CN113124991A - 分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法，属于管道预警监测技术领域。本发明包括与油气管道同沟铺设的光缆，以及与光缆相连的光纤声波监测器，用于实时监测光缆的振动位置，并将振动位置信号分别传输给无人机、地面车辆和监控中心；地面车辆，包括车辆本体以及随同车辆本体搭载的无人机旋翼和无人机固定翼，监控中心，获取分布式光纤振动传感器传递的精确振动位置，并发送给地面巡逻的无人机、地面车辆和监控中心；同时综合监控摄像机进行联动控制，综合判断油气管道是否发生危害行为，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送；结合地面车辆、监控摄像头等多手段联动配合，机动性和灵活性好。
Description
技术领域
本发明涉及一种分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法，属于管道预警监测技术领域。
背景技术
目前全国油气管道45万多公里，这些管道腐蚀、受第三方破坏(挖掘机、打孔等)严重，在山区经常发生山体滑坡或水流冲击等挤压管道变形事件。因此油气管道的风险管控一直是困扰管理者的难题。现有的监测方法偏向于采用某一种监测手段，例如ZL201710995829.3公开的一种基于无人机巡线的油气管道安全监测方法、系统及软件存储器，单独采用无人机巡视的方式，没有针对性的结合地面车辆、监控摄像头等多手段联动配合，机动性和灵活性差。
发明内容
针对现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法。
本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，包括如下部件：
分布式光纤振动传感器：包括与油气管道同沟铺设的光缆，以及与光缆相连的光纤声波监测器，用于实时监测光缆的振动位置，并将振动位置信号分别传输给无人机、地面车辆和监控中心；
无人机，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
地面车辆，包括车辆本体以及随同车辆本体搭载的无人机旋翼和无人机固定翼，其中：
车辆本体，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
无人机旋翼和无人机固定翼，经由车辆本体起飞至振动位置，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
监控中心，包括综合预警服务器以及沿油气管道布设的监控摄像机，综合预警服务器获取分布式光纤振动传感器传递的精确振动位置，并发送给地面巡逻的无人机、地面车辆和监控中心；同时综合预警服务器调动附近的监控摄像机进行联动控制，综合判断油气管道是否发生危害行为，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送。
优选地，所述油气管道发出报警信息，造成振动的原因包括：腐蚀、第三方破坏、设计缺陷、材料缺陷、施工缺陷和操作失误。
优选地，所述监控中心的综合预警服务器调动附近的监控摄像机，综合预警服务器利用监控摄像机反馈的图像、语音信息进行数据处理，结合人工智能算法、图像识别算法、语音识别算法来判定油气管道上方发生的危害行为。
优选地，所述分布式光纤振动传感器为国标单模通信光缆，光纤声波监测器向光缆发射光，并接收从光缆反射回的光；采用分布式与油气管道同沟铺设，分布式光纤振动传感器将振动位置的声波信号传递至监控中心的综合预警服务器。
优选地，所述监控中心的综合预警服务器包括如下模块：
施放控制模块：驾驶员地面车辆搭载上的无人旋翼机施放开关，车载终端接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆本体的控制机座升起，将无人旋翼机举升至车辆本地顶部，无人旋翼机随后车载终端向无人旋翼机发送起飞信号，无人旋翼机通过GPS定位模块和无线通讯模块获取自身和车辆之间的相对位置信息，进而控制无人旋翼机飞行至振动位置；
联动控制模块：监控中心将导航路径发送至无人机、地面车辆，当无人机、地面车辆导航功能开启时，导航路径首先默认控制无人机振动位置进行直线飞行，地面车辆根据车辆GPS信号沿地面道路寻找最优路径达到振动位置附近；在偏远地区没有高速路覆盖的情况下优先选派无人机。
优选地，所述摄像机，用于将现场的位置、声音和图像信息传送至监控中心，以方便决策人员进行远程调查取证。
优选地，所述浓度传感器，用于监测振动位置周围油气浓度的大小，实时监测记录，并通过摄像机Ⅰ与监控中心进行数据分析，发现异常及时报警提醒排除危险。
优选地，所述喊话装置，包括麦克风和扬声器，通过麦克风和扬声器喊话通知被决策人员无人机已到达。
本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动方法，包括如下步骤：
步骤一：分布式光纤振动传感器与油气管道同沟铺设，以分布式光纤振动传感器作为传感介质；
步骤二：引进分布式光纤振动传感器与无人机、地面车辆、监控中心构成联动系统；
步骤三：当有管道泄漏、或管道附近第三方非法入侵施工异常事件发生时，联动系统将第一时间推送报警消息通知给监控中心并将精确报警位置发送给无人机与地面车辆，并调动附近的监控摄像机，利用人工智能技术和图像识别、语音识别技术来判定油气管道上方发生的危害行为；
