CN112492539A - 一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端及其监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端，包括CPU主控模块、无线传输通信模块、光敏监测模块、超声波测距模块、RTC时钟模块和电池。本发明还公开了一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的监测方法。本发明对各种窨井盖的完整状态和开闭状态进行监测。并能根据周围环境自学习，对不同时刻的井盖采用不同的监测方法，能以最低的功率消耗完成井盖的异常监测，不仅能监测井盖的丢失、移开，也能监测井盖的破损、移位。根据准确地感知井盖的状态，及时通知窨井所有者、调度维保人员现场处置。

Description

一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端及其监测 方法
技术领域
本发明属于窨井盖监测终端技术领域，具体涉及一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端。
背景技术
随着经济发展和城市扩张，城市建设中会有诸多地下管道如下水道、地下煤气管道、自来水管道、电力管道、通讯管道、国防管道等，这些管道每隔一段路程均需要设置一个通向地面的出口，由管道到地面的这一段称为窨井。窨井盖便是设置在窨井口并起到遮盖窨井的作用。窨井盖异常移位、被盗、缺失损坏现象频频发生，给路人和行车安全带来严重的安全隐患。如何确保窨井盖的完整、安全是个必须面对的问题，对于确保人民群众的安全也有着重要意义。
目前的井盖监测装置的监测原理主要分两种，一种是通过机械装置进行监测，如安装到井壁上一个限位开关，井盖正常闭合的情况下，限位开关是压着的，井盖一旦被打开或者移位，限位开关就会弹开，通过限位行程开关状态的改变，能够触发一个电位信号，从而监测到井盖被打开；另外一种是在井盖背面安装重力加速度传感器，可以通过加速度传感器来计算井盖的倾度，当井盖角度倾斜超过一定阈值时，发出井盖被打开的报警。但是上述的方法均有一些不可避免的缺陷，例如井盖破损而没有完全坏掉，限位开关可能没有触发，井盖的倾角可能也没有变化；若井盖只是滑动而没有完全移开，限位开关可能也没有触发，井盖的倾角也可能也没有变化；由于传感器安装在井盖上，对于不同的材质的井盖可能存在安装困难，容易脱落的问题，并且井盖在维修工人拖拽的维护中容易把传感器碰撞坏掉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述方法的缺陷，提出了一种新的监测方法、解决井盖的破损、移位、移开、丢失等状态的报警问题，并具有自学习功能，能依据井盖所处地理位置、一年四季时间变化，采用不同的感知方法监测井盖状态。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题，
一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端，包括CPU主控模块、无线传输通信模块、光敏监测模块、RTC时钟模块和电池，其特征在于，
所述光敏监测模块用于监测窨井内的光照强度，并将光照强度信息发送至CPU主控模块；
所述RTC时钟模块提供当前时间，并根据当前时间判断当前是白天还是夜晚，并将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
所述CPU主控模块包括比较模块和数据存储模块，接收光照强度信息和时间信息；
所述数据存储模块存储白天光照强度预设值和夜晚光照强度预设值；
所述比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较，
如果光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号；
如果光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号；
所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台；
所述电池用于无线终端的各模块供电。
为了获得更好的技术效果，所述无线传输通信模块包括GPRS、NB-IoT或4G网络设备。
为了获得更好的技术效果，还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块用于监测无线终端到井盖的距离，并将距离信息发送至CPU主控模块；
所述数据存储模块预设测距基准值，
当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当所述比较模块判断光照强度信息小于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台。
为了获得更好的技术效果，所述测距基准值为确认井盖处于关闭状态时，所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离。
为了获得更好的技术效果，当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值，且距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值；
为了获得更好的技术效果，所述数据存储模块还预设光照阈值，所述光照阈值大于白天光照强度预设值，当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值。
为了获得更好的技术效果，还有壳体，所述壳体用于包覆并保护无线终端的各模块。
本发明还公开了一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的监测方法，其步骤包括，
(1)将具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端安装在窨井的内壁上，距离井盖20～40cm；
(2)自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的RTC时钟模块将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
光敏监测模块将光照强度信息发送至CPU主控模块；
(3)CPU主控模块的比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较；
如果光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号；
