CN112443763A - 一种基于物联网平台的管网在线检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种基于物联网平台的管网在线检测系统，所述在线检测系统包括数据分析模块；所述数据分析模块经通讯网络与设于管网处的多个监测节点相连；所述监测节点包括通讯模块和用于采集管网运行数据的传感器组件；本发明可以实时检测管网的运行状态和漏损情况，解决了现有技术中对于管网运行状态监测不便，管网故障排查困难的问题，并且用户可以在手机上对管网进行远程控制。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其是一种基于物联网平台的管网在线检测系统。
背景技术
城市排水管道是城市良好环境和人们优质生活的重要保障,因此研究排水管道的故障检测具有十分重要的意义。 由于管网深埋于地下,漏失点的监测非常困难,因此对管道破损点的修复、管网更新、压力控制等方法的实施造成困难。
近年来， 随着物联网技术的快速发展， 通过物联网对管网进行智能化的检测和控制成为了管网检测技术的一大发展趋势， 同时结合传感器检测技术避免不必要的重复排查和巡检，节约劳动力并提高对管网的检测效率和检测精度。
发明内容
本发明提出一种基于物联网平台的管网在线检测系统，可以实时检测管网的运行状态和漏损情况，解决了现有技术中对于管网运行状态监测不便，管网故障排查困难的问题，并且用户可以在手机上对管网进行远程控制。
本发明采用以下技术方案。
一种基于物联网平台的管网在线检测系统，所述在线检测系统包括数据分析模块；所述数据分析模块经通讯网络与设于管网处的多个监测节点相连；所述监测节点包括通讯模块和用于采集管网运行数据的传感器组件。
所述监测节点的传感器组件包括流量传感器（1）、压力传感器（7）和温度传感器（8）；所述监测节点还包括便携式电源（3）和与通讯模块相连的STM32微控制器（6）；所述STM32微控制器通过数字I/O口与传感器组件相连以进行数据传输和控制；所述监测节点的STM32微控制器通过传感器组件采集监测节点位置处的管网工况数据，并把管网工况数据经通讯模块上传至物联网平台处的数据分析模块。
所述监测节点的通讯模块包括无线传输模块（5）；所述监测节点还包括密封圈（2）、四通接头（4）；监测节点以四通接头固定于管网处；所述STM32微控制器以卡扣结构固定于四通接头处，四通接头的旁侧设有流量传感器，四通接头的上方安装有压力传感器和温度传感器；所述便携式电源以卡扣结构安装于流量传感器上；所述无线传输模块以焊接方式安装在STM32微控制器上。
流量传感器（1）、压力传感器（7）、温度传感器（8）与四通接头（4）之间通过管螺纹进行连接，通过密封圈（2）进行密封，密封圈（2）为O 型密封圈， 温度传感器（8） 的探头直径略小于四通接头（4）的上孔的直径。
所述管网工况数据包括管网流量数据、管网压力数据和管网温度数据；所述在线检测系统的检测方法包括以下方法：
步骤A1、所述数据分析模块根据各监测节点上传的管网工况数据的历史数据，建立管网正常工况下的曲线模型；
步骤A2、当数据分析模块收到新上传的管网工况数据后，以管网正常工况下的曲线模型对上传数据进行评估，以判断管网是否存在堵塞故障或漏损故障；
步骤A3、当数据分析模块判定管网存在堵塞故障或漏损故障时，向相关人员的手机客户端推送故障告警信息以通知其进行对应处理；
步骤A4、相关人员通过物联网平台向监测节点下发控制指令，所述监测节点以通讯模块把收到的控制指令转发至对应的管网管阀控制开关，使相关人员能通过物联网平台对管网进行整体管控。
在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在漏损故障时，首先处理管网的压力信息， 根据压力传感器采集的负压波特征判断管网是否发生泄露， 如果根据压力信息能够判断管网已经发生了泄露， 则对管网的流量信息进行处理， 根据流量传感器采集的流量信息进行二次确认，如果确认管网发生了漏损故障， 则根据温度传感器上报的温度信息利用温度梯度法找到管网漏损的具体位置， 最后由物联网平台向手机客户端发送管网漏损报告，手机客户端将收到的管网漏损报告保存到手机上并及时提醒用户，由用户进行相应的处理。