步骤四：无人机和地面车辆与监控中心联动，第一时间奔赴现场，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送，同时对危害行为提出警示予以制止，并等待值护人员赶到，保证管道安全。
本发明的有益效果是：本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法，通过引进分布式光纤振动传感器与无人机、地面车辆、监控中心构成联动系统，促使天然气管网建设更安全、高效运行，达到管网信息集中共享、运行状态实时监测、安全隐患及时发现、故障排除快速反应、应急处置规范高效的目标。
附图说明
图1是本发明的联动系统示意图。
图2是本发明的联动方法流程图。
图中：1、光缆；2、无人机；3、地面车辆；4、光纤声波监测器；5、油气管道；6、监控摄像机；7、监控中心。
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。
实施例1：
如图1所示，本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，包括如下部件：
分布式光纤振动传感器：包括与油气管道5同沟铺设的光缆1，以及与光缆1相连的光纤声波监测器4，用于实时监测光缆1的振动位置，并将振动位置信号分别传输给无人机2、地面车辆3和监控中心7；
无人机2，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
地面车辆3，包括车辆本体以及随同车辆本体搭载的无人旋翼机，其中：
车辆本体，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
无人旋翼机，经由车辆本体起飞至振动位置，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
监控中心7，包括综合预警服务器以及沿油气管道5布设的监控摄像机6，综合预警服务器获取分布式光纤振动传感器1传递的精确振动位置，并发送给地面巡逻的无人机2、地面车辆3和监控中心7；同时综合预警服务器调动附近的监控摄像机6进行联动控制，综合判断油气管道5是否发生危害行为，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送。
优选地，所述油气管道5发出报警信息，造成振动的原因包括：腐蚀、第三方破坏、设计缺陷、材料缺陷、施工缺陷和操作失误。
优选地，所述监控中心7的综合预警服务器调动附近的监控摄像机6，综合预警服务器利用监控摄像机6反馈的图像、语音信息进行数据处理，结合人工智能算法、图像识别算法、语音识别算法来判定油气管道5上方发生的危害行为。
优选地，所述分布式光纤振动传感器1为国标单模通信光缆1，光纤声波监测器4向光缆1发射光，并接收从光缆1反射回的光；采用分布式与油气管道5同沟铺设，分布式光纤振动传感器1将振动位置的声波信号传递至监控中心7的综合预警服务器。
优选地，所述监控中心7的综合预警服务器包括如下模块：
施放控制模块：驾驶员地面车辆3搭载上的无人旋翼机施放开关，车载终端接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆本体的控制机座升起，将无人旋翼机举升至车辆本地顶部，无人旋翼机随后车载终端向无人旋翼机发送起飞信号，无人旋翼机通过GPS定位模块和无线通讯模块获取自身和车辆之间的相对位置信息，进而控制无人旋翼机飞行至振动位置；
联动控制模块：监控中心7将导航路径发送至无人机2、地面车辆3，当无人机2、地面车辆3导航功能开启时，导航路径首先默认控制无人机2振动位置进行直线飞行，地面车辆3根据车辆GPS信号沿地面道路寻找最优路径达到振动位置附近；在偏远地区没有高速路覆盖的情况下优先选派无人机2。
所述摄像机，用于将现场的位置、声音和图像信息传送至监控中心7，以方便决策人员进行远程调查取证。
所述浓度传感器，用于监测振动位置周围油气浓度的大小，实时监测记录，并通过摄像机Ⅰ与监控中心7进行数据分析，发现异常及时报警提醒排除危险。
所述喊话装置，包括麦克风和扬声器，通过麦克风和扬声器喊话通知被决策人员无人机2已到达。
实施例2：
如图2所示，本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动方法，包括如下步骤：
步骤一：分布式光纤振动传感器1与油气管道5同沟铺设，以分布式光纤振动传感器1作为传感介质；
步骤二：引进分布式光纤振动传感器1与无人机2、地面车辆3、监控中心7构成联动系统；
步骤三：当有管道泄漏、或管道附近第三方非法入侵施工异常事件发生时，联动系统将第一时间推送报警消息通知给监控中心7并将精确报警位置发送给无人机2与地面车辆3，并调动附近的监控摄像机6，利用人工智能技术和图像识别、语音识别技术来判定油气管道5上方发生的危害行为；
步骤四：无人机2和地面车辆3与监控中心7联动，第一时间奔赴现场，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送，同时对危害行为提出警示予以制止，并等待值护人员赶到，保证管道安全。
