CN105590413B - 基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心 - Google Patents

基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心，该系统包括：多个监测站点以及监控中心；监测站点，设置于长输管道监测点周边，用于将多个油膜监测传感器采集到的信号进行一级处理，确定待上报的数据，采用GPRS通信模式或北斗卫星通信模式将待上报的数据发送至将监控中心；监控中心，分别与各个监测站点相连接，采用GPRS通信模式或北斗卫星通信模式接收来自于监测站点上报的数据，对接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比。根据本发明的技术方案，能够及时准确的获取实时现场信息，可靠性高，能实际有效地应用到长输管道溢油污染监控处理工作中。

Description

基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心。
背景技术
跨区域的全国性管道运输管网已成为国内能源输送的最重要通道，发挥着无法替代的支撑作用。在长输油气管道的施工中，上万公里的长输管道无可避免地需要穿越河流。数量繁多的管道河流穿越点和频繁发生的泄漏对水体造成重大的环境污染风险，使管道应急工作面临着巨大挑战。在事故紧急状态下，制定快速、合理、有效的应急决策是事故应急救援成败的关键。成功的应急决策包括：合理的判断泄漏量和油膜厚度、及时追踪和汇报油头位置、准确的选取围油栏布设位置、合理的选取围控设备等。
管道泄漏的应急决策通常依靠主观判断和人工决策，因而无法保证决策及时性和准确性，造成事故救援的迟缓及后果的严重。不仅如此，泄漏事故情况往往十分复杂，水文条件和泄漏参数变化很快，需要的决策信息及时调整更新，信息量很大，依靠传统的方式已无法及时准确的获取实时现场信息，更无法保证人工决策的可信赖性。
发明内容
本发明的主要目的在于公开一种基于北斗的长输管道溢油监控系统、监控站点及监控中心，以解决相关技术中无法及时准确的获取实时现场信息，更无法保证人工决策的可信赖性的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于北斗的长输管道溢油监控系统。
根据本发明的基于北斗的长输管道溢油监控系统包括：多个监测站点以及监控中心；所述监测站点，设置于长输管道周边，用于将多个油膜监测传感器采集到的信号进行一级处理，确定待上报的数据，采用通用分组无线服务(GPRS)通信模式或北斗卫星通信模式将所述待上报的数据发送至将所述监控中心；所述监控中心，分别与各个所述监测站点相连接，采用所述GPRS通信模式或北斗卫星通信模式接收来自于所述监测站点上报的数据，对接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比。
根据本发明的另一方面，提供了一种基于北斗的长输管道溢油监控站点。
根据本发明的基于北斗的长输管道溢油污染监控站点包括：多个油膜监测传感器；水文气象监测单元，包括：水文气象监测浮标；多通道数据采集单元，与所述传感器和所述水文气象监测单元相连接，用于对所述传感器和所述水文气象监测单元输出的信号进行模数转换；第一数据处理单元，与所述多通道数据采集单元相连接，用于对所述多通道数据采集单元输出的数字信号与预定阈值进行判比处理，确定需要上报的数据；第一通信单元，与所述数据处理单元相连接，包括：第一GPRS通信模块、第一北斗卫星通信模块。
根据本发明的又一方面，提供了一种基于北斗的长输管道溢油监控中心。
根据本发明的基于北斗的长输管道溢油污染监控中心包括：第二通信单元，与多个长输管道溢油污染监控站点进行通信，包括：第二GPRS通信模块、第二北斗卫星通信模块；第二数据处理单元，与所述第二通信单元相连接，对所述第二通信单元接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比；所述安全预警单元，安装在所述长输管道上，与所述第二数据处理单元相连接，用于对所述长输管道的安全状态进行预警；报警单元，与所述第二数据处理单元相连接，用于在所述第二数据处理单元判定发生泄漏污染时，输出声、光、和/或电报警。
