CN106772217B - 一种管网巡查维护管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种管网巡查维护管理系统，包括管网地图数据构建单元、超宽带一维定位导航单元、高清视频监控单元、环境信息检测单元、数据传输单元、中心服务器和终端显示单元；所述管网地图数据构建单元，构建管网内部地图并与管网外部地图连接；所述超宽带一维定位导航单元，采用超宽带脉冲信号测距模式的定位方法，实现管网内部人员巡查维护的定位、导航以及跟踪，并输出超宽带脉冲定位数据；所述视频监控单元，采集管网内部的视频图像数据；所述环境信息检测单元，采集管网内部的环境数据；所述中心服务器，分析处理所述时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据，确定所述超宽带定位标签的位置和隧道内环境信息并输出调度命令给工作人员。
Description
技术领域
本发明涉及管网定位领域，具体的说，涉及了一种管网巡查维护管理系统。
背景技术
目前管网巡查维护还是主要以人工巡查为主，而现有管网内部卫星信号无法到达，以至于无法实现巡查人员的实时高精度定位，而现有的一些室内定位技术精度较低、数据传输能力较差等一些问题，都使得管网巡查维护成本较高，而且效果较差，严重影响了我国管网系统智慧化应用推广的进程。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种管网巡查维护管理系统，实现了管网中工作人员的精准定位和管网中多种环境参数的实时采集，具有设计科学、效果好的优点。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种管网巡查维护管理系统，包括管网地图数据构建单元、超宽带一维定位导航单元、高清视频监控单元、环境信息检测单元、数据传输单元、中心服务器和终端显示单元；
所述管网地图数据构建单元，用于构建管网内部地图并与管网外部地图连接；
所述超宽带一维定位导航单元，采用超宽带脉冲信号测距模式的定位方法，实现管网内部人员巡查维护的定位、导航以及跟踪，并输出超宽带脉冲定位数据；
所述视频监控单元，用于采集管网内部的视频图像数据；
所述环境信息检测单元，用于采集管网内部的环境数据；
所述数据传输单元，用于将所述超宽带脉冲定位数据的时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据传输至中心服务器；
所述中心服务器，分析处理所述时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据，确定所述超宽带一维定位导航单元的超宽带定位标签的位置和隧道内环境信息并输出调度命令给工作人员；
所述终端显示单元，用于显示所述超宽带定位标签的位置和所述视频图像数据。
基于上述，所述中心服务器包括定位引擎处理子单元、传感器数据分析比对子单元、视频信息结构化处理子单元以及指挥调度子单元；
所述定位引擎处理子单元，根据所述超宽带一维定位导航单元的超宽带定位节点的信号强度以及时间戳数据构建多个距离方程并通过一维定位测距算法获得所述超宽带定位标签的坐标数据；
所述传感器数据分析比对子单元，将所述环境数据进行多组数据平滑滤波，并根据阈值范围判断管网内环境状况；
所述视频信息结构化处理子单元，将所述视频图像数据进行结构化处理，并根据所述超宽带定位标签的实时坐标进行跟踪联动监控；
所述指挥调度子单元将所述定位引擎处理子单元、所述传感器数据分析比对子单元、所述视频信息结构化处理子单元处理过的数据进行整合，并根据判断结果输出调度指令给工作人员。
基于上述，所述管网地图数据构建单元，包括管网外部地图子单元、管网内部地图子单元、绝对坐标校准单元和管网内外一体化地图平滑过渡子单元；
所述管网外部地图子单元，用于将管网外部地图导入到中心服务器；
所述管网内部地图子单元，用于构建二维管网内部地图和三维管网内部地图；
所述绝对坐标校准单元，包括设置在管网的进出口处的绝对坐标校准器，所述绝对坐标校准单元利用高精度RTK测量管网进出口处的绝对三维坐标，并将通过所述绝对三维坐标将管网内部地图转换后导入中心服务器；
所述管网内外一体化地图平滑过渡子单元，用于将管网内部地图与管网外部大地图平滑放大整合，并通过硬切模式在管网内部三维地图和管网外部地图间切换。
