CN109268928B

CN109268928B - 一种供热监控系统

Info

Publication number: CN109268928B
Application number: CN201811060231.6A
Authority: CN
Inventors: 江超; 隋学敏
Original assignee: Changan University
Current assignee: Changan University
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-10-23
Anticipated expiration: 2038-09-12
Also published as: CN109268928A

Abstract

本发明公开一种供热监控系统。所述供热监控系统包括：嵌入式主机、图像采集装置、显示器和多路智能模拟信号采集装置。图像采集装置用于实时采集换热站中的地面图像，且图像采集装置通过多路智能模拟信号采集装置与嵌入式主机连接，显示器与嵌入式主机连接，嵌入式主机用于根据图像采集装置采集的地面图像确定换热站是否存在漏水，显示器用于实时显示图像采集装置采集的图像。可见，本发明将图像采集引入换热站监控系统中，嵌入式主机根据图像采集装置采集的地面图像能够确定所述换热站是否存在漏水及爆管情况，进而能够有效保证无人值守换热站的安全运行。同时，监控系统集成度高、安装方便、工作可靠，便于推广实施。

Description

一种供热监控系统

技术领域

本发明涉及在线监测领域，特别是涉及一种供热监控系统。

背景技术

集中供热在我国北方地区占有较大的供热规模，城镇集中供热面积达150亿m2。受大规模的煤改气和煤改电影响，集中供热成本必然有较大增加。因此，集中供热系统智能化监测和控制在供热领域中的作用尤为突出。但是，现有的监测及控制系统只能进行简单的监控，无法实现换热站无人值守。

因此，如何提供一种能够用于无人值守换热站的供热监控系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种供热监控系统，将图像采集引入换热站监控系统中，供热监测系统能够根据图像信息确定换热站是否存在漏水及爆管情况，进而能够有效保证无人值守换热站的安全运行。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种供热监控系统，所述供热监控系统包括：嵌入式主机、图像采集装置、显示器和多路智能模拟信号采集装置，其中，

所述图像采集装置用于采集换热站中的地面图像，且所述图像采集装置通过所述多路智能模拟信号采集装置与所述嵌入式主机连接，所述显示器与所述嵌入式主机连接，所述嵌入式主机用于根据所述图像采集装置采集的地面图像确定所述换热站是否存在漏水，所述显示器用于实时显示所述图像采集装置采集的图像。