若管网为排水管道，则在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在堵塞故障时，采用瞬变流法建立基于特征线法的复杂长管路阻塞检测模型，利用特征线法推导出管道内部各监测节点处的压力、流量迭代方程， 并根据阻塞流量模型推导出管道阻塞的面积参数；通过与监测节点处传感器组件采集的管网工况数据进行对比， 即可得出排水管道是否发生堵塞；最后由物联网平台向手机客户端发送管网堵塞报告，用户即可根据管网堵塞报告进行相应的处理。
所述手机客户端上设有提供物联网平台接入接口的手机应用APP，用户进入该APP后自动连接到物联网平台，手机应用APP的交互界面上设置有流量、 压力、 温度、 电量四个检测界面， 用户可以通过界面直接查看监测节点检测装置工况和管网当前的运行状态；手机应用APP的交互界面上还设置有管网阀门控制开关、 主题订阅按钮和消息发布按钮，用户可以通过这些按钮实现对管网的控制；手机应用APP的交互界面还设置有消息列表用于接收物联网平台发送给手机客户端的各类消息。
本发明具有以下有益效果： 该基于物联网平台的管网在在线检测系统， 通过无线传输模块将传感器采集到的管网各项信息发送到物联网平台上， 开发了手机客户端应用接入物联网平台，用户可通过手机客户端直接查看管网当前流量、温度、压力，实时查看检测装置的耗电情况，方便工作人员能够及时有效地补充便携式用电器的电量，防止检测装置因电量耗尽而停止工作， 同时物联网平台会根据管网的各项参数进行分析处理，如有紧急情况会及时发送到客户端， 例如管网发生漏损的问题， 物联网平台则会发送消息到手机客户端上，紧急通知用户管网发生漏损， 并告知用户发生漏损的大概位置方便用户尽心检修。 本发明能够避免全面覆盖且没有侧重点的故障排查方式， 进行针对性的故障排查， 大大节省了人力物力。
本发明的技术方案包括客户端应用、物联网平台和管网检测装置三部分；客户端应用由 Andriod Studio或 Eclipse 等集成开发软件进行开发， 通过客户端应用人们就可以在手机上对管网运行状况进行监测， 携带方便， 可以随时查看， 如果管网发生了漏损和堵塞等故障，人们也可以在第一时间知晓，降低管网故障带来的损失。
本发明选择使用物联网平台；在监测节点的网管检测装置方面以 STM32 微控制器为核心控制器，能够通过感知层实时检测排水管网的各项参数，感知层由管网中各个节点的传感器组成，每个节点的都设有流量传感器、压力传感器、温度传感器，用于检测管网中的各项参数从而达到实时检测管网运行状况和漏损情况的目的，还可通过无线传输模块将这些数据上传到物联网平台上进行储存，利用多参数进行分析处理判断管网是否发生堵塞和泄露等问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的原理示意图；
附图2是监测节点的结构示意图；
附图3是监测节点的另一结构示意图；
附图4是管网故障检测的流程示意图；
图中：1、流量传感器；2、密封圈；3、便携式电源；4、四通接头；5、无线传输模块；6、STM32微控制器；7、压力传感器；8、温度传感器。
具体实施方式
如图所示，一种基于物联网平台的管网在线检测系统，所述在线检测系统包括数据分析模块；所述数据分析模块经通讯网络与设于管网处的多个监测节点相连；所述监测节点包括通讯模块和用于采集管网运行数据的传感器组件。
所述监测节点的传感器组件包括流量传感器1、压力传感器7和温度传感器8；所述监测节点还包括便携式电源3和与通讯模块相连的STM32微控制器6；所述STM32微控制器通过数字I/O口与传感器组件相连以进行数据传输和控制；所述监测节点的STM32微控制器通过传感器组件采集监测节点位置处的管网工况数据，并把管网工况数据经通讯模块上传至物联网平台处的数据分析模块。
所述监测节点的通讯模块包括无线传输模块5；所述监测节点还包括密封圈2、四通接头4；监测节点以四通接头固定于管网处；所述STM32微控制器以卡扣结构固定于四通接头处，四通接头的旁侧设有流量传感器，四通接头的上方安装有压力传感器和温度传感器；所述便携式电源以卡扣结构安装于流量传感器上；所述无线传输模块以焊接方式安装在STM32微控制器上。
流量传感器1、压力传感器7、温度传感器8与四通接头4之间通过管螺纹进行连接，通过密封圈2进行密封，密封圈2为O 型密封圈， 温度传感器8 的探头直径略小于四通接头4的上孔的直径。
