CN109709268A - 一种以智慧杆为5g微基站载体的智慧管网数据传输系统 - Google Patents
一种以智慧杆为5g微基站载体的智慧管网数据传输系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，主要包括地下管线智能感知设备、智慧杆5G微基站、智慧管网数据平台；所述地下管线智能感知设备安装在地下空间内铺设的管道中，所述地下管线智能感知设备通过NB‑IoT回传至分布在城市路边的智慧杆5G微基站；所述智慧杆5G微基站用于接收所述地下管线智能感知设备所回传的信息数据并传输至智慧管网数据平台；所述智慧管网数据平台包括数据分析中心、数据访问中心、安全防护模块及数据传输模块。总之，本发明系统可有效的避免了城市基础设施的重复投入，解决5G微基站建设外电电缆布放难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及地下管网技术领域，具体是涉及一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统。
背景技术
地下管线是满足城市运行和市民生产生活的重要基础，担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾、废物排弃的功能，是城市赖以生存和发展的物质基础。随着地下管线探测技术、数字测绘技术、计算机技术、网络技术、GIS技术、数据存储技术、通信技术和物联网等技术的发展和融合，迫切需要对城市地下管线进行智能化管理。随着智慧管网的出现，为今后地下管线资源的统筹利用和科学布局等提供了更加准确、直观的参考。
但是传统的智慧管网建设容易产生城市基础设施的重复投用，浪费大量的社会资源，同时外电电缆布放困难等阻碍了智慧管网建设；随着5G的应运而生，利用5G技术可以显著提高智慧管网的传输效率，5G组网是通过单位面积内部署微基站密度的量变来实现频率复用效率的成倍提升，同时，多功能智能杆(智慧杆)作为分布最广、最密集的城市基础设施可以满足5G超密集组网的设置需求。
因此，为了避免了城市基础设施的重复投入，5G微基站建设外电电缆布放难的问题，现需要一种利用多功能智能杆(智慧杆)为5G微基站的智慧管网数据传输系统来有效的解决这些问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统。
本发明的技术方案是:一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，主要包括地下管线智能感知设备、智慧杆5G微基站、智慧管网数据平台；
所述地下管线智能感知设备安装在地下空间内铺设的管道中，所述地下管线智能感知设备用于实时监测智慧管网动态数据；所述地下管线智能感知设备通过NB-IoT回传至分布在城市路边的智慧杆5G微基站；
所述智慧杆5G微基站用于接收所述地下管线智能感知设备所回传的信息数据并传输至智慧管网数据平台；
所述智慧管网数据平台包括数据分析中心、数据访问中心、安全防护模块及信息传输模块；
所述数据分析中心具体包括数据分析模块、分析数据库、三维绘图模块和数据传输模块；所述数据传输模块接收数据后，将数据传输至所述分析数据库，并交由所述数据分析模块进行处理，所述数据分析模块用于根据采集到的数据判断地下管网指标是否达标，所述三维绘图模块用于根据分析数据结果对地下管网进行三维仿真形象展现并对地下管网指标状态进行标注分布显示；
所述数据访问中心具体包括登录认证模块、GIS系统、收集及分析模块；所述登陆认证模块用于识别内部访问验证和外部访问验证以供GIS系统提供相应的数据查阅权限，所述GIS系统用于调用数据并汇总，以便于访问者快速检索地下管网的数据，所述收集及分析模块用于采集汇总访问用户自上传地下管网相关数据并进行分析核验；
所述安全防护模块用于根据所述数据分析中心对地下管网分析数据的安全判定结果生成警报信息；
所述信息传输模块具体包括复合加密模块、数据收发模块；所述复合加密模块用于加密警报信息，所述数据收发模块用于采用5G传输技术收发警报信息。
进一步地，所述警报信息包括短信、电话和微信，但不仅限于这几种。覆盖率高，可确保将紧急信息及时通知到相关工作人员。
进一步地，所述复合加密模块包括加密处理模块和解密处理模块，
