CN110986750B - 基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统，主要包括磁铁线圈、井盖监控器、云平台；所述磁铁线圈均匀分布于井盖底面；所述井盖监控器主要包括主控制器、与主控制器输入端连接的磁传感器、与主控制器输出端连接的蜂窝通信模块；所述云平台与蜂窝通信模块通信连接。还公开了一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法。本发明设计适用于各种井盖的综合性传感器监控装置，不易影响作业的同时安装方便，利用非线性变化的磁传感器，采用云平台进行实时监控，通过数据的变化对点位画像并结合监测在位的算法，可靠性高，可以大大降低井盖监测监控的运维及使用成本。

Description

基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及井盖监控领域，特别是涉及一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统及其方法。

背景技术

随着城市智能化的推进，国内各种架空的电缆光缆都得到了很好的整治，地下管廊和地下井盖被大量使用。由此也带来了很多的问题，井盖移位、被偷甚至部分破坏等等，直接或者间接地造成了人员伤亡、财产被盗或者破坏等情况的发生。

因此，设计一种适用于井盖在位监测的方案成为迫切的需求，而现在的在位监测更多的是采用行程开关或者点位门磁的方式进行，这些设计都造成工作人员进出井盖的时候会影响到进出，刮擦到身体；有的在井盖底下安装传感器，在开盖并拖动的时候也会受影响甚至容易脱落或者压坏。工人在施工和维护时，拖拉动作是比较粗放的，采用贴装井盖监测终端，很容易在拖拽过程中出现脱落或损坏的问题。

井盖数量和应用行业巨大，设计适用于各种井盖的综合性传感器监控装置，而且不易影响作业、安装方便尤为关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统及其方法，利用非线性变化的磁传感器采用云平台进行实时井盖在位监控，可靠性高。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统，主要包括磁铁线圈、井盖监控器、云平台；

所述磁铁线圈均匀分布于井盖底面；

所述井盖监控器主要包括主控制器、与主控制器输入端连接的磁传感器、与主控制器输出端连接的蜂窝通信模块；

所述云平台与蜂窝通信模块通信连接。

在本发明一个较佳实施例中，所述井盖监控器采用壁装网络监控器，安装在靠近井盖的井壁上。

进一步的，所述磁传感器采用非线性磁性传感器。

在本发明一个较佳实施例中，所述磁铁线圈安装在靠近井盖监控器的井盖边缘。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统的监测方法，包括以下步骤：

首先，发射端通过井盖监控器的主控制器控制磁铁线圈产生磁场，在周边形成特定不变的非线性磁场和磁通量，发射特定编码的电磁信号；

其次，接收端通过井盖监控器的主控制器控制磁传感器实时采集地磁强度，接收磁场变化信息，再进行解码处理；

最后，解码的信息通过井盖监控器的蜂窝通信模块上传到云平台，根据磁感应强度的检测数值进行距离测量换算和阈值判断，进而判断井盖是否在位。

在本发明一个较佳实施例中，井盖磁场变化参数的具体计算方法为：

假设所述井盖监控器采用三轴磁传感器，z轴沿地球轴线方向为正方向、x轴指向磁道基准方向、y轴方向符合右手法则；三轴磁传感器测量x轴、y轴、z轴方向的加速度大小分别为gx、gy、gz，三轴磁传感器角度的测量数据分别为θx、θy、θz；X轴方向的加速度gx与水平线的夹角为α1，与重力加速度g的夹角为α，Y轴方向的加速度gy与水平线的夹角为β1，与重力加速度g的夹角为β，Z轴方向的加速度gz与水平线的夹角为γ1，与重力加速度g的夹角为γ；则

θx＝α1*180/π＝[arctan(gx/sqrt(gy*gy+gz*gz))]*180/π

θy＝β1*180/π＝[arctan(gy/sqrt(gx*gx+gz*gz))]*180/π

θz＝γ1*180/π＝[arctan(gz/sqrt(Ax*gx+gy*gy))]*180/π

进一步的，该方法还包括：

当遇到影响井盖磁场变化的外部干扰时，由所述云平台通过事先存储的相关历史数据进行比对，过滤异常数据，并由云平台建模比对来补偿外部干扰。

更进一步的，所述云平台建模比对的方法包括以下步骤：

随机选取井盖面不共线的磁性源中心A、B、C，和三点所确定的圆的中心O，并测出三个磁性源到中心O的距离分别为R1，R2，R3，通过圆井盖的半径和磁性源中心分布点位的距离，在云平台搭建以圆井盖半径和磁固定点的磁性整体模型。