所述管网工况数据包括管网流量数据、管网压力数据和管网温度数据；所述在线检测系统的检测方法包括以下方法：
步骤A1、所述数据分析模块根据各监测节点上传的管网工况数据的历史数据，建立管网正常工况下的曲线模型；
步骤A2、当数据分析模块收到新上传的管网工况数据后，以管网正常工况下的曲线模型对上传数据进行评估，以判断管网是否存在堵塞故障或漏损故障；
步骤A3、当数据分析模块判定管网存在堵塞故障或漏损故障时，向相关人员的手机客户端推送故障告警信息以通知其进行对应处理；
步骤A4、相关人员通过物联网平台向监测节点下发控制指令，所述监测节点以通讯模块把收到的控制指令转发至对应的管网管阀控制开关，使相关人员能通过物联网平台对管网进行整体管控。
在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在漏损故障时，首先处理管网的压力信息， 根据压力传感器采集的负压波特征判断管网是否发生泄露， 如果根据压力信息能够判断管网已经发生了泄露， 则对管网的流量信息进行处理， 根据流量传感器采集的流量信息进行二次确认，如果确认管网发生了漏损故障， 则根据温度传感器上报的温度信息利用温度梯度法找到管网漏损的具体位置， 最后由物联网平台向手机客户端发送管网漏损报告，手机客户端将收到的管网漏损报告保存到手机上并及时提醒用户，由用户进行相应的处理。
若管网为排水管道，则在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在堵塞故障时，采用瞬变流法建立基于特征线法的复杂长管路阻塞检测模型，利用特征线法推导出管道内部各监测节点处的压力、流量迭代方程， 并根据阻塞流量模型推导出管道阻塞的面积参数；通过与监测节点处传感器组件采集的管网工况数据进行对比， 即可得出排水管道是否发生堵塞；最后由物联网平台向手机客户端发送管网堵塞报告，用户即可根据管网堵塞报告进行相应的处理。
所述手机客户端上设有提供物联网平台接入接口的手机应用APP，用户进入该APP后自动连接到物联网平台，手机应用APP的交互界面上设置有流量、 压力、 温度、 电量四个检测界面， 用户可以通过界面直接查看监测节点检测装置工况和管网当前的运行状态；手机应用APP的交互界面上还设置有管网阀门控制开关、 主题订阅按钮和消息发布按钮，用户可以通过这些按钮实现对管网的控制；手机应用APP的交互界面还设置有消息列表用于接收物联网平台发送给手机客户端的各类消息。
本例中，STM32 微控制器的电源输入端导线与外界便携式电源连接， STM32 上设有 3.3V 和 5V 电压的电源输出，可以根据各个传感器具体情况对传感器模块和无线传输模块进行供电。
流量传感器 1 采用霍尔流量传感器对管网中的流量信息进行采集，
压力传感器 7 采用陶瓷压力传感器对管网中的压力信息进行采集， 温度传感器 8采用 DS18B20数字温度传感器对管网中的温度数据进行采集。
监测节点检测系统的相关信号包括 1 路模拟输入信号、3 路数字输入信号。 其中模拟输入信号来自压力传感器 7，数字输入信号来自流量传感器 1、便携式电源 3、 温度传感器 8。
本例中，物联网平台系统先通过管网监测节点处的检测装置采集管网中各个节点的流量、压力、温度和检测装置的剩余电量，STM32微控制器6得到数据后再通过无线传输模块 5 将数据上传到物联网平台上， 物联网平台分析处理后将用户需要的信息发送到手机客户端，同时用户可通过手机客户端发送命令给物联网平台， 物联网平台再将命令通过无线传输模块下发到管网检测装置中，通过 STM32微控制器6控制管网检测装置，无线传输模块5采用ESP8266-01S WIFI模块使用 AT 指令对物联网进行数据的上报和接收。
Claims (8)