与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：本发明公开了传感器采集数据的处理与传输方式，也公开了其泄漏监测中心的工作方式与原理，针对数据实时传输过程中存在的数据传输量大的问题，在监控站点侧进行数据一级处理，对于设定阈值范围内的数据并不进行传输，从而可以有效降低数据传输量，针对溢油时刻及时判断与预警问题，本发明实施例在数据监控中心进行数据二级处理，并调用管道安全预警单元的数据进行比对，从而提高溢油预警的准确性与及时性，以便为溢油响应动作争取更多的应急时间。上述系统可靠性高，能实际有效地应用到长输管道溢油污染监控处理工作中。
附图说明
图1是根据本发明实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的结构框图；
图2是根据本发明优选实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的结构示意图；
图3是根据本发明优选实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的工作流程图；
图4是根据本发明实施例的基于北斗的长输管道溢油监控站点的结构框图；以及
图5是根据本发明优选实施例的基于北斗的长输管道溢油监控中心的结构框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实现方式做一详细描述。
图1是根据本发明实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的结构框图。如图1所示，该基于北斗的长输管道溢油监控系统包括：多个监测站点10以及监控中心12；所述监测站点10，设置于长输管道周边，用于将多个油膜监测传感器采集到的信号进行一级处理，确定待上报的数据，采用通用分组无线服务GPRS通信模式或北斗卫星通信模式将所述待上报的数据发送至将所述监控中心；所述监控中心12，分别与各个所述监测站点相连接，采用所述GPRS通信模式或北斗卫星通信模式接收来自于所述监测站点上报的数据，对接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比。
在图1所示的基于北斗的长输管道溢油监控系统，公开了传感器采集数据的处理与传输方式，也公开了其泄漏监测中心的工作方式与原理，针对数据实时传输过程中存在的数据传输量大的问题，在监控站点侧进行数据一级处理，对于设定阈值范围内的数据并不进行传输，从而可以有效降低数据传输量，针对溢油时刻及时判断与预警问题，本发明实施例在数据监控中心进行数据二级处理，并调用管道安全预警单元的数据进行比对，从而提高溢油预警的准确性与及时性，以便为溢油响应动作争取更多的应急时间。上述系统可靠性高，能实际有效地应用到长输管道溢油污染监控处理工作中。
优选地，各个监测站点均可以包括：多个油膜监测传感器100；水文气象监测单元102，包括：水文气象监测浮标；多通道数据采集单元104，与所述传感器和所述水文气象监测单元相连接，用于对所述传感器和水文气象监测单元输出的信号进行模数转换；第一数据处理单元106，与所述多通道数据采集单元相连接，用于对所述多通道数据采集单元输出的数字信号与预定阈值进行判比处理，确定需要上报的数据；第一通信单元108，与所述数据处理单元相连接，包括：第一GPRS通信模块1080、第一北斗卫星通信模块1082。
优选地，所述第一北斗卫星通信模块1082，可以进一步包括：相连接的北斗定位子模块和北斗短报文通信子模块，其中，所述北斗定位子模块用于定位长输管道的溢油点位置，所述北斗短报文通信子模块用于将携带有所述溢油位置的短报文进行发送。
一般情况下，各个监测站点采用GPRS通信模式与监控中心进行通信。但由于长输管道跨越区域较为广泛，对于一些偏远地带，网络通信信号差，在电信、移动、联通等运营商通信网络中断时，为了保证通信正常，可以采用北斗短报文通信作为通信手段。
北斗卫星通信模块集成北斗卫星无线电测定业务(Radio DeterminationSatellite Service，简称为RDSS)射频收发芯片、功放芯片、基带电路等。可完整实现北斗RDSS收发信号、调制解调等全部功能。短报文通信就是采用摩斯信号代码进行无线电报通信，摩斯信号是将字母和数字用长短小同的一组代码表示，长信号用短划“-”表示，短信号用点“.”表示。北斗短报文相当于现在平时用的“短信息”，它可以发布140个字的信息，在没有通信网络的区域，也能够向外界发布文字信息。由于北斗用户数的限制，这里发送短报文服务频度只能达到20～60s/次。