本发明的有益效果是：本发明所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统及方法，通过引进分布式光纤振动传感器1与无人机2、地面车辆3、监控中心7构成联动系统，促使天然气管网建设更安全、高效运行，达到管网信息集中共享、运行状态实时监测、安全隐患及时发现、故障排除快速反应、应急处置规范高效的目标。
本发明可广泛运用于管道预警监测场合。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，包括如下部件：
分布式光纤振动传感器：包括与油气管道(5)同沟铺设的光缆(1)，以及与光缆(1)相连的光纤声波监测器(4)，用于实时监测光缆(1)的振动位置，并将振动位置信号分别传输给无人机(2)、地面车辆(3)和监控中心(7)；
无人机(2)，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
地面车辆(3)，包括车辆本体以及随同车辆本体搭载的无人机旋翼和无人机固定翼，其中：
车辆本体，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
无人机旋翼和无人机固定翼，经由车辆本体起飞至振动位置，包括本体以及位于本体上的摄像机、浓度传感器和喊话装置；
监控中心(7)，包括综合预警服务器以及沿油气管道(5)布设的监控摄像机(6)，综合预警服务器获取分布式光纤振动传感器传递的精确振动位置，并发送给地面巡逻的无人机(2)、地面车辆(3)和监控中心(7)；同时综合预警服务器调动附近的监控摄像机(6)进行联动控制，综合判断油气管道(5)是否发生危害行为，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述油气管道(5)发出报警信息，造成振动的原因包括：腐蚀、第三方破坏、设计缺陷、材料缺陷、施工缺陷和操作失误。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述监控中心(7)的综合预警服务器调动附近的监控摄像机(6)，综合预警服务器利用监控摄像机(6)反馈的图像、语音信息进行数据处理，结合人工智能算法、图像识别算法、语音识别算法来判定油气管道(5)上方发生的危害行为。
4.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述光缆(1)为国标单模通信光缆，光纤声波监测器(4)向光缆(1)发射光，并接收从光缆(1)反射回的光；采用分布式与油气管道(5)同沟铺设，分布式光纤振动传感器将振动位置的声波信号传递至监控中心(7)的综合预警服务器。
5.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述监控中心(7)的综合预警服务器包括如下模块：
施放控制模块：驾驶员地面车辆(3)搭载上的无人旋翼机施放开关，车载终端接收到施放开关发出的控制信号后控制车辆本体的控制机座升起，将无人旋翼机举升至车辆本地顶部，无人旋翼机随后车载终端向无人旋翼机发送起飞信号，无人旋翼机通过GPS定位模块和无线通讯模块获取自身和车辆之间的相对位置信息，进而控制无人旋翼机飞行至振动位置；
联动控制模块：监控中心(7)将导航路径发送至无人机(2)、地面车辆(3)，当无人机(2)、地面车辆(3)导航功能开启时，导航路径首先默认控制无人机(2)振动位置进行直线飞行，地面车辆(3)根据车辆GPS信号沿地面道路寻找最优路径达到振动位置附近；在偏远地区没有高速路覆盖的情况下优先选派无人机(2)。
6.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述摄像机，用于将现场的位置、声音和图像信息传送至监控中心(7)，以方便决策人员进行远程调查取证。
7.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述浓度传感器，用于监测振动位置周围油气浓度的大小，实时监测记录，并通过摄像机Ⅰ与监控中心(7)进行数据分析，发现异常及时报警提醒排除危险。
8.根据权利要求1所述的分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动系统，其特征在于，所述喊话装置，包括麦克风和扬声器，通过麦克风和扬声器喊话通知被决策人员无人机(2)已到达。
9.一种分布式光纤振动监测与车辆、无人机联动方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：分布式光纤振动传感器与油气管道(5)同沟铺设，以分布式光纤振动传感器作为传感介质；
步骤二：引进分布式光纤振动传感器与无人机(2)、地面车辆(3)、监控中心(7)构成联动系统；
步骤三：当有管道泄漏、或管道附近第三方非法入侵施工异常事件发生时，联动系统将第一时间推送报警消息通知给监控中心(7)并将精确报警位置发送给无人机(2)与地面车辆(3)，并调动附近的监控摄像机(6)，利用人工智能技术和图像识别、语音识别技术来判定油气管道(5)上方发生的危害行为；
步骤四：无人机(2)和地面车辆(3)与监控中心(7)联动，第一时间奔赴现场，对报警信息进行快速确认及取证，实现巡护图像的实时传送，同时对危害行为提出警示予以制止，并等待值护人员赶到，保证管道安全。
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