所述加密处理模块包括:数据分流单元，缓冲需要加密的数据包，并根据AES加密单元或RSA加密单元传输通道负载情况给数据包添加两种加密单元对应的属性标签，将相应属性标签的数据包发送给AES加密单元或RSA加密单元；AES加密单元，使用AES加密方式对相应属性标签的数据包加密；RSA加密单元，使用RSA加密方式对相应属性标签的数据包加密；
所述解密处理模块包括：数据解读单元，缓冲收到的两种加密信息，将相应属性标签的数据包发送给AES解密单元或RSA解密单元；AES解密单元，解密采用AES解密方式对相应属性标签的数据包解密；RSA解密单元，使用RSA解密方式对相应属性标签的数据包解密。采用复合加密将警报信息等重要信息进行加密传输，确保信息的安全性，避免不法分子窃取通知信息造成社会混乱，同时采用分流的方式将数据包进行分流和AES和RSA的随机加密，提高了加密处理的效率和安全性，减少了数据传输的延迟，时效性更强。
进一步地，所述数据收发模块采用混合ARQ协议进行数据传输。可以避免在数据传输中出现断点发送失败等情况，保证数据发送的稳定性，提高数据传输之间的效率。
进一步地，所述智慧杆5G微基站收集到地下管线智能感知设备所采集信号后，进行数据压缩传输技术处理后再传输至智慧管网数据平台，所述数据压缩传输技术为采用LZSS无损压缩算法。可以提高数据传输的效率和容量，扩大智慧管网的覆盖率和数据点，实现覆盖更大，采集更全的智慧管网系统。
进一步地，所述地下管线智能感知设备包括管线压力传感器、管线流量传感器和管线气体监控装置。
更进一步地，所述管线气体监控装置包括气体处理单元、监测处理单元；
所述气体处理单元包括主体和管道接口，所述主体和管道接口上下连接；
所述管道接口内中部设有隔板，所述隔板将管道接口内等分为左右两部分，分别为进气管口和出气管口，所述进气管口和出气管口下底面分别设有进气插口和出气插口，所述出气管口上顶面设有水封阻气口；
所述主体由上到下分为冷却室和气水分离室，所述冷却室左外侧面下端设有冷却液进口，冷却室右外侧面上端设有冷却液出口，冷却室中心设有连通管，所述连通管周向均匀分布有多个增触板，所述增触板内部中空，增触板下端远端均设有接口a，所述增触板下方于接口a对应位置处设有进气环管，所述进气环管通过接口a与增触板内部连通，增触板靠近连通管的侧面上端设有接口b，所述增触板与连通管之间设有回气环管，所述回气环管上端通过接口b与增触板内部连通，所述进气环管左侧下端通过进气管连通至管道接口内的进气管口，所述出气环管下端连通至气水分离室内；
所述监测处理单元包括气体传感器、主控板、通信模块和供电电源，所述气体传感器、主控板和通信模块依次通过数据线连接，所述供电电源与气体传感器、主控板和通信模块电性连接；
所述主体上顶面右端设有排气口，所述气体传感器通过管道分别与连通管上端和排气口连接，所述排气口下端通过排气管连通至管道接口内的出气管口。所述管线气体监控装置利用多个周向分布的增程板增加冷却液与其接触面积，提高冷却的效果，进而增强气水分离的效果和效率，提高检测精度，检测效果好，可以快速响应，确保管网数据的及时性和时效性。
进一步地，所述增触板内等间距横向设有多个增程板，所述增程板交错分布于增触板内左右两端内壁形成S型路径。可有效增加冷却行程，增强气水分离的效果，进而提高气体传感器的监测准确度。
进一步地，所述气体传感器为多种危险气体传感器集成，所述危险气体传感器为CH4传感器、CO传感器、H2S传感器，但不仅限于这几种。可检测多种危险气体，检测效率高，集成度好。
进一步地，所述通信模块通过NB-IoT与智慧杆5G微基站进行数据对接。
本发明管线气体监控装置的工作方法为:安装座中穿设有进气插管和出气插管，使进气插管和出气插管下端悬伸，上端与进气插口和出气插口连接；水气通过进气插口进入进气管口内，通过进气管进入进气环管，通过进气环管将水气均匀分布至每个增触板内，通过S型行程及冷却液冷却作用，再通过回气环管汇集并从下端进入气水分离室，然后气体从连通管进入至气体传感器进行气体检测，检测完毕气体通过排气口及排气管排出；控制板将气体传感器检测数据进行整合分类，并通过通信模块将信息传输至智慧杆5G微基站。
本发明的有益效果是:
(1)本发明利用智慧杆为5G微基站载体有效的避免了城市基础设施的重复投入，同时智慧杆的供电系统还可以解决5G微基站建设外电电缆布放难的问题。
(2)本发明通过地下管线智能感知设备的检测，利用NB-IoT回传至5G微基站，并利用数据传输模块的复合加密模块、自动重发模块等进行传输的保障，提高了传输效率，保证了智慧管网数据传输系统的高效使用。