如果光照强度信息小于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号；
(4)所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台。
为了获得更好的技术效果，在步骤(3)中，还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块用于监测无线终端到井盖的距离，并将距离信息发送至CPU主控模块；
所述数据存储模块预设测距基准值，
当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台。
为了获得更好的技术效果，所述测距基准值为确认井盖处于关闭状态时，所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离。
为了获得更好的技术效果，在步骤(3)后还有步骤(3.1)，当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值，且距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值；
为了获得更好的技术效果，在步骤(3.1)后还有步骤(3.2)，所述数据存储模块还预设光照阈值，所述光照阈值大于白天光照强度预设值，当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值。
本发明对各种窨井盖的完整状态和开闭状态进行监测。并能根据周围环境自学习，对不同时刻的井盖采用不同的监测方法，能以最低的功率消耗完成井盖的异常监测，不仅能监测井盖的丢失、移开，也能监测井盖的破损、移位。根据准确地感知井盖的状态，及时通知窨井所有者、调度维保人员现场处置。
附图说明
图1为本发明实施例窨井盖监测终端结构示意图；
图2为窨井盖示意图；
图3为本发明实施例窨井盖安装示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例，进一步详细阐述本发明的内容。
实施例1
一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端，包括CPU主控模块、无线传输通信模块、光敏监测模块、超声波测距模块、RTC时钟模块、电池和壳体，如图1所示，
所述光敏监测模块用于监测窨井内的光照强度，并将光照强度信息发送至CPU主控模块；
所述RTC时钟模块提供当前时间，并根据当前时间判断当前是白天还是夜晚，并将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
所述超声波测距模块用于监测无线终端到井盖的距离，并将距离信息发送至CPU主控模块；
所述CPU主控模块包括比较模块和数据存储模块，接收光照强度信息和时间信息；
所述数据存储模块存储白天光照强度预设值、夜晚光照强度预设值、测距基准值和预设光照阈值，所述光照阈值大于白天光照强度预设值；
所述测距基准值为确认井盖处于关闭状态时，所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离；
所述比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较，
当光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台，
进一步的，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值，
进一步的，当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台；
所述电池用于无线终端的各模块供电；
所述无线传输通信模块包括GPRS、NB-IoT或4G网络设备；
所述壳体用于包覆并保护无线终端的各模块。
实施例2
一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的监测方法，其步骤包括，
(1)将具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端安装在窨井的内壁上，距离井盖20～40cm，如图3所示；
(2)自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的RTC时钟模块将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
光敏监测模块将光照强度信息发送至CPU主控模块；
(3)CPU主控模块的比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较；
当光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
(3.1)现有的井盖上一般有两个用于开启井盖的小孔，见图2，白天的某个时候，太阳光可能在某个角度通过小孔照射进窨井中，当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值、且距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值，避免发生井盖开启误报警；
(3.2)在白天井盖发生露光时，一般出现在某个时间段太阳光线到某个角度后，会造成窨井内光照强度变大，在这个时间段，如果一直用测距模块按照步骤(3.1)每分钟测距一次的话，会比测光照强度消耗更多的电量，因此需要通过自学习现在测距节约电能；
当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值；
设备通过自学习，知道每天的露光时间段，在此时间端可以大幅减少测距的次数，比如本实施例中的由每分钟测距一次变成每十分钟测距一次，从而减少功耗；
(4)所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台。
本发明给出的案例是针对一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端，该终端安装在井壁上，距离井盖约20cm处，如图3所示。
本发明根据特定的时间段，周期性的获取井内光照强度信息和设备与井盖的距离，来判断井盖的状态，当井盖有打开、移动、破损时，通过无线传输模块上报给平台。窨井使用者在收到这两种告警信息后及时派人进行维护或者维修。
本专利的目标是通过光照强度和设备到井盖的距离的监测，来判断井盖的关闭、打开、破损、移动状态，增强窨井盖使用的安全性。其优势在于：