优选地，在当前网络信号强度大于预定阈值时，所述第一GPRS通信模块设置为主通道,所述北斗卫星通信模块设置为备用通道；在当前无网络覆盖或者当前网络信号强度小于或等于预定阈值时，所述北斗卫星通信模块设置为主通道,所述第一GPRS通信模块设置为备用通道。
优选地，所述监控中心12可以进一步包括：第二通信单元120，与所述第一通信单元相连接，包括：第二GPRS通信模块1200、第二北斗卫星通信模块1202；第二数据处理单元122，与所述第二通信单元相连接，对所述第二通信单元接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比；所述安全预警单元124，安装在所述长输管道上，与所述第二数据处理单元相连接，用于对所述长输管道的安全状态进行预警；报警单元126，与所述第二数据处理单元相连接，用于在所述第二数据处理单元判定发生泄漏污染时，输出声、光、和/或电报警。
优选地，所述监控中心还可以包括：应急响应指令库128，与所述第二数据处理单元相连接，用于确定与所述第二数据处理单元的输出结果相匹配的应急响应策略并输出。
优选地，上述系统还可以包括：至少一个具有定位功能的手持终端14，与所述监控中心相连接，接收来自于所述监控中心的所述应急响应策略和溢油点位置，以便于用户根据所述手持终端的定位信息以及所述应急响应策略进行现场处理。
以下结合图2进一步描述上述优选实施过程。
图2是根据本发明优选实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的结构示意图。如图2所示，该基于北斗的长输管道溢油监控系统包括：多个监测站点以及监控中心。
上述监测站点(如图2所示，即监测站点1、监测站点2、监测站点n)，包括：
多个油膜监测传感器(如图2所示，即传感器1、传感器2、传感器n)，形成传感器阵列，安装在长输管道监测点周边，结合水文数据与地形情况选取传感器安装的关键点。
水文气象监测单元：在长输管道监测点周边水域(河流、湖泊等)布设水文气象监测浮标，实时监控监测点周边波浪、水位、风速、风向、温度、湿度、气压等参数。
多通道数据采集单元(Data Acquisition Unit)：最多支持32个模拟输入，支持Modbus和web接口，进行A/D模数变换，将模拟信号转换成数字信号。
数据处理单元：优选实施过程中，可以采用数字信号处理器(DSP)，对采集数据进行一级处理。当然也可以采用单片机或者ARM。
第一通信单元，第二通信单元：均可以包括：GPRS通信模块、北斗卫星通信模块，即可以采用GPRS通信和北斗卫星通信双冗余模式。针对长输管道途经路由长，涉及环境复杂，存在通信盲区的问题，本发明实施例引入北斗卫星通信模块进行定位和通信。
其中，上述GPRS通信模块：具有短信和GPRS两种信道，一级可最多收发999字节，长短信功能一级可收发500字节。支持大数据包(2M字节)缓存收发功能。
其中，上述北斗卫星通信模块：具有北斗定位和北斗短报文功能，通信频度民用1分钟/条(因数据进行一级处理，仅在超过阈值范围后进行数据传输，因此可满足需求)，通信长度：≤120汉字。定位功能可直接定位漏油泄漏危险点位置，短报文功能用于通信。
在优选实施过程中，按照以下方式进行通信信道的选择与切换：在通信网络较好区域，可将GPRS通信模块设为主通道，北斗卫星通信模块设为备用通道。在无人区等通信网络不佳区域，可直接将北斗卫星通信模块设为主通道。但无论如何设置主通道，在通信网络发生故障时，均可自动切换备用网络通道。
上述监测中心可以进一步包括：
第二数据处理单元：在监控中心的计算机(服务器)上进行二级数据处理，依据特征信号进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元124的输出进行判比。
安全预警单元：在优选实施过程中，可以采用一种安装在长输管道上的对管道安全状态进行提前预警的设备系统，可针对不同工况的长输管道采用多种不同的技术，较常用的有光纤预警系统和声音振动预警系统。例如，采用安装在长输管道上的振动传感器，或采用长输管道周边的通信光纤作为光纤传感器，则可以根据传感器采集到的信号来判定是否存在管道周边有人员在进行打孔或进行施工破坏的警情。如果沿途所有布设传感器阵列的监测点，或者超过预定数量的监测点，都向监控中心发送警报信息，则需要紧急响应，进行应急处置。