基于上述，还包括应急设备，所述应急设备包括蓄电池和管网外部应急数据发送设备，所述蓄电池分别与所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元连接，用于为所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元供电；所述管网外部应急数据发送设备分别与所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元连接，用于将所述超宽带定位节点输出的超宽带定位数据通过3G/4G通信模块发送至中心服务器。
基于上述，还包括手持移动终端，所述手持移动终端用于实时查询自身位置，实时导航或者实时上传检修情况和环境状态数据给所述中心服务器。
基于上述，所述数据传输单元为光纤通信模块或以太网通信模块。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明利用超宽带定位技术和视频采集处理技术相结合的方法，利用三维管网内部地图模式实时显示巡查维护人员的位置以及其在任意时间内的历史轨迹，并联合多种传感器，采用智能监管模式，将管网环境参数加以分析，满足了管网内巡查维护人员的点名、定位、导航、追踪以及救援等一系列的功能需求，实现了高精准的智能预警防范机制。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是管网内人员巡查维护示意图。
图3是管网内超宽带定位节点布设示意图。
图4是管网内弯道处超宽带定位节点和超宽带定位标签的分布图。
图5是管网外部应急数据发送示意图。
图6是突发事件快速定位方法流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
如图1所示，一种管网巡查维护管理系统，包括管网地图数据构建单元、超宽带一维定位导航单元、高清视频监控单元、环境信息检测单元、数据传输单元、中心服务器和终端显示单元；
所述管网地图数据构建单元，用于构建管网内部地图并与管网外部地图连接；
所述超宽带一维定位导航单元，采用超宽带脉冲信号测距模式的定位方法，实现管网内部人员巡查维护的定位、导航以及跟踪，并输出超宽带脉冲定位数据；
所述视频监控单元，用于采集管网内部的视频图像数据；
所述环境信息检测单元，用于采集管网内部的环境数据；
所述数据传输单元，用于将所述时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据传输至中心服务器；优选的，所述数据传输单元为光纤通信模块或以太网通信模块；
所述中心服务器，分析处理所述时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据，确定所述超宽带定位标签的位置和隧道内环境信息并输出调度命令给工作人员；
所述终端显示单元，用于显示所述超宽带定位标签的位置和所述视频图像数据。
优选的，如图2所示，所述管网巡查维护管理系统还包括手持移动终端，所述手持移动终端用于实时查询自身位置，实时导航或者实时上传检修情况和环境状态数据给所述中心服务器。
具体的，所述中心服务器包括定位引擎处理子单元、传感器数据分析比对子单元、视频信息结构化处理子单元以及指挥调度子单元；
所述定位引擎处理子单元，根据所述超宽带定位节点的信号强度以及时间戳数据构建多个距离方程并通过一维定位测距算法获得所述超宽带定位标签的坐标数据；
所述传感器数据分析比对子单元，将所述环境数据进行多组数据平滑滤波，并根据阈值范围判断管网内环境状况；
所述视频信息结构化处理子单元，将所述视频图像数据进行结构化处理，并根据所述超宽带定位标签的实时坐标进行跟踪联动监控；
所述指挥调度子单元将所述定位引擎处理子单元、所述传感器数据分析比对子单元、所述视频信息结构化处理子单元处理过的数据进行整合，并根据判断结果输出调度指令给工作人员。
优选的，所述管网地图数据构建单元，包括管网外部地图子单元、管网内部地图子单元、绝对坐标校准单元和管网内外一体化地图平滑过渡子单元；
所述管网外部地图子单元，用于将管网外部地图导入到中心服务器；
所述管网内部地图子单元，用于构建二维管网内部地图和三维管网内部地图；
所述绝对坐标校准单元，包括设置在管网的进出口处的绝对坐标校准器，所述绝对坐标校准单元利用高精度RTK测量管网进出口处的绝对三维坐标，并将通过所述绝对三维坐标将管网内部地图转换后导入中心服务器；
所述管网内外一体化地图平滑过渡子单元，用于将管网内部地图与管网外部大地图平滑放大整合，并通过硬切模式在管网内部三维地图和管网外部地图间切换。
具体的，管网内地图子单元的实现方法为：
A.采用全站仪，激光测距仪精细测量管网内部，并通过现有的地图制作软件进行制作管网二维地图；