(3)本发明地下管线智能感知设备中的管线气体监控装置，检测精度高，检测效果好，可以快速响应，确保管网数据的及时性和时效性。
附图说明
图1是本发明系统框图。
图2是本发明管线气体监控装置整体结构示意图。
图3是本发明图2的A-A处俯视图。
其中，1-主体、11-排气口、12-进气环管、13-回气环管、14-进气管、15-排气管、2-管道接口、21-隔板、22-水封阻气口、23-进气插口、24-出气抽口、3-气水分离室、4-冷却室、41-冷却液进口、42-冷却液出口、5-连通管、6-增触板、61-增程板、62-接口a、63-接口b、7-气体传感器、8-控制板、9-通信模块、10-供电电源。
具体实施方式
一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，主要包括地下管线智能感知设备、智慧杆5G微基站、智慧管网数据平台；
地下管线智能感知设备安装在地下空间内铺设的管道中，地下管线智能感知设备用于实时监测智慧管网动态数据；地下管线智能感知设备通过NB-IoT回传至分布在城市路边的智慧杆5G微基站；地下管线智能感知设备包括管线压力传感器、管线流量传感器和管线气体监控装置。
智慧杆5G微基站用于接收地下管线智能感知设备所回传的信息数据并传输至智慧管网数据平台；智慧杆5G微基站收集到地下管线智能感知设备所采集信号后，进行数据压缩传输技术处理后再传输至智慧管网数据平台，数据压缩传输技术为采用LZSS无损压缩算法。可以提高数据传输的效率和容量，扩大智慧管网的覆盖率和数据点，实现覆盖更大，采集更全的智慧管网系统。
智慧管网数据平台包括数据分析中心、数据访问中心、安全防护模块及信息传输模块；
数据分析中心具体包括数据分析模块、分析数据库、三维绘图模块和数据传输模块；数据传输模块接收数据后，将数据传输至分析数据库，并交由数据分析模块进行处理，数据分析模块用于根据采集到的数据判断地下管网指标是否达标，三维绘图模块用于根据分析数据结果对地下管网进行三维仿真形象展现并对地下管网指标状态进行标注分布显示；
数据访问中心具体包括登录认证模块、GIS系统、收集及分析模块；所述登陆认证模块用于识别内部访问验证和外部访问验证以供GIS系统提供相应的数据查阅权限，GIS系统用于调用数据并汇总，以便于访问者快速检索地下管网的数据，收集及分析模块用于采集汇总访问用户自上传地下管网相关数据并进行分析核验；
安全防护模块用于根据数据分析中心对地下管网分析数据的安全判定结果生成警报信息；警报信息包括短信、电话和微信，但不仅限于这几种。覆盖率高，可确保将紧急信息及时通知到相关工作人员。
所述信息传输模块具体包括复合加密模块、数据收发模块；所述复合加密模块用于加密警报信息，所述数据收发模块用于采用5G传输技术收发警报信息。
复合加密模块包括加密处理模块和解密处理模块，
加密处理模块包括:数据分流单元，缓冲需要加密的数据包，并根据AES加密单元或RSA加密单元传输通道负载情况给数据包添加两种加密单元对应的属性标签，将相应属性标签的数据包发送给AES加密单元或RSA加密单元；AES加密单元，使用AES加密方式对相应属性标签的数据包加密；RSA加密单元，使用RSA加密方式对相应属性标签的数据包加密；
解密处理模块包括：数据解读单元，缓冲收到的两种加密信息，将相应属性标签的数据包发送给AES解密单元或RSA解密单元；AES解密单元，解密采用AES解密方式对相应属性标签的数据包解密；RSA解密单元，使用RSA解密方式对相应属性标签的数据包解密。采用复合加密将警报信息等重要信息进行加密传输，确保信息的安全性，避免不法分子窃取通知信息造成社会混乱，同时采用分流的方式将数据包进行分流和AES和RSA的随机加密，提高了加密处理的效率和安全性，减少了数据传输的延迟，时效性更强。
数据收发模块采用混合ARQ协议进行数据传输。可以避免在数据传输中出现断点发送失败等情况，保证数据发送的稳定性，提高数据传输之间的效率。
管线气体监控装置包括气体处理单元、监测处理单元；如图1所示，气体处理单元包括主体1和管道接口2，主体1和管道接口2上下连接；
如图1所示，管道接口2内中部设有隔板21，隔板21将管道接口2内等分为左右两部分，分别为进气管口和出气管口，进气管口和出气管口下底面分别设有进气插口23和出气插口24，出气管口上顶面设有水封阻气口22；
如图1和2所示，主体1由上到下分为冷却室4和气水分离室3，冷却室4左外侧面下端设有冷却液进口41，冷却室4右外侧面上端设有冷却液出口41，冷却室4中心设有连通管5，连通管5周向均匀分布有多个增触板6，增触板6内部中空，增触板6下端远端均设有接口a62，增触板6下方于接口a62对应位置处设有进气环管12，进气环管12通过接口a62与增触板6内部连通，增触板6靠近连通管5的侧面上端设有接口b63，增触板6与连通管5之间设有回气环管13，回气环管13上端通过接口b63与增触板6内部连通，进气环管12左侧下端通过进气管14连通至管道接口2内的进气管口，出气环管13下端连通至气水分离室3内；增触板6内等间距横向设有多个增程板61，增程板61交错分布于增触板6内左右两端内壁形成S型路径。可有效增加冷却行程，增强气水分离的效果，进而提高气体传感器7的监测准确度。
如图1所示，监测处理单元包括气体传感器7、主控板8、通信模块9和供电电源10，气体传感器7、主控板8和通信模块9依次通过数据线连接，供电电源10与气体传感器7、主控板8和通信模块9电性连接；气体传感器7为多种危险气体传感器集成，危险气体传感器为CH4传感器、CO传感器、H2S传感器，但不仅限于这几种。可检测多种危险气体，检测效率高，集成度好。通信模块通过NB-IoT与智慧杆5G微基站进行数据对接。
如图1所示，主体1上顶面右端设有排气口11，气体传感器7通过管道分别与连通管5上端和排气口11连接，排气口11下端通过排气管15连通至管道接口2内的出气管口。管线气体监控装置利用多个周向分布的增程板61增加冷却液与其接触面积，提高冷却的效果，进而增强气水分离的效果和效率，提高检测精度，检测效果好，可以快速响应，确保管网数据的及时性和时效性。
上述管线气体监控装置的工作方法为:安装座中穿设有进气插管和出气插管，使进气插管和出气插管下端悬伸，上端与进气插口23和出气插口24连接；水气通过进气插口23进入进气管口内，通过进气管14进入进气环管12，通过进气环管12将水气均匀分布至每个增触板6内，通过S型行程及冷却液冷却作用，再通过回气环管13汇集并从下端进入气水分离室3，然后气体从连通管5进入至气体传感器7进行气体检测，检测完毕气体通过排气口11及排气管15排出；控制板8将气体传感器7检测数据进行整合分类，并通过通信模块9将信息传输至智慧杆5G微基站。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，主要包括地下管线智能感知设备、智慧杆5G微基站、智慧管网数据平台；
所述地下管线智能感知设备安装在地下空间内铺设的管道中，所述地下管线智能感知设备用于实时监测智慧管网动态数据；所述地下管线智能感知设备通过NB-IoT回传至分布在城市路边的智慧杆5G微基站；
所述智慧杆5G微基站用于接收所述地下管线智能感知设备所回传的信息数据并传输至智慧管网数据平台；
所述智慧管网数据平台包括数据分析中心、数据访问中心、安全防护模块及信息传输模块；
所述数据分析中心具体包括数据分析模块、分析数据库、三维绘图模块和数据传输模块；所述数据传输模块接收数据后，将数据传输至所述分析数据库，并交由所述数据分析模块进行处理，所述数据分析模块用于根据采集到的数据判断地下管网指标是否达标，所述三维绘图模块用于根据分析数据结果对地下管网进行三维仿真形象展现并对地下管网指标状态进行标注分布显示；
所述数据访问中心具体包括登录认证模块、GIS系统、收集及分析模块；所述登陆认证模块用于识别内部访问验证和外部访问验证以供GIS系统提供相应的数据查阅权限，所述GIS系统用于调用数据并汇总，以便于访问者快速检索地下管网的数据，所述收集及分析模块用于采集汇总访问用户自上传地下管网相关数据并进行分析核验；
所述安全防护模块用于根据所述数据分析中心对地下管网分析数据的安全判定结果生成警报信息；
所述信息传输模块具体包括复合加密模块、数据收发模块；所述复合加密模块用于加密警报信息，所述数据收发模块用于采用5G传输技术收发警报信息。
2.根据权利要求1所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述警报信息包括短信、电话和微信。
3.根据权利要求1所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述复合加密模块包括加密处理模块和解密处理模块，