可选的，所述嵌入式主机用于根据所述图像采集装置采集的地面图像确定所述换热站是否存在漏水，具体包括：

获取所述图像采集装置实时采集的地面图像、监控区域的标准图像、漏水亮度区间及最大亮度阈值；

对所述地面图像与所述标准图像进行对比，获得敏感区域；

采用灰度直方图提取所述敏感区域的图像特征后进行连通域分析，获得若干连通域；

采用相关分析方法对所述连通域和所述连通域在所述标准图像中的对应区域进行特征比对后对获得的图像区域进行分割处理，获得若干分割后连通域图像；

对所述分割后连通域图像依次进行区域直方图统计和灰度分割处理后，计算每个所述分割后连通域图像的平均亮度值；

根据所述平均亮度值及所述漏水亮度区间提取各个分割后连通域图像的疑似漏水点位；

求取各个所述疑似漏水点位的最大亮度；

根据所述最大亮度及最大亮度阈值确定存在漏水区域的分割后连通域图像；

将各个所述存在漏水区域的分割后连通域图像进行连通，获得漏水区域。

可选的，所述图像采集装置还用于采集所述换热站的表盘图像。

可选的，所述嵌入式主机还用于

获取所述表盘图像、所述表盘的中轴位置及所述表盘的量程；

根据所述表盘图像确定所述表盘的指针轮廓；

计算所述指针轮廓的连通域中心线；

根据所述连通域中心线的位置及所述中轴位置确定所述连通域中心线的斜率；

根据所述斜率及所述中轴位置确定所述指针与所述中轴的夹角；

根据所述夹角及所述量程确定所述表盘显示的测量值。

可选的，所述供热监控系统还包括多路智能数字信号采集装置，所述多路智能数字信号采集装置与所述嵌入式主机连接。

可选的，所述嵌入式主机设置有24路4-20mA电流采集接口和24路采用MODBUS-RTU协议的RS485采集接口。

可选的，所述供热监控系统还包括多口网络交换机，所述多口网络交换机与所述嵌入式主机连接。

可选的，所述嵌入式主机的内存为4G，且所述嵌入式主机内置6G固态硬盘用于数据存数。

可选的，所述供热监控系统还包括报警装置，所述报警装置与所述嵌入式主机连接，所述报警装置用于当所述换热站存在漏水时发出报警信息。

可选的，所述供热监控系统还包括4G通信模块和移动终端，所述嵌入式主机通过所述4G通信模块向所述移动终端推送所述报警信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的供热监控系统包括：嵌入式主机、图像采集装置、显示器和多路智能模拟信号采集装置。图像采集装置用于实时采集换热站的地面图像，且图像采集装置通过多路智能模拟信号采集装置与嵌入式主机连接，显示器与嵌入式主机连接，嵌入式主机用于根据图像采集装置采集的地面图像确定换热站是否存在漏水，显示器用于实时显示图像采集装置采集的图像。可见，本发明将图像采集引入换热站监控系统中，嵌入式主机根据图像采集装置采集的地面图像能够确定所述换热站是否存在漏水及爆管情况，进而能够有效保证无人值守换热站的安全运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种供热监控系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的一种供热监控系统的外观示意图；

图3为本发明实施例提供的一种供热监控系统的接线图；

图4为本发明实施例提供的集中供热系统原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种供热监控系统的结构框图。图2为本发明实施例提供的一种供热监控系统的外观示意图。图3为本发明实施例提供的一种供热监控系统的接线图。如图1—图3所示，一种供热监控系统，所述供热监控系统包括：嵌入式主机101、图像采集装置102、显示器103和多路智能模拟信号采集装置104、多路智能数字信号采集装置105、多口千兆网络交换机106、报警装置107、4G通信模块108和移动终端109。

所述图像采集装置102用于实时采集所述换热站中的地面图像及所述换热站的表盘图像。所述图像采集装置102通过所述多路智能模拟信号采集装置104与所述嵌入式主机101连接，所述显示器103与所述嵌入式主机101连接。所述嵌入式主机101内存为4G，内置WIN7操作系统和用于存储数据的6G固态硬盘。所述嵌入式主机101还设置有24路4-20mA电流采集接口和24路采用MODBUS-RTU协议的RS485采集接口。嵌入式主机101用于根据所述图像采集装置102采集的地面图像确定所述换热站是否存在漏水，并根据表盘图像确定表盘显示的测量值，所述显示器103用于实时显示所述图像采集装置102采集的图像及表盘的测量值。所述显示器103为触摸显示器，可选12英寸标准4:3的电容触摸液晶屏或15寸触摸显示器。

所述多路智能数字信号采集装置105、所述多口网络交换机106、所述报警装置107均与所述嵌入式主机101连接。所述报警装置107用于当所述换热站存在漏水时发出报警信息，所述嵌入式主机101通过所述4G通信模块108向所述移动终端109推送所述报警信息。