B.采用三维激光扫描、倾斜摄影等方法进行管网内部前期的数据扫描，并利用3DMAX平台进行数据构建。具体的构建方法为：首先利用获取的CAD的矢量数据，根据CAD底图，通过3DMAX对建筑物进行三维建模，最后将建筑物的纹理信息、高度信息整合到3DMAX平台中，完成管网内部三维地图的构建。
所述超宽带一维定位系统采用无载波的纳秒级脉冲信号进行通信，可实现多种定位要求。具体的，所述超宽带一维定位系统包括定位标签子单元、超宽带定位节点子单元，所述超宽带定位标签，用于发送超宽带脉冲数据；所述超宽带定位节点，用于接收所述超宽带脉冲数据，并输出接收到所述超宽带脉冲数据的时间戳数据。
所述超宽带一维定位系统的使用步骤如下：
1)如图3所示，在管网内部内每隔100米设置一个超宽带定位节点；
2)巡查维护人员进入管网前，佩戴嵌有超宽带定位标签的安全帽和手持终端，并根据标签标识输入人员信息，实现数据共享；
3)巡查维护人员进入管网区域后，所述超宽带定位标签向所述超宽带定位节点发送超宽带脉冲信号，超宽带定位节点将接收所述超宽带脉冲信号后，将时间戳数据传送回中心服务器。
4）所述中心服务器通过一维定位测距算法和超宽带定位节点的信号强度联合定位，具体步骤如下：
A.超宽带定位引擎将得到的定位数据包按序列号进行排序，然后将得到的各基站信号强度指标进行排序，选出信号强度最大的超宽带定位节点
B.超宽带定位引擎将将选好的超宽带定位节点按标号选取对应的数据包，从而可以列得多个距离方程，然后通过一维定位算法进行解算，可采用最大似然估计的方法进行多方程的解析，最终得到计算坐标，并将得到坐标与管网地图进行匹配，得出管网中的绝对位置；
5）在弯曲管网的地方采用测量距离与实际距离相对比的方法近似计算巡查维护人员的位置。
如图4所示，在弯曲部分，巡查维护人员所携带的超宽带定位标签向管网两侧的超宽带定位节点发送超宽带脉冲信号，管网两侧的超宽带定位节点根据所述超宽带脉冲信号的达到时间生成时间戳信息并发送至所述中心服务器，所述中心服务器，将管网两侧的超宽带定位节点发送时间戳信息乘以光速得到超宽带定位标签与观测两侧超宽带定位节点的距离；为了减少误差，在精确超宽带定位标签的定位时，采用按比例对应的方法，即两测量距离之比近似等于人员到两超宽带定位节点实际距离之比，并通过比例和两超宽带定位节点的实际距离求出巡查维护人员到两边超宽带定位节点的近似距离。
通过上述步骤，所述中心服务器计算出巡查维护人员的精准实时位置，并经过平滑后在大屏进行实时显示。
所述管网巡查维护管理系统还包括应急设备，如图5所示，所述应急设备包括蓄电池和管网外部应急数据发送设备，所述蓄电池分别与所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元连接，用于为所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元供电；所述管网外部应急数据发送设备分别与所述超宽带定位节点、所述环境信息检测单元以及外部天线有线连接，用于将所述超宽带定位节点输出的超宽带定位数据通过3G/4G通信模块发送至中心服务器。
由于只有在管网中断电和有线网络不通的情况下才会启动蓄电池，并进行超宽带无线信号传输至管网外部应急数据发送设备端，服务器才能接收到3G/4G信号，所以所述中心服务器一旦接收到3G/4G信号模式发送过来的信息，就开启突发事件处理模式。
在管网内，正常情况下，所述超宽带定位节点输出的所述时间戳信息、所述视频监控单元采集的管网内部的视频图像数据和所述环境信息检测单元视频采集的环境信息通过光纤或以太网上传至中心服务器；而遇到突发事件则启用应急设备，自动开启超宽带数据传输模式。
由于受到带宽和备用电池的容量限制，所述超宽带定位信息和传感器采集到的环境信息通过所述管网外部应急数据发送设备端上传到地面，再以3G/4G信号模式发送至中心服务器；
中心服务器对接收的信息进行分类，超宽带定位信息送进定位引擎进行坐标解算，如图6所示，具体按如下操作进行：首先，超宽带定位引擎将得到的定位数据包按序列号进行排序；然后将得到的各基站信号强度指标进行排序，选出信号强度最大的超宽带定位节点；随后超宽带定位引擎将将选好的超宽带定位节点按标号选取对应的数据包，从而可以列得多个距离方程，通过一维定位算法进行解算，可采用最大似然估计的方法进行多方程的解析，最终得到计算坐标，并将得到坐标与管网地图进行匹配，得出管网中的绝对位置。
中心控制器将传感器采集到的测量数据，进行多组数据平滑滤波，得到最为有效的采集数据，然后输入事先做好的比对模型，根据阈值范围进行智能判断；