本发明的有益效果是：本发明所述系统设计适用于各种井盖的综合性传感器监控装置，不易影响作业的同时安装方便，利用非线性变化的磁传感器，采用云平台进行实时监控，通过数据的变化对点位画像并结合监测在位的算法，可靠性高，可以大大降低井盖监测监控的运维及使用成本；

所述方法采用低功耗磁检测的技术方案，结合蜂窝物联网连接技术，将数据快速同步到云平台，建模处理，消除误报的情况，精密度、准确度高，监测结果可靠。

附图说明

图1是本发明基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统的结构框图；

图2是所述基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统，主要包括磁铁线圈、井盖监控器、云平台。所述磁铁线圈均匀分布于井盖底面，具体的，所述磁铁线圈安装在靠近井盖监控器的井盖边缘。所述井盖监控器主要包括主控制器、与主控制器输入端连接的磁传感器、与主控制器输出端连接的蜂窝通信模块；所述云平台与蜂窝通信模块通信连接。

优选的，所述井盖监控器采用壁装网络监控器，安装在靠近井盖的井壁上。

进一步的，所述磁传感器采用非线性磁性传感器。移动的或者破坏的井盖经过磁化后会产生非线性变化，磁性位置传感器产品系列测量多极磁性条的线性运动，例如圆形多极磁环还能用于旋转递增的旋转离轴应用。高精密产品系列支持非线性磁通量检测，分辨率高达0.5μm。非线性磁性传感器强度的监测终端可和井盖分离，壁装在井盖外延上，可以避免井盖在拖拽过程中被损坏的情况，且拖拽开和再次关上并没有严格的工作程序和位置要求。

所述系统设计适用于各种井盖的综合性传感器监控装置，不易影响作业的同时安装方便，利用非线性变化的磁传感器，采用云平台进行实时监控，通过数据的变化对点位画像并结合监测在位的算法，可靠性高，可以大大降低井盖监测监控的运维及使用成本。

结合图2，利用该系统的井盖在位监测方法，包括以下步骤：

首先，发射端通过所述井盖监控器的主控制器控制磁铁线圈产生磁场，具体应用中，将强磁钢螺丝均匀分布装入井盖支架上，经过磁化的井盖铁圈均匀地产生磁通量，通过导磁的螺丝刀将磁性传导到螺钉上，在周边形成特定不变的非线性磁场和磁通量，发射特定编码的电磁信号；

其次，接收端由所述主控制器控制磁传感器实时扫描地磁强度变化，所述磁传感器采集地磁强度，从而感知磁场变化，接收磁场变化信息，再进行解码处理；

最后，解码的信息通过所述井盖监控器的蜂窝通信模块上传到云平台，根据磁感应强度的检测数值进行距离测量换算和阈值判断，进而判断井盖是否在位。

具体的，井盖磁场变化参数的具体计算方法为：

假设所述井盖监控器采用三轴磁传感器，z轴沿地球轴线方向为正方向、x轴指向磁道基准方向、y轴方向符合右手法则；三轴磁传感器测量x轴、y轴、z轴方向的加速度大小分别为gx、gy、gz，三轴磁传感器角度的测量数据分别为θx、θy、θz；X轴方向的加速度gx与水平线的夹角为α1，与重力加速度g的夹角为α，Y轴方向的加速度gy与水平线的夹角为β1，与重力加速度g的夹角为β，Z轴方向的加速度gz与水平线的夹角为γ1，与重力加速度g的夹角为γ；

使用数据公式：弧度＝θπR/180，进而θ＝弧度*180/πR，其中假设井盖半径R取1，最后得到的各轴的角度值分别为：

θx＝α1*180/π＝[arctan(gx/sqrt(gy*gy+gz*gz))]*180/π

θy＝β1*180/π＝[arctan(gy/sqrt(gx*gx+gz*gz))]*180/π

θz＝γ1*180/π＝[arctan(gz/sqrt(Ax*gx+gy*gy))]*180/π

进一步的，该方法还包括：

安装在井盖上的磁铁线圈对于安装在井壁上的井盖监控器存在不确定性的变化，而这种变化对于根据磁感应强度的检测数值而进行的距离测量换算和阈值判断都造成了困难，也容易产生误报，因此当遇到影响井盖磁场变化的外部干扰时，由所述云平台通过事先存储的相关历史数据进行比对，过滤异常数据，并由云平台建模比对来补偿外部干扰。

