CN110009890A - 一种油气管道实时监测系统 - Google Patents

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张统银
倪荣伟
张松
郭雷
罗明
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    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
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Abstract

本发明公开了一种油气管道实时监测移动汇聚装置，其特征在于：结构包括空中移动汇聚端和地面采集端；所述空中移动汇聚端是搭载在无人机平台上，空中移动汇聚端地面采集端在该系统中起到在低功耗模式下实时采集数据并等待接收移动汇聚端的询问指令，通过移动式实时数据采集与处理，解决了目前采集装置的使用与维护成本过高、资源占用和损耗过高且安装部署不灵活等的现实问题，是对现有技术一次扩展性的技术创新，具有很好的推广和使用价值。

Description

一种油气管道实时监测系统
技术领域
本发明涉及油气管道数据采集与处理技术领域，具体为一种油气管道实时监测系统。
背景技术
目前国内工业石油领域正在逐步向智能化和自动化方向快速发展，但受制于现有技术的不足以及特殊环境的特殊要求，个别特殊领域发展依然是十分缓慢，在油气管道直线式分布的实时监测领域，由于受制于现有技术的信号覆盖范围的不足，难以进行快速全覆盖的采集与处理，从而借助于无人机低空移动平台来实现数据实时采集与处理的全范围覆盖已然成为最佳的选择，同时该领域对数据采集精度的要求以及对可靠性的要求都是极高的，需要专业的产品支撑. 目前市面上的数据采集装置使用成本与维护成本都非常高，且装置的安装部署需要大量布线非常不灵活、耗能高、受区域与环境的影响过大；同时现有采集装置主要依靠人力现场采集，占用并损耗大量资源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种油气管道实时监测系统，通过移动式实时数据采集与处理，解决了目前采集装置的使用与维护成本过高、资源占用和损耗过高且安装部署不灵活等的现实问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种油气管道实时监测系统，其特征在于：结构包括空中移动汇聚端和地面采集端；所述空中移动汇聚端是搭载在无人机平台上，空中移动汇聚端由单片机I、RF射频模块I、存储转换芯片单元I、存储器I、电源I、信号指示单元I组成，所述单片机I通过连接线分别与电源I、信号指示单元I、RF射频模块I、存储转换芯片单元I连接，存储转换芯片单元I通过连接线与存储器I连接；
地面采集端在该系统中起到在低功耗模式下实时采集数据并等待接收移动汇聚端的询问指令，由单片机II、RF射频模块II、AD采集芯片单元II、时钟采集芯片单元II、电源II、信号指示单元II组成，所述单片机II通过连接线与RF射频模块II、AD采集芯片单元II、时钟采集芯片单元II、电源II、信号指示单元II分别连接。
作为优选，所述单片机I负责发送、接收、处理与存储数据；RF射频模块I负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；存储转换芯片单元I负责将单片机I处理后的数据转换成存储器I的文件格式并保存数据到存储器I中（word文档、excel文档等格式）；存储器I模块负责存储数据并在操作系统中以word文档或者excel文档格式打开文件；信号指示单元I功能模块包含数据收发指示、电源指示以及无线信号强度指示。
作为优选，所述单片机II负责实时采集数据，并提取有效数据进行暂时保存，同时等待接收移动端发送的询问指令并将采集的有效数据实时传输给移动端；RF射频模块II负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；AD采集芯片单元II负责高精度实时采集模拟量的数据，并转换成数字格式的数据供单片机II处理；时钟采集芯片单元II负责给装置提供应用端逻辑时钟，用于装置的定时采集和定时关闭以降低功耗；信号指示单元II包含电源指示、数据收发指示以及无线信号强度指示。
作为优选，所述地面采集端采用压线宽电压供电方式，支持反接保护与过压过流保护，并支持电池供电；地面采集端支持±10V的电压采集范围，精度16位，采集频率可设置。
作为优选，所述RF射频模块I、II为网络设置，在部署时需要先将空中移动汇聚端和地面采集端上的RF射频模块I、II的网络配置好，让两端建立好无线网络，便于实际采集中让移动汇聚端和地面采集端快速建立连接并采集数据。
本发明系统目前在管道直线式分布的实时监测领域未曾看到，单从技术层面比较，该套系统在直接解决了现有技术无法全面覆盖的问题，实施部署更加灵活，其次在数据的采集精度以及可靠性传输上要比现有技术更加符合在该领域的使用环境要求；该系统通过通讯方式以及硬件设计优化大幅降低了能耗，比现有技术更加满足该领域的能耗要求，是对现有技术一次扩展性的技术创新，具有很好的推广和使用价值。
附图说明
图1为本发明系统结构功能示意图；
图2为本发明空中移动汇聚端结构示意图；
图3为本发明地面采集端结构示意图。
附图标记：1-空中移动汇聚端；11-无人机平台；12-单片机I；13-RF射频模块I；14-存储转换芯片单元I；15-存储器I；16-电源I；17-信号指示单元I；2-地面采集端；21-单片机II；22-RF射频模块II；23-AD采集芯片单元II；24-时钟采集芯片单元II；25-电源II；26-信号指示单元II。
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。