1.一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：所述在线检测系统包括数据分析模块；所述数据分析模块经通讯网络与设于管网处的多个监测节点相连；所述监测节点包括通讯模块和用于采集管网运行数据的传感器组件。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：所述监测节点的传感器组件包括流量传感器（1）、压力传感器（7）和温度传感器（8）；所述监测节点还包括便携式电源（3）和与通讯模块相连的STM32微控制器（6）；所述STM32微控制器通过数字I/O口与传感器组件相连以进行数据传输和控制；所述监测节点的STM32微控制器通过传感器组件采集监测节点位置处的管网工况数据，并把管网工况数据经通讯模块上传至物联网平台处的数据分析模块。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：所述监测节点的通讯模块包括无线传输模块（5）；所述监测节点还包括密封圈（2）、四通接头（4）；监测节点以四通接头固定于管网处；所述STM32微控制器以卡扣结构固定于四通接头处，四通接头的旁侧设有流量传感器，四通接头的上方安装有压力传感器和温度传感器；所述便携式电源以卡扣结构安装于流量传感器上；所述无线传输模块以焊接方式安装在STM32微控制器上。
4. 根据权利要求3所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：流量传感器（1）、压力传感器（7）、温度传感器（8）与四通接头（4）之间通过管螺纹进行连接，通过密封圈（2）进行密封，密封圈（2）为O 型密封圈， 温度传感器（8） 的探头直径略小于四通接头（4）的上孔的直径。
5.根据权利要求2所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：所述管网工况数据包括管网流量数据、管网压力数据和管网温度数据；所述在线检测系统的检测方法包括以下方法：
步骤A1、所述数据分析模块根据各监测节点上传的管网工况数据的历史数据，建立管网正常工况下的曲线模型；
步骤A2、当数据分析模块收到新上传的管网工况数据后，以管网正常工况下的曲线模型对上传数据进行评估，以判断管网是否存在堵塞故障或漏损故障；
步骤A3、当数据分析模块判定管网存在堵塞故障或漏损故障时，向相关人员的手机客户端推送故障告警信息以通知其进行对应处理；
步骤A4、相关人员通过物联网平台向监测节点下发控制指令，所述监测节点以通讯模块把收到的控制指令转发至对应的管网管阀控制开关，使相关人员能通过物联网平台对管网进行整体管控。
6. 根据权利要求5所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在漏损故障时，首先处理管网的压力信息， 根据压力传感器采集的负压波特征判断管网是否发生泄露， 如果根据压力信息能够判断管网已经发生了泄露， 则对管网的流量信息进行处理， 根据流量传感器采集的流量信息进行二次确认，如果确认管网发生了漏损故障， 则根据温度传感器上报的温度信息利用温度梯度法找到管网漏损的具体位置， 最后由物联网平台向手机客户端发送管网漏损报告，手机客户端将收到的管网漏损报告保存到手机上并及时提醒用户，由用户进行相应的处理。
7. 根据权利要求5所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：若管网为排水管道，则在步骤A2中，当数据分析模块判断管网是否存在堵塞故障时，采用瞬变流法建立基于特征线法的复杂长管路阻塞检测模型，利用特征线法推导出管道内部各监测节点处的压力、流量迭代方程， 并根据阻塞流量模型推导出管道阻塞的面积参数；通过与监测节点处传感器组件采集的管网工况数据进行对比， 即可得出排水管道是否发生堵塞；最后由物联网平台向手机客户端发送管网堵塞报告，用户即可根据管网堵塞报告进行相应的处理。
8. 根据权利要求5所述的一种基于物联网平台的管网在线检测系统，其特征在于：所述手机客户端上设有提供物联网平台接入接口的手机应用APP，用户进入该APP后自动连接到物联网平台，手机应用APP的交互界面上设置有流量、 压力、 温度、 电量四个检测界面，用户可以通过界面直接查看监测节点检测装置工况和管网当前的运行状态；手机应用APP的交互界面上还设置有管网阀门控制开关、 主题订阅按钮和消息发布按钮， 用户可以通过这些按钮实现对管网的控制；手机应用APP的交互界面还设置有消息列表用于接收物联网平台发送给手机客户端的各类消息。
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