(1)采用数据融合技术，通过建立各种状态信息和预测结果关系模型，用多种手段互相印证，使预测结果更准确。
(2)对于某些条件下(例如某时间段露光的情况下)，采用自学习的方法加以判断，方便采用相应的监测机制，减少设备功耗。
(3)设备安装在井壁上而不是井盖上，不会在维修拖拽的中把传感器碰撞坏掉。也易于安装。
(4)井盖破损时，也能通过露光状态监测到，这是其它通过井盖放置倾角传感器的方案无法做到的。
本发明安装在窨井的内壁上，距离井盖20～40cm。白天依据窨井内的光照强度来判断井盖是否关闭，夜晚来判断井盖是否打开，当不能用光照作为判断依据时，用测距模块来监测设备到井盖的距离来判断井盖是否打开。光敏监测模块功耗很低，适合电池供电时长期使用，超声波测距相对功耗较大，适合在光照检查不适用的情况下补充测试，以使该电池供电设备使用较长的时间。

Claims (10)

1.一种具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端，包括CPU主控模块、无线传输通信模块、光敏监测模块、RTC时钟模块和电池，其特征在于，
所述光敏监测模块用于监测窨井内的光照强度，并将光照强度信息发送至CPU主控模块；
所述RTC时钟模块提供当前时间，并根据当前时间判断当前是白天还是夜晚，并将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
所述CPU主控模块包括比较模块和数据存储模块，接收光照强度信息和时间信息；
所述数据存储模块存储白天光照强度预设值和夜晚光照强度预设值；
所述比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较，
当光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号；
当光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号；
所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台；
所述电池用于无线终端的各模块供电。
2.如权利要求1所述无线终端，其特征在于，所述无线传输通信模块包括GPRS、NB-IoT或4G网络设备。
3.如权利要求1或2所述无线终端，其特征在于，还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块用于监测无线终端到井盖的距离，并将距离信息发送至CPU主控模块；
所述数据存储模块预设测距基准值，
当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当所述比较模块判断光照强度信息小于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台。
4.如权利要求3所述无线终端，其特征在于，所述测距基准值为确认井盖处于关闭状态时，所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离。
5.如权利要求3所述无线终端，其特征在于，当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值，且距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值。
6.如权利要求5所述无线终端，其特征在于，所述数据存储模块还预设光照阈值，所述光照阈值大于白天光照强度预设值，当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值。
7.如权利要求1-6任一权利要求所述具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的监测方法，其步骤包括，
(1)将具有自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端安装在窨井的内壁上，距离井盖20～40cm；
(2)自学习能力的窨井盖实时监测的无线终端的RTC时钟模块将白天或夜晚时间信息发送至CPU主控模块；
光敏监测模块将光照强度信息发送至CPU主控模块；
(3)CPU主控模块的比较模块根据白天或夜晚时间信息分别选择对应的白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值与光照强度信息进行比较；
当光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号；
当光照强度信息小于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号；
(4)所述无线传输通信模块将井盖开启状态信号或井盖关闭状态信号上报到系统平台。
8.如权利要求7所述监测方法，其特征在于，在步骤(3)中，还包括超声波测距模块，所述超声波测距模块用于监测无线终端到井盖的距离，并将距离信息发送至CPU主控模块；
所述数据存储模块预设测距基准值，
当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖开启状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值或夜晚光照强度预设值时，进一步比较距离信息与测距基准值，
当距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖关闭状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台；
当距离信息大于测距基准值时，所述CPU主控模块发送井盖破损状态信号，并通过所述无线传输通信模块上报到系统平台。
9.如权利要求8所述监测方法，其特征在于，在步骤(3)后还有步骤(3.1)，当所述比较模块判断光照强度信息大于白天光照强度预设值，且距离信息小于等于测距基准值时，所述CPU主控模块根据所述RTC时钟模块发送的白天时间信息，每分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于白天光照强度预设值。
10.如权利要求9所述监测方法，其特征在于，在步骤(3.1)后还有步骤(3.2)，所述数据存储模块还预设光照阈值，所述光照阈值大于白天光照强度预设值，当光照强度信息大于光照阈值时，所述数据存储模块存储对应白天时间信息为自学习白天时间信息；
所述CPU主控模块根据自学习白天时间信息，每十分钟激发所述超声波测距模块监测无线终端到井盖的距离，直至所述比较模块判断光照强度信息小于等于光照阈值。
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