具体地，所述嵌入式主机101确定换热站是否存在漏水的具体步骤为：

对所述地面图像与所述标准图像进行对比，获得敏感区域；

采用相关分析方法对所述连通域和所述连通域在所述标准图像中的对应区域进行特征比对后对获得的图像区域根据漏水识别精度进行分割处理，获得若干分割后连通域图像；

求取各个所述疑似漏水点位的最大亮度；

所述嵌入式主机101确定表盘的测量值的具体步骤为：

根据所述表盘图像确定所述表盘的指针轮廓；

计算所述指针轮廓的连通域中心线；

根据所述夹角及所述量程确定所述表盘显示的测量值。

图4为本发明实施例提供的集中供热系统原理图。如图4所示，换热站用于集中供热系统中采暖用户与城市热力管网的间接连接，实现该间接连接的核心部件为采暖换热机组1。

换热机组通过换热器1a将城市热网高温水携带的热量传递给低温水，从而实现建筑的低温供暖。循环水泵1b为用户低温水的循环提供动力。补给水泵1c为系统起补水定压作用。软水器2对自来水进行软化处理。补给水箱3存储软化后的水以备补给水泵1c随时取用。换热站内，在城市高温热网和用户低温热网上还装有关断开关关断、热计量、压力检测、温度检测等与嵌入式主机连接的附件，嵌入式主机将各个附件的检测值发送给显示器，显示器通过控制画面实时显示各设备的运行状态。

本发明提供的供热监控系统一体机放置在换热机组外，采暖换热机组1内各模拟量测点(温度、压力等)通过信号线连接至模拟量输入端口，各数字量测点(水泵转速、启停状态、电流、瞬时流量、瞬时热量等)通过信号线连接至数字量输入端口。数据通过有线或无线网络DTU箱发送至热力公司集中供热控制中心。供热监控系统一体机内置有支持802.11b/g/n的wifi通信模块、DC24V电源模块、DC12V电源模块、2路USB host接口模块，通过配置可将wifi通信模块设置为AP模式，为用户提供无线局域网。本发明提供的供热监控系统一体机的产品外形尺寸为800mm(高)×600mm(宽)×230mm(厚)，供电电源为AC220V，工作温度-40℃～85℃，防护等级为IP43。

本实施中的嵌入式主机101采用嵌入式低功耗高性能CPU(双核1.6G)，内存为4GDDR3高速内存，WIN7操作系统，内置6G固态硬盘数据存储，支持多路并行计算，支持复杂算法运行，其核心处理板主要处理过程：

发送采集指令→接收多路RS485信号→解压数据包→解析Modbus-RTU→送入CPU处理器进行计算→I/O读取持久化存储库→根据协议与字典库进行比对确定测点位置→送入图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)处理→推送到显示器→按不可逆加密协议加密→多线程处理启动→TCP/IP(加密)数据传输。

多功能嵌入式主机101的控制逻辑如下：

采集各变量→I/O读取磁盘各运行参数→调用算法→下发指令到各下属设备。

多路智能模拟信号采集装置104的主要处理过程：

4～20mA输入采集通道→滤波(高通、低通)处理→模拟量转换(A/D)→差分处理→限值处理→上下限判断→0～65535数字量判断→Modbus-RTU协议封装→RS485通讯→数据通道。

多路智能数字信号采集模块105主要处理过程：

采集数据→滤波处理→FPGA芯片处理→送入神经元芯片处理→经LNS DDE服务器动态数据连接传递给核心处理单元→CPU数据封装→协议封装→RS485通讯→建立通讯通道→数据传输通道→控制通道。

触摸显示器支持主流分辨率高清视频接入，最大可接入8路。视频接入及监测识别过程如下：

外部高清相机→RJ45口接入→软件开发工具包SDk读取相机图像→pdata图像区数据指针→调用图像处理接口→截取关键帧图像区→低通滤波处理→二值化处理→连通域分析→帧差计算→图像帧前后比对→渗水图像区域监测识别→表盘图像区域监测识别→识别结果判断→误差计算→输出结果到计算内存中。

渗水图像区域监测识别处理过程如下：

地面图像采集->图像解码->HSV通道分割->通过中值滤波算法对图像进行滤波->灰度直方图对敏感区域特征提取->连通域分析->连通域形成->特征比对->再次分割->区域直方图->灰度分割->平均阈值计算->平均亮度计算->提取关键点位->求取最大亮度->连通域最大面积为漏水区域。