中心服务器将最终分析处理后的数据进行比对，如果数据正常则按定位结果派遣巡查维护人员前去排查，进行确认突发事件；如果为突发事件或采集到的环境传感器参数为异常，则根据计算好的定位结果对突发事件进行定位，并根据传感器测量分析后的参数进行事故初步判断；
中心服务器通过大屏地图展示标记事故发生的具体地点，并将发生的地点和相关事故的初步判断自动发给救援处理机构，同时发出警报，并进行对应地区的智能隔离。
本发明使得管网管理人员快速、智能的确定突发事件的发生地，同时实现了及时报警、危险区域智能隔离和危险事件智能救援等一系列先进功能，大幅提升了管网管理人员的管理水平和管理效率。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (5)
1.一种管网巡查维护管理系统，其特征在于：包括管网地图数据构建单元、超宽带一维定位导航单元、高清视频监控单元、环境信息检测单元、数据传输单元、中心服务器和终端显示单元；
所述管网地图数据构建单元，用于构建管网内部地图并与管网外部地图连接；
所述超宽带一维定位导航单元，采用超宽带脉冲信号测距模式的定位方法，实现管网内部人员巡查维护的定位、导航以及跟踪，并输出超宽带脉冲定位数据；
所述视频监控单元，用于采集管网内部的视频图像数据；
所述环境信息检测单元，用于采集管网内部的环境数据；
所述数据传输单元，用于将所述超宽带脉冲定位数据的时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据传输至中心服务器；
所述中心服务器，分析处理所述时间戳数据、所述视频图像数据和所述环境数据，确定所述超宽带一维定位导航单元的超宽带定位标签的位置和隧道内环境状况并输出调度命令给工作人员；
所述终端显示单元，用于显示所述超宽带定位标签的位置和所述视频图像数据；
所述中心服务器包括定位引擎处理子单元、传感器数据分析比对子单元、视频信息结构化处理子单元以及指挥调度子单元；
所述定位引擎处理子单元，根据所述超宽带一维定位导航单元的超宽带定位节点的信号强度以及时间戳数据构建多个距离方程并通过一维定位测距算法获得所述超宽带定位标签的坐标数据；
所述传感器数据分析比对子单元，将所述环境数据进行多组数据平滑滤波，并根据阈值范围判断管网内环境状况；
所述视频信息结构化处理子单元，将所述视频图像数据进行结构化处理，并根据所述超宽带定位标签的实时坐标进行跟踪联动监控；
所述指挥调度子单元将所述定位引擎处理子单元、所述传感器数据分析比对子单元、所述视频信息结构化处理子单元处理过的数据进行整合，并根据判断结果输出调度指令给工作人员。
2.根据权利要求1所述的一种管网巡查维护管理系统，其特征在于：所述管网地图数据构建单元，包括管网外部地图子单元、管网内部地图子单元、绝对坐标校准单元和管网内外一体化地图平滑过渡子单元；
所述管网外部地图子单元，用于将管网外部地图导入到中心服务器；
所述管网内部地图子单元，用于构建二维管网内部地图和三维管网内部地图；
所述绝对坐标校准单元，包括设置在管网的进出口处的绝对坐标校准器，所述绝对坐标校准单元利用高精度RTK测量管网进出口处的绝对三维坐标，并将通过所述绝对三维坐标将管网内部地图转换后导入中心服务器；
所述管网内外一体化地图平滑过渡子单元，用于将管网内部地图与管网外部大地图平滑放大整合，并通过硬切模式在管网内部三维地图和管网外部地图间切换。
3.根据权利要求1或2所述的一种管网巡查维护管理系统，其特征在于：还包括应急设备，所述应急设备包括蓄电池和管网外部应急数据发送设备，所述蓄电池分别与所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元连接，用于为所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元供电；所述管网外部应急数据发送设备分别与所述超宽带定位节点和所述环境信息检测单元连接，用于将所述超宽带定位节点输出的超宽带定位数据通过3G/4G通信模块发送至中心服务器。
4.根据权利要求3所述的一种管网巡查维护管理系统，其特征在于：还包括手持移动终端，所述手持移动终端用于实时查询自身位置，实时导航或者实时上传检修情况和环境状态数据给所述中心服务器。
5.根据权利要求4所述的一种管网巡查维护管理系统，其特征在于：所述数据传输单元为光纤通信模块或以太网通信模块。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |