接电缆上分别设置对应适配的电连接器；第二种方式：通信节点与一条连接电缆一体设置，连接电缆端头与通信节点上分别设置对应适配的电连接器；第三种方式：通信节点与两条连接电缆一体设置，两条连接电缆端头分别设置电连接器。

8.根据权利要求7所述的地下管网预警装置，其特征在于，所述电连接器为摩擦式电连接器、磁性电连接器或者弹性电连接器。