图像表盘识别过程如下：

表盘图像采集->图像解码->平滑滤波->二值化->空间域转频域->提取边缘->分析表盘倾斜度->矫正图像->连通域分析->根据面积过滤掉->过大过小区域->获取指针位置轮廓->获取中轴位置->计算指针连通域中心线->计算中心线斜率->夹角计算->根据表盘量程算出当前测量值。

供热监控系统支持接入多路高清视频设备，提供关键区域的入侵检测以及仪表盘的数据识别等功能。本发明将视频集中接入供热监控系统中，解决了长期以来换热站端无图像监控的问题，通过视频分析确定漏水、爆管等情况，为无人值守换热站的安全运行提供了可靠的保障及安全报警措施，多功能嵌入式主机支持手动控制及智能算法自动控制两种模式，通过对表盘图像进行分析能够精确识别出表盘数据，可以大大减少换热站建设成本和施工难度，同时，本发明提供了丰富的应用APP，可对前端设备进行控制及调试。

下面介绍供热监控系统的工作过程：

①多路智能模拟信号采集装置和多路智能数字信号采集装置对换热站内城市高温热网和用户低温热网的供、回水温度、压力、流量、热量、水泵频率、阀门开度进行实时采集，采集周期为5秒，其中，温度、压力为4～20mA电流信号；频率、阀门开度为数字信号。②将采集结果进行加密封装之后通过包括有线网络或3G/4G无线网络的数据传输模块DTU透传至热力公司控制中心。③热力公司控制中心根据每个换热站上传过来的数据及热源部分的数据统计分析出每个换热站所需要的供热热量、流量，然后通过网络下发给每个换热站。④多功能嵌入式主机接收热力公司控制中心发过来的热量、流量数据包，然后对数据包进行解密，解密之后将流量、热量数据转换为一次管网的水泵频率，并采用PID控制方法对水泵运行频率进行调节。⑤多功能嵌入式主机以二次供水温度、压力作为修正参数，通过24路数字通道给变频器、阀门下发调节指令，通过不间断的调整水泵频率、阀门开度以调节换热站所需要的流量、热量。其中，在水泵频率的调整过程中，为避免水泵流量波动过大，将目标频率与实际频率之间的偏差分3级进行调节：第一级调节消除频率偏差的50％(调节精度设定为20％)，第二级调节消除频率偏差的40％(调节精度设定为10％)，第三级调节消除频率偏差的10％(调节精度设定为5％)，从而使得流量波动小且调节精度高。每一级调节均采用数字PID控制方法进行调节。⑥多功能嵌入式主机内置BP神经网络预测模型，BP神经网络预测模型可用于推演预测下一时刻换热站所需的流量和热量，并通过网络传输至热力公司控制中心。同时，由于嵌入式主机内置有BP神经网络预测模型，在断网的情况下，BP神经网络预测模型可以根据历史运行曲线自行调节水泵频率及阀门开度。