其中，异常数据过滤过程如下：比较运算，范围运算，空值匹配，字符匹配和逻辑匹配。

具体的，所述云平台建模比对的方法包括以下步骤：

随机选取井盖面不共线的磁性源中心A、B、C，和三点所确定的圆的中心O，并测出三个磁性源到中心O的距离分别为R1，R2，R3，通过圆井盖的半径和磁性源中心分布点位的距离，在云平台搭建以圆井盖半径和磁固定点的磁性整体模型。

所述云平台通过采集的信息进行大数据整理分析，并执行多次采样检测做好补偿，即使井盖有干扰后，也可产生有效报警。

所述方法针对需要高精密度、高准确度和超低功耗的应用，采用低功耗磁检测的技术方案，结合蜂窝物联网连接技术，将数据快速同步到云平台，建模处理，消除误报的情况，且对于不同井盖，甚至是不同尺寸大小的井盖，其监测机制算法存在不同的建模模型并设定判断阈值，可统一实现报警监控。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，采用基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统，其特征在于，所述基于非线性磁传感器的井盖在位监测系统主要包括磁铁线圈、井盖监控器、云平台；所述磁铁线圈均匀分布于井盖底面；所述井盖监控器主要包括主控制器、与主控制器输入端连接的磁传感器、与主控制器输出端连接的蜂窝通信模块；所述云平台与蜂窝通信模块通信连接；该方法包括以下步骤：

首先，发射端通过井盖监控器的主控制器控制磁铁线圈产生磁场，在周边形成特定不变的非线性磁场和磁通量，发射特定编码的电磁信号；

其次，接收端通过井盖监控器的主控制器控制磁传感器实时采集地磁强度，接收磁场变化信息，再进行解码处理；

最后，解码的信息通过井盖监控器的蜂窝通信模块上传到云平台，根据磁感应强度的检测数值进行距离测量换算和阈值判断，进而判断井盖是否在位。

2.根据权利要求1所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，所述井盖监控器采用壁装网络监控器，安装在靠近井盖的井壁上。

3.根据权利要求1或2所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，所述磁传感器采用非线性磁性传感器。

4.根据权利要求1所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，所述磁铁线圈安装在靠近井盖监控器的井盖边缘。

5.根据权利要求1所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，井盖磁场变化参数的具体计算方法为：

所述井盖监控器采用三轴磁传感器，z轴沿地球轴线方向为正方向、x轴指向磁道基准方向、y轴方向符合右手法则；三轴磁传感器测量x轴、y轴、z轴方向的加速度大小分别为gx、gy、gz，三轴磁传感器角度的测量数据分别为θx、θy、θz；X轴方向的加速度gx与水平线的夹角为α1，与重力加速度g的夹角为α，Y轴方向的加速度gy与水平线的夹角为β1，与重力加速度g的夹角为β，Z轴方向的加速度gz与水平线的夹角为γ1，与重力加速度g的夹角为γ；则

θx＝α1*180/π＝[arctan(gx/sqrt(gy*gy+gz*gz))]*180/π

θy＝β1*180/π＝[arctan(gy/sqrt(gx*gx+gz*gz))]*180/π

θz＝γ1*180/π＝[arctan(gz/sqrt(gx*gx+gy*gy))]*180/π。

6.根据权利要求1或5所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，该方法还包括：

当遇到影响井盖磁场变化的外部干扰时，由所述云平台通过事先存储的相关历史数据进行比对，过滤异常数据，并由云平台建模比对来补偿外部干扰。

7.根据权利要求6所述的基于非线性磁传感器的井盖在位监测方法，其特征在于，所述云平台建模比对的方法包括以下步骤：

随机选取井盖面不共线的磁性源中心A、B、C，和三点所确定的圆的中心O，并测出三个磁性源到中心O的距离分别为R1，R2，R3，通过圆井盖的半径和磁性源中心分布点位的距离，在云平台搭建以圆井盖半径和磁固定点的磁性整体模型。

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