CN107770485A - 一种泄漏点实时监控系统 - Google Patents

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Abstract

一种泄漏点实时监控系统本系统是一种对传输管道和某些包围水(水库、河流和湖泊)等的周界进行安全监控并检测泄漏点的系统，涉及计算机、手机、有线和无线通讯网络技术及电子技术和传感器技术，管道、河流、水库和湖泊分布在祖国各地，以往当有泄漏点灾难发生时，人们是被动的，查找引起灾难的泄漏点也是滞后，造成国家财产损失严重和人员伤亡，而第一时间及早发现泄漏点显得尤为重要，及早第一时间发现泄漏点正是本发明所要解决技术问题，这一系统在管道及其它周界一定间隔距离上放置有数据信号采集器，两个数据信号采集器采集采集其间泄漏点发出的信号，通过科学计算得到泄漏点位置，通过有线或无线通讯模块发送到管理部门和有关人员，为快速处理泄漏点灾难必将发挥巨大作用。

Description

一种泄漏点实时监控系统
技术领域
本系统是一种对传输管道和某些包围水(水库、河流和湖泊)等的周界进行安全监控并检测泄漏点的系统，涉及计算机、有线和无线通讯网络技术及电子技术和传感器技术。
背景技术
管道、河流、水库和湖泊分布在祖国各地，它们的安全至关重要，对它们的运行和周界监控应引起我们的高度重视，以往当有灾难发生时，人们是被动的，查找引起灾难的泄漏点也是滞后，造成国家财产损失严重和人员伤亡，而第一时间及早发现泄漏点显得尤为重要，本发明泄漏点实时监控系统的研制有着非常实际的意义和广泛用途，本发明具有创新性的设计功能，有大量传感器和信息处理单元，能自动处理信息并通过通讯系统告知决策机关和管理人员，尽快及早地处理泄漏点，具有一定的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明由多个监控点和一个中央服务器组成，它包括电源部分和数据采集部分和主控器及中央服务器和通讯部分和手机电子地图APP，数据采集部分是由传感器和单片机系统组成，监控点电源部分是220V太阳能采集板，单片机系统有单片机，RS422/485通讯模块，模数转换器，温度测量等组成，主控器由嵌入式单片机、电源模块、内存模块、存储器模块、RS485模块、摄像头A模块、摄像头B模块、LCD模块、USB模块、3G模块、WIFI模块、GPS模块，5V锂电池，电源切换电路等(如图-1)；主控器的外设有高压脉冲电网(防盗与威摄)、摄像头、GPS信号接收器、防雷器及射频通讯仪器，通讯部分具备有线和无线通讯方式，有线通讯方式采用普通的通讯电缆，无线通讯方式采用射频或3G通讯, 中央服务器使用市场上普通的服务器，中央服务器软件部分由网站软件(负责手机电子地图数据)和计算软件(计算泄露点)及网络服务系统和基础数据库组成，而每一个监控点有一个铁塔和前端的数据采集部分，所有这些组成了由多个监控点和一个中央服务器实施的泄漏点实时监控系统。
所述的中央服务器处理部分由网站软件(负责手机电子地图数据)和计算软件(计算泄露点)及网络服务系统和基础数据库组成；手机电子地图能显示管线与河堤的走向分布及管线等监控点的布防分布和泄漏点的位置。
所述的铁塔承载着主控器与防雷器、通讯部分、高压脉冲电网控制器与电网及电网支架、太阳能采集板、摄像头、通讯电缆和电源线。
所述的太阳能采集板是为一个监控点提供电能的。
所述的摄像头负责摄制铁塔周围环境，防止仪器被盗。
所述的微型高压脉冲电网防人和动物攀爬到铁塔上面，维护工程师携带笔记本电脑(带WIFI的)或手机(装有专用APP)可解除防范，检查维护各种仪器设备，中央监控室也可通过通讯系统向各个监控点发布命令解除高压脉冲电网布防状态，且上面有提示牌或警示灯。
所述的通讯部分是嵌入式单片机系统和射频收发模块和3G模块完成，使用有线通讯方式时监控点采用接力收发数据到中央服务器。当某一监控点出现故障造成通讯中断，接受不到应答信息可启用应急方式继续通讯，这时可启用移动通讯，由监控点向中央服务器报告通讯故障点位置，及时检修。
外部网络系统包括外部网络服务器与网站管理计算机，其中外部网络服务器与网络信息计算机通过TPC/IP架构相连接；所述的无线通讯系统包括无线通讯服务器和智能终端，其中智能终端包括智能手机、笔记本电脑，其中无线通讯服务器通过GPRS/3G传输模式与智能手机相连接，通过WI-FI传输模式与笔记本电脑相连接。
所述的嵌入式单片机系统负责接收数据采集部分的数据并传给中央服务器，定时控制两个监控点的数据采集，它还负责接收视频数据和电网信号，图像识别后及电网信号有异常便发送报警信息给中央服务器，中央服务器发送信息给报警点所在地派出所的终端及有关人员的手机。
所述的GPS模块和GPS信号接收器负责接收时间数据，交嵌入式单片机系统处理。
所述的手机电子地图是安装在手机上专门为此专利系统开发的电子地图软件，它接收中央服务器网站的管线等走向与分布数据，并显示在已有的市场上成熟的手机地图上，监控点布控一目了然，接收中央服务器的实时报警信息，地理位置，显示在地图上，该手机APP能自动或手动增加、删除、修改监控点的位置信息及管线的走向等。
所述传感器紧贴安装在管道的管壁上或堤坝等的构造材料里。
由于各监控点大部分布防在边远及人烟稀少地区，因而对各监控点的仪器设备的被盗及人为破坏的监控也变得尤为重要，高压脉冲电网和视频摄像头担当此项工作，一有异常情况随时向中央监控室的中央服务器报告警情信息。
本系统由多个监控点组成，系统工作时相邻两个点(相距一公里之内)同时采集数据，将采集的数据上传到中央服务器，由服务器计算软件运用一定的算法做出判断，两个点之间的监控环境有无异常变化，即有无泄漏点，进而能准确判断出泄漏点的位置，同时将情况通过电脑网络和移动系统报告给相关领导和业务人员及当地公安系统等，相关人员会在电脑和手机上看到报警信息和地点位置及险情程度。
数据采集分中央服务器定时遥测和应急接收，而监控点在不间断的采集数据，分析比较采集数据，存储采集的数据，监控点的主控器对监控点的各种仪器设备的工作状态进行检测，发现异常或断路等其它情况便及时报告到中央服务器。
附图说明
图1是主控器结构图。
图2是主控器的SDIO WIFI模块电路。
图3是主控器的USB-HUB电路。
图4是主控器的TF卡电路。
图5是主控器的SD卡电路。