报警单元：如果数据处理结果指示已发生泄漏污染，则输出声、光、和/或电报警。
应急响应指令库：数据处理结果也包括泄漏时的水文信息，可同时发送到应急响应指令库，应急响应指令库可根据获得的信息输出应急响应策略。当用户携带具有定位功能的手持终端，手持终端接收到来自于监控中心输出的应急响应策略以及泄漏危险点位置，用户可以根据手持终端定位的位置信息以及上述应急响应策略进行现场处理。其中，手持终端也可以采用GPRS通信和北斗卫星通信双冗余模式与监控中心进行通信。手持终端可以是手机、PAD、数码相机、笔记本电脑等便携式设备。
以下结合图3进一步描述上述基于北斗的长输管道溢油监控系统的优选工作方式。
图3是根据本发明优选实施例的基于北斗的长输管道溢油监控系统的工作流程图。如图3所示，该流程包括以下处理：
步骤S301：多个油膜监测传感器和水文气象监测单元监测被测量的信息，并变换成为模拟信号发送给多通道数据采集单元。
步骤S303：多通道数据采集单元将模拟信号转换为数字信号。
步骤S305：数据处理单元对接收到的数字信号进行一级处理，确定需要发送给监控中心的数据。
步骤S307：第一通信单元基于采用GPRS通信模式或北斗卫星通信模式将上述数据进行发送，第二通信单元采用GPRS通信模式或北斗卫星通信模式接收上述数据。
步骤S309：第二数据处理单元对第二通信单元接收到的数据进行二级处理，从上述数据中提取特征参数，判定上述特征参数是否处于预定范围内，如果在预定范围内，则不再进行响应，结束流程。如果不在预定范围内，则再调用管道安全预警单元的输出进行判定，优选实施过程中，还可以采用小波变换、特征信号匹配、噪声消除等方式提高系统判定的准确性。
步骤S311：如果数据处理结果指示已发生泄漏污染，则输出声、光、和/或电报警。
步骤S313：上述数据处理结果也包括泄漏时的水文信息，可同时发送到应急响应指令库，应急响应指令库可根据获得的信息输出应急响应策略。
根据本发明的实施例，还提供了一种长输管道溢油污染监控站点。
图4是根据本发明实施例的基于北斗的长输管道溢油监控站点的结构框图。如图4所示，该长输管道溢油污染监控站点包括：多个油膜监测传感器40；水文气象监测单元42，包括：水文气象监测浮标；多通道数据采集单元44，与所述传感器相连接，用于对所述传感器40和水文气象监测单元42输出的信号进行模数转换；第一数据处理单元46，与所述多通道数据采集单元相连接，用于对所述多通道数据采集单元输出的数字信号与预定阈值进行判比处理，确定需要上报的数据；第一通信单元48，与所述数据处理单元相连接，包括：第一GPRS通信模块480、第二北斗卫星通信模块482。
上述实施例，公开了传感器采集数据的处理与传输方式，能够及时准确的获取实时现场信息发送给监控中心，与监控中心协同工作，可靠性高，能实际有效地应用到长输管道溢油污染监控处理工作中。
根据本发明的实施例，还提供了一种长输管道溢油污染监控中心。
图5是根据本发明实施例的基于北斗的长输管道溢油监控中心的结构框图。如图5所示，该长输管道溢油污染监控中心包括：第二通信单元50，与多个长输管道溢油污染监控站点进行通信，包括：第二GPRS通信模块500、第二北斗卫星通信模块502；第二数据处理单元52，与所述第二通信单元相连接，对所述第二通信单元接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比；所述安全预警单元54，安装在所述长输管道上，与所述第二数据处理单元相连接，用于对所述长输管道的安全状态进行预警；报警单元56，与所述第二数据处理单元相连接，用于在所述第二数据处理单元判定发生泄漏污染时，输出声、光、和/或电报警。
优选地，如图5所示，该长输管道溢油污染监控中心还可以包括：应急响应指令库58，与所述第二数据处理单元相连接，用于确定与所述第二数据处理单元的输出结果相匹配的应急响应策略并输出。
上述实施例，公开了监测中心的工作方式与原理，能够及时准确的获取实时现场信息，与长输管道溢油污染监控站点协同工作，可靠性高，能实际有效地应用到长输管道溢油污染监控处理工作中。