所述加密处理模块包括:数据分流单元，缓冲需要加密的数据包，并根据AES加密单元或RSA加密单元传输通道负载情况给数据包添加两种加密单元对应的属性标签，将相应属性标签的数据包发送给AES加密单元或RSA加密单元；AES加密单元，使用AES加密方式对相应属性标签的数据包加密；RSA加密单元，使用RSA加密方式对相应属性标签的数据包加密；
所述解密处理模块包括：数据解读单元，缓冲收到的两种加密信息，将相应属性标签的数据包发送给AES解密单元或RSA解密单元；AES解密单元，解密采用AES解密方式对相应属性标签的数据包解密；RSA解密单元，使用RSA解密方式对相应属性标签的数据包解密。
4.根据权利要求1所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述数据收发模块采用混合ARQ协议进行数据传输。
5.根据权利要求1所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述智慧杆5G微基站收集到地下管线智能感知设备所采集信号后，进行数据压缩传输技术处理后再传输至智慧管网数据平台，所述数据压缩传输技术为采用LZSS无损压缩算法。
6.根据权利要求1所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述地下管线智能感知设备包括管线压力传感器、管线流量传感器和管线气体监控装置。
7.根据权利要求6所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述管线气体监控装置包括气体处理单元、监测处理单元；
所述气体处理单元包括主体(1)和管道接口(2)，所述主体(1)和管道接口(2)上下连接；
所述管道接口(2)内中部设有隔板(21)，所述隔板(21)将管道接口(2)内等分为左右两部分，分别为进气管口和出气管口，所述进气管口和出气管口下底面分别设有进气插口(23)和出气插口(24)，所述出气管口上顶面设有水封阻气口(22)；
所述主体(1)由上到下分为冷却室(4)和气水分离室(3)，所述冷却室(4)左外侧面下端设有冷却液进口(41)，冷却室(4)右外侧面上端设有冷却液出口(41)，冷却室(4)中心设有连通管(5)，所述连通管(5)周向均匀分布有多个增触板(6)，所述增触板(6)内部中空，增触板(6)下端远端均设有接口a(62)，所述增触板(6)下方于接口a(62)对应位置处设有进气环管(12)，所述进气环管(12)通过接口a(62)与增触板(6)内部连通，增触板(6)靠近连通管(5)的侧面上端设有接口b(63)，所述增触板(6)与连通管(5)之间设有回气环管(13)，所述回气环管(13)上端通过接口b(63)与增触板(6)内部连通，所述进气环管(12)左侧下端通过进气管(14)连通至管道接口(2)内的进气管口，所述出气环管(13)下端连通至气水分离室(3)内；
所述监测处理单元包括气体传感器(7)、主控板(8)、通信模块(9)和供电电源(10)，所述气体传感器(7)、主控板(8)和通信模块(9)依次通过数据线连接，所述供电电源(10)与气体传感器(7)、主控板(8)和通信模块(9)电性连接；
所述主体(1)上顶面右端设有排气口(11)，所述气体传感器(7)通过管道分别与连通管(5)上端和排气口(11)连接，所述排气口(11)下端通过排气管(15)连通至管道接口(2)内的出气管口。
8.根据权利要求7所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述增触板(6)内等间距横向设有多个增程板(61)，所述增程板(61)交错分布于增触板(6)内左右两端内壁形成S型路径。
9.根据权利要求7所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述气体传感器(7)为多种危险气体传感器集成，所述危险气体传感器为CH4传感器、CO传感器、H2S传感器。
10.根据权利要求7所述的一种以智慧杆为5G微基站载体的智慧管网数据传输系统，其特征在于，所述通信模块通过NB-IoT与智慧杆5G微基站进行数据对接。
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