图6是主控器的RS485串口电路，由MAX3485芯片等组成。
图7是主控器的电源电路。
图8是主控器的USB下载电路。
图9是主控器的摄像头A电路。
图10是主控器的温度传感器电路，由DS18B20芯片等组成。
图11是主控器的GPS模块电路，由MC1221752和MO16135芯片等组成。
图12是主控器的USB WIFI模块电路。
图13是主控器的3G模块电路, 由MG3732和MP1484芯片等组成。
图14是主控器的音频电路，由WM8960GEFL和SA4148芯片等组成。
图15是监控点主控器软件流程图。
当主控器上电后，软件要对主控器所属仪器设备进行点名，检查它们的状态，然后进行循环操作，采集视频数据，图像识别与比对分析，上传图像数据到中央服务器判断是否报警，定时发送采集数据命令并接收紧邻的两个前置传感器的数据，同样上传数据到中央服务器，判断是否有异常和泄漏点，这期间如有电网中断信号，立即上传盗警信息给中央服务器，开启警笛，如是夜间还可开启照明灯光，如果收到WIFI特定信息或中央服务器下传的关闭电网信息，则关闭电网，供维护工程师检修和维护仪器设备。
图16是泄漏点数据采集器结构图。
CPU是89S58的，为了提高采集数据的速度，也为了精确计算泄漏点位置运算算法的需要，CPU可选择速度更快的，稳压管是5V 7805芯片，RS485通讯接口采用的芯片是MAX3485，存储芯片是24128(可另选择)，A/D芯片(可选择)是12位的，高性能传感器属压电晶体型，带防水外壳，能测出传感器处的5X10-6g振动，系高敏感元件，电荷放大滤波器带宽5-40KHZ，动态范围70db(可扩充)，通讯电缆埋入地下，主控器通过通讯间隔少许时间对泄漏点数据采集器点名，防止仪器和传感器损坏或被盗以及通讯电缆。
图17是监控点传感器单片机软件流程图，当传感器单片机系统上电后，首先检测温度传感器和高性能压电传感器的状态，采集温度传感器数据，存储温度数据并上传给监控点主控器，测试通讯线路，采集振动传感器的数据并存储，当定时接收到监控点主控器的命令时，即采集数据并上传和存储。
图18是手机软件富能地图APP流程图，首先要开启无线数据连接，富能地图软件先要进行初始化，没有注册和登录的用户(已注册和登录的用户在中央服务器数据库存储)是不能看到管线和监控点分布信 息，注册和登录的方式有多种，如帐户名和密码、帐户名和短信认证码、电子邮箱和密码等，登录进软件后，会开启GPS定位功能，可进行地理位置搜索与反搜索功能，富能地图软件便会显示所在地区的监控点的分布信息，此时APP和中央服务器联系，发送显示的经纬度文件是否是最新的信息，如不是则显示是否更新，要更新便下载最新的监控点分布的经纬度文件，并显示出来，当接收到中央服务器在某两个监控点区域有灾情发生或异常情况时，便在APP上相应经纬度点上显示出来，相关人员就要进行应急处理，富能地图软件APP的显示界面部分如下图，富能地图软件APP能自动和手动绘制管道和监控点及走向，对于特定人员具有增加、修改和删除监控点等功能，修改后数据能及时上传到中央服务器，紧急情况下其他相关人员的位置信息也能得到显示，一目了然，对处理重大灾情系统工程显得尤为重要，当监控点有警情时，相关人员(如公安人员)的智能手机便会接到通知，显示有警情的监控点的位置，需要时监控点视频也会发送给手机。
图19是管道与河堤系统结构图。
图20是水库与湖泊系统结构图。
图21是铁塔结构图，为了仪器设备安全以及信号传输稳定可靠起见，将大部分仪器设备放在铁塔(高度>10米)的顶端，仪器设备由下往上依次为圆形高压脉冲电网(粗钢线直径10mm)、摄像头、电网控制器、主控器、防雷器、天线、蓄电池(12V)和太阳能采集板(1000W/12V)。
图22是中央服务器系统结构图，此服务器是具有固定IP地址提供专有域名的服务器，也是提供FTP服务的，客户端通过SOCKET连接访问，服务器和客户端间通过有线和无线互联网通讯，一天24小时不间断工作，为防止停电和断电发生，需要配置UPS不间断电源，UPS能单独供电至少8小时。
图23是中央服务器软件流程图，中央服务器的应用软件每天24小时运行，可设置成一定周期内备份数据库(如所有相关人员的信息，各监控点的位置经纬度、配置，各位有关人员手机是否在线、注册和登记情况)和各种数据文件(各监控点采集的数据)信息，软件能存储各摄像头采集的图像，软件的查询模块能查询有关人员的信息，软件随时能更新手机地图文件，能经常提醒相关人员注册和登记，随时接收摄像头，高压脉冲电网报警信息，一有警情便将报警点位置的相关人员信息检索出来，向他们发送信息，需要的将报警的监控点的视频一并发送，同时数据库备案，随时接收各监控点采集的前置高性能传感器信息，调用计算模块分析计算有无异常及泄漏点准确位置，一有异常或灾情启动紧急预案，通过有线或无线通讯系统通知有关部门和相关人员，在系统里的计算机和智能手机上立即显示，显示出灾情位置等级。
图24是负责监控点安全相关部门(如公安) 系统结构图，它和中央服务器系统结构图基本一致，只是服务器换成普通台式机，它的软件就是每天24小时运行，接收中央服务器的信息，在终端上显示管辖的监控点视频和其它信息，相关人员还配有安装着富能地图APP的智能手机，软件部分关键就是显示有警情或灾情的监控点的位置信息和视频。
图25是手机软件富能地图APP的显示界面。
本发明在结构上进行了丰富设计，充分利用了各传感器的功能，并综合利用各种算法，实现了当前泄漏点实时监控研究与应用领域的一些新突破，达到了实时监控的作用。
摄像头模块使用模拟摄像头OV7620(可选择)，分辨率640*480，每秒产生30帧图像，每帧两场，1秒钟采集60帧图像，采集的图像为黑白图像，直接由中央服务器存储到硬盘中，能保存采集的图像和传感器历史数据。
中央服务器系统建立成网站结构，中央服务器系统使用目前市场上一般通用型的台式机即可，系统软件要安装网络信息服务系统，硬件部分和监控点的通讯部分可以是有线电缆和移动通讯系统并存，移动通讯系统可配置有GPRS模块的高速嵌入式系统，硬件部分和有关部门的通讯是有线和移动互联网方式，软件还要安装SQL数据库管理系统和VideoC++。
铁塔结构的说明：铁塔顶部是太阳能电池板，依次是防雷器、天线、主控器、高压脉冲电网控制器、摄像头、圆形高压脉冲电网、电网支撑架和绝缘体、及电源线和通讯线。
本发明的关键是采集数据的传感器的研制与选择以及通讯部分。

Claims (2)

1.一种泄漏点实时分布式监控系统，其特征在于：该系统是对被监控的对象布控多个监控点实施监控，每个监控点由前置高性能传感器、采集数据的单片机系统及通讯模块、提供电能的太阳能采集板和蓄电池、还有和中央服务器通讯的主控器(含移动通讯模块)、对各种仪器设备安全提供安全防范的摄像头部分(对周围环境监控并对视频加以识别)和高压脉冲电网(能将触碰它的动物击落没有伤亡)、大部分仪器设备安放在高为10米的铁塔上；所有监控点通过通讯电缆连接到中央服务器；每个监控点有两种通讯方式，即有线和无线方式，无线方式采用移动互联网或射频通讯，无线方式的使用要根据监控点地理位置的环境而定；两个监控点的距离在1公里内，系统工作时两个监控点同时采集前置传感器的数据，上传到中央服务器，由中央服务器的计算模块分析计算出有无险情，并能准确计算出两个监控点间泄漏点位置。
2.系统的移动通讯部分就是具有手机软件富能地图APP，对于工作地点经常变动的工作人员提供了便利，能随时了解各个监控点的分布情况及有无灾情和警情，对于各种管线的分布和走向更是了如指掌，极大地利于各级领导和工作人员处理各种突发情况，该手机APP具有多种功能，能自动和手动绘制管线和监控点的分布和走向，实时显示各个地点的情况。
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