相对于现有技术，本产品的优点：

1)支持ZNJKTB17协议传输；

2)可通过智能算法，自动无人值守无级调节循环水泵频率，可以分时段有效供热；

3)可以自动接收室外气温，并可根据室温气温调整二次侧供水温度；

4)可不间断实时采集各个测点监测数据，对数据进行CRC校验并进行精度判断，同时上传至指定位置；

5)可持续120天不间断数据传输，以确保数据的完整性；

6)通过采集城市高温热网供、回水温度和流量，从而得到瞬时热量、流量，便于进行统计及累积计算；

7)通过精确计算，用户低温热网侧目标温度精度控制在±0.5℃；

8)通过无线透传技术可以实时动态监测前端设备运行状况；

9)通过使用可靠的TCP/IP进行无线数据透传，可进行双向控制操作，对远端换热站进行指令下发；

10)可自动计算热负荷为总站供热提供燃烧依据；

11)支持对接单户热表数据及传输；

12)封装SDK支持二次开发，满足现场需要；

13)支持多采暖换热机组数据采集；

14)支持标准MODBUS-RTU数据采集。

本发明提供的供热监控系统一体机的核心技术为分布式计算系统，集数据采集、传输、运算于一体，为智能供热分布式变频系统提供计算机平台支撑，产品集成度高、安装方便、工作可靠，解决了换热站与热源之间无法智能控制流量、温度及水泵工作频率的弊端，大幅度提高了整个供热管网的节能效率。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种供热监控系统，其特征在于，所述供热监控系统包括：嵌入式主机、图像采集装置、显示器和多路智能模拟信号采集装置，其中，

所述图像采集装置用于采集换热站的地面图像，且所述图像采集装置通过所述多路智能模拟信号采集装置与所述嵌入式主机连接，所述显示器与所述嵌入式主机连接，所述嵌入式主机用于根据所述图像采集装置采集的地面图像确定所述换热站是否存在漏水，所述显示器用于实时显示所述图像采集装置采集的图像；

所述嵌入式主机用于根据所述图像采集装置采集的地面图像确定所述换热站是否存在漏水，具体包括：

对所述地面图像与所述标准图像进行对比，获得敏感区域；

求取各个所述疑似漏水点位的最大亮度；

将各个所述存在漏水区域的分割后连通域图像进行连通，获得漏水区域；

所述图像采集装置还用于采集所述换热站的表盘图像；

所述嵌入式主机还用于获取所述表盘图像、所述表盘的中轴位置及所述表盘的量程；

根据所述表盘图像确定所述表盘的指针轮廓；

计算所述指针轮廓的连通域中心线；

根据所述夹角及所述量程确定所述表盘显示的测量值；

所述嵌入式主机的控制逻辑如下：

采集各变量→I/O读取磁盘各运行参数→调用算法→下发指令到各下属设备；

所述嵌入式主机接收热力公司控制中心发过来的热量、流量数据包，然后对数据包进行解密，解密之后将流量、热量数据转换为一次管网的水泵频率，并采用PID控制方法对水泵运行频率进行调节，所述嵌入式主机以二次供水温度、压力作为修正参数，通过24路数字通道给变频器、阀门下发调节指令，通过不间断的调整水泵频率、阀门开度以调节换热站所需要的流量、热量；

所述嵌入式主机内置BP神经网络预测模型，所述BP神经网络预测模型用于推演预测下一时刻换热站所需的流量和热量，并通过网络传输至热力公司控制中心；在断网的情况下，所述BP神经网络预测模型根据历史运行曲线自行调节水泵频率及阀门开度。

2.根据权利要求1所述的供热监控系统，其特征在于，所述供热监控系统还包括多路智能数字信号采集装置，所述多路智能数字信号采集装置与所述嵌入式主机连接。

3.根据权利要求1所述的供热监控系统，其特征在于，所述嵌入式主机设置有24路4-20mA电流采集接口和24路采用MODBUS-RTU协议的RS485采集接口。

4.根据权利要求1所述的供热监控系统，其特征在于，所述供热监控系统还包括多口网络交换机，所述多口网络交换机与所述嵌入式主机连接。

5.根据权利要求1所述的供热监控系统，其特征在于，所述嵌入式主机的内存为4G，且所述嵌入式主机内置6G固态硬盘用于数据存数。

6.根据权利要求1所述的供热监控系统，其特征在于，所述供热监控系统还包括报警装置，所述报警装置与所述嵌入式主机连接，所述报警装置用于当所述换热站存在漏水时发出报警信息。

7.根据权利要求6所述的供热监控系统，其特征在于，所述供热监控系统还包括4G通信模块和移动终端，所述嵌入式主机通过所述4G通信模块向所述移动终端推送所述报警信息。