综上所述，借助本发明提供的上述实施例，针对数据实时传输过程中存在的数据传输量大的问题，在监控站点侧采用DSP进行数据一级处理，对于设定阈值范围内的数据并不进行传输，从而降低数据传输量；针对长输管道途经路由长，涉及环境复杂，存在通信盲区的问题，本发明实施例采用北斗模块进行定位和通信；针对溢油时刻及时判断与预警问题，本发明实施例在数据监控中心进行数据二级处理，并调用管道安全预警单元数据进行比对，从而提高溢油预警的准确性与及时性，以便为溢油响应动作争取更多的应急时间。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于北斗的长输管道溢油监控系统，其特征在于，包括：多个监测站点以及监控中心；
所述监测站点，设置于长输管道监测点周边，用于将多个油膜监测传感器采集到的信号进行一级处理，确定待上报的数据，采用通用分组无线服务GPRS通信模式或北斗卫星通信模式将所述待上报的数据发送至所述监控中心，其中，各个所述监测站点均包括：
多个油膜监测传感器；
水文气象监测单元，包括：水文气象监测浮标；
多通道数据采集单元，与所述油膜监测传感器和所述水文气象监测单元相连接，用于对所述油膜监测传感器和所述水文气象监测单元输出的信号进行模数转换；
第一数据处理单元，与所述多通道数据采集单元相连接，用于对所述多通道数据采集单元输出的数字信号与预定阈值进行判比处理，确定需要上报的数据；
第一通信单元，与所述第一数据处理单元相连接，包括：第一GPRS通信模块、第一北斗卫星通信模块；
所述监控中心，分别与各个所述监测站点相连接，采用所述GPRS通信模式或北斗卫星通信模式接收来自于所述监测站点上报的数据，对接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比，其中，所述监控中心的安全预警单元包括安装在长输管道上的对管道安全状态进行提前预警的设备系统，所述设备系统根据振动传感器或光纤传感器采集到的信号判定警情并发送警报信号，所述监控中心根据发送警报信号的布设所述振动传感器或光纤传感器的监测点的数量，结合所述监测站点上报的数据进行判比，如果沿途所有布设振动传感器或光纤传感器阵列的监测点，或者超过预定数量的监测点，都向监控中心发送警报信息，则需要紧急响应，进行应急处置。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
所述第一北斗卫星通信模块，包括：相连接的北斗定位子模块和北斗短报文通信子模块，其中，所述北斗定位子模块用于定位长输管道的溢油位置，所述北斗短报文通信子模块用于将携带有所述溢油位置的短报文进行发送。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，
在当前网络信号强度大于预定阈值时，所述第一GPRS通信模块设置为主通道,所述第一北斗卫星通信模块设置为备用通道；
在当前无网络覆盖或者当前网络信号强度小于或等于预定阈值时，所述第一北斗卫星通信模块设置为主通道,所述第一GPRS通信模块设置为备用通道。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述监控中心包括：
第二通信单元，与所述第一通信单元相连接，包括：第二GPRS通信模块、第二北斗卫星通信模块；
第二数据处理单元，与所述第二通信单元相连接，对所述第二通信单元接收到的数据进行二级处理，提取特征参数进行预警判定，并调用参考管道安全预警单元的输出结果进行判比；
所述安全预警单元，安装在所述长输管道上，与所述第二数据处理单元相连接，用于对所述长输管道的安全状态进行预警；
报警单元，与所述第二数据处理单元相连接，用于在所述第二数据处理单元判定发生泄漏污染时，输出声、光、和/或电报警。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述监控中心还包括：
应急响应指令库，与所述第二数据处理单元相连接，用于确定与所述第二数据处理单元的输出结果相匹配的应急响应策略并输出。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
至少一个具有定位功能的手持终端，与所述监控中心相连接，接收来自于所述监控中心的所述应急响应策略和溢油点位置，以便于用户根据所述手持终端的定位信息以及所述应急响应策略进行现场处理。
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