请参阅附图，本发明实施例中一种油气管道实时监测系统，具体实施过程中结构包括空中移动汇聚端（1）和地面采集端（2）；所述空中移动汇聚端（1）是搭载在无人机平台（11）上，空中移动汇聚端（1）由单片机I（12）、RF射频模块I（13）、存储转换芯片单元I（14）、存储器I（15）、电源I（16）、信号指示单元I（17）组成，所述单片机I（12）通过连接线分别与电源I（16）、信号指示单元I（17）、RF射频模块I（13）、存储转换芯片单元I（14）连接，存储转换芯片单元I（14）通过连接线与存储器I（15）连接；
地面采集端（2）在该系统中起到在低功耗模式下实时采集数据并等待接收移动汇聚端的询问指令，由单片机II（21）、RF射频模块II（22）、AD采集芯片单元II（23）、时钟采集芯片单元II（24）、电源II（25）、信号指示单元II（26）组成，所述单片机II（21）通过连接线与RF射频模块II（22）、AD采集芯片单元II（23）、时钟采集芯片单元II（24）、电源II（25）、信号指示单元II（26）分别连接。
具体实施过程中所述单片机I（12）负责发送、接收、处理与存储数据；RF射频模块I（13）负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；存储转换芯片单元I（14）负责将单片机I（12）处理后的数据转换成存储器I（15）的文件格式并保存数据到存储器I（15）中（word文档、excel文档等格式）；存储器I（15）模块负责存储数据并在操作系统中以word文档或者excel文档格式打开文件；信号指示单元I（17）功能模块包含数据收发指示、电源指示以及无线信号强度指示。
具体实施过程中所述单片机II（21）负责实时采集数据，并提取有效数据进行暂时保存，同时等待接收移动端发送的询问指令并将采集的有效数据实时传输给移动端；RF射频模块II（22）负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；AD采集芯片单元II（23）负责高精度实时采集模拟量的数据，并转换成数字格式的数据供单片机II（21）处理；时钟采集芯片单元II（24）负责给装置提供应用端逻辑时钟，用于装置的定时采集和定时关闭以降低功耗；信号指示单元II（26）包含电源指示、数据收发指示以及无线信号强度指示。
具体实施过程中所述地面采集端（2）采用压线宽电压供电方式，支持反接保护与过压过流保护，并支持电池供电；地面采集端（2）支持±10V的电压采集范围，精度16位，采集频率可设置。
具体实施过程中所述RF射频模块I（13）、II（22）为网络设置，在部署时需要先将空中移动汇聚端和地面采集端上的RF射频模块I（13）、II（22）的网络配置好，让两端建立好无线网络，便于实际采集中让移动汇聚端和地面采集端快速建立连接并采集数据。
具体实施过程中本发明对于环境的需求：
项目要求地面每1km有一个地面节点，采集阴极位1.44V数据，要求采集数据精度在±0.04V；
无人机装备空中接收节点，飞行高度300-500米，进行数据采集，环境要求地对空有效传输距离在500米以上；
项目要求接收能够保障准确有效的接收到采集数据并实时将原始数据转换成操作系统可读的文件数据；
地面采集节点要求单独电池供电，环境对设备功耗要求较高；
要求地面节点能够保证无人机在有效范围内准确可靠的发送数据到接收节点，多次发送和重传机制有效保障数据的准确传输。
具体实施过程中设备外壳安装：
地面节点外壳采用定制高防护等级金属外壳，与电池一起埋于地下箱体中，外露馈线采用钢管穿管形式安装； 安全级别和抗破坏能力很好的满足项目的环境要求。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种油气管道实时监测系统，其特征在于：结构包括空中移动汇聚端和地面采集端；所述空中移动汇聚端是搭载在无人机平台上，空中移动汇聚端由单片机I、RF射频模块I、存储转换芯片单元I、存储器I、电源I、信号指示单元I组成，所述单片机I通过连接线分别与电源I、信号指示单元I、RF射频模块I、存储转换芯片单元I连接，存储转换芯片单元I通过连接线与存储器I连接；
地面采集端在该系统中起到在低功耗模式下实时采集数据并等待接收移动汇聚端的询问指令，由单片机II、RF射频模块II、AD采集芯片单元II、时钟采集芯片单元II、电源II、信号指示单元II组成，所述单片机II通过连接线与RF射频模块II、AD采集芯片单元II、时钟采集芯片单元II、电源II、信号指示单元II分别连接。
2.根据权利要求1所述的一种油气管道实时监测系统，其特征在于：所述单片机I负责发送、接收、处理与存储数据；RF射频模块I负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；存储转换芯片单元I负责将单片机I处理后的数据转换成存储器I的文件格式并保存数据到存储器I中；存储器I模块负责存储数据并在操作系统中以word文档、excel文档格式打开文件；信号指示单元I功能模块包含数据收发指示、电源指示以及无线信号强度指示。
3.根据权利要求1所述的一种油气管道实时监测系统，其特征在于：单片机II负责实时采集数据，并提取有效数据进行暂时保存，同时等待接收移动端发送的询问指令并将采集的有效数据实时传输给移动端；RF射频模块II负责与地面端建立并维持无线连接，提供数据接收与发送的无线通道；AD采集芯片单元II负责高精度实时采集模拟量的数据，并转换成数字格式的数据供单片机II处理；时钟采集芯片单元II负责给装置提供应用端逻辑时钟，用于装置的定时采集和定时关闭以降低功耗；信号指示单元II包含电源指示、数据收发指示以及无线信号强度指示。
4.根据权利要求1所述的一种油气管道实时监测系统，其特征在于：地面采集端采用压线宽电压供电方式，支持反接保护与过压过流保护，并支持电池供电；地面采集端支持±10V的电压采集范围，精度16位，采集频率可设置。
5.根据权利要求1所述的一种油气管道实时监测系统，其特征在于：RF射频模块I、II为网络设置，在部署时需要先将空中移动汇聚端和地面采集端上的RF射频模块I、II的网络配置好，让两端建立好无线网络，便于实际采集中让移动汇聚端和地面采集端快速建立连接并采集数据。
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