CN113748348A - 远程监测系统 - Google Patents

Abstract

一种用于监测地下资产的参数的远程监测系统，例如电缆系统、用于输送水、气体、石油、污水等的管道。参数检测器（如测量温度、电压、电流、湿度等的传感器）沿资产分布，以提供表示资产的各个监测参数的电信号。资产通过设置在地下电缆室或人孔中的地下集线器与参数检测器耦合，以获取由参数检测器提供的信号。集线器包括用于提供导出自所获取信号的数据的控制器，数据经由低功率广域网通信由收发器或调制解调器传输到远程中央位置。来自收发器的信号直接从地下传输。

Description

远程监测系统

本发明是在美国政府支持的、由美国能源部资助的DE-SC0004280项目下得出的。美国政府对本发明拥有一定权利。

技术领域

本发明一般涉及用于监测地下资产（例如，地下电缆系统、管道、水管、污水管道）的参数的监测系统。

背景技术

在通常被称为地下资产的地下电力电缆、水管线、石油天然气管道、污水管道等的领域中，对这些资产的操作和/或环境条件进行监测具有重要意义。意外或异常行为状况可能表明未来存在危险或故障状况。一旦注意到地下资产存在这些状况，可允许加速维护或采取补救措施；可以随之避免地下资产在更长时间的周期内不工作或离线。

监测这类地下资产的行为可以在维修变得困难且耗时变长之前对能够补救的问题情况进行预测。然而，这种地下资产（诸如电力线缆）可能不易访问，因而难以监测其操作特性。此外，技术人员对资产地下资产所经过的路线以及资产地下资产寿命的定期检查耗费大量劳力，并且可能需要中断服务来进行设备检查。这种检查通常限于电缆室、人孔（manhole）、更小地下包裹体（below grade enclosure）（称为手孔）以及沿地下资产经过路线间隔放置的路缘箱。访问大型机柜包裹体（例如，人孔）中的地下资产需要安全设备和程序，且通常需要“抽空”通过人孔盖或通过管道、导管渗透密封件而进入的残留积水。经发现，检查地下资产实际所需的时间明显少于安全进入受限空间所需的时间。因此，很少进行检查；且通常在操作失败之后检查，以调查原因并查明类似的暴露出现问题的场景的系统范围。

因此需要一种系统，其可以监测地下资产的操作特性，且无需人为干预，从而将资产状况的指示发送到通常在几英里之外的监测中心进行分析。有利的是，基于设备已经达到或超过预先建立的操作限制的设备，这种指示超出了简单警报。如果这种指示包含有基于历史因素的预期行为的偏差，则是有益的。用于产生电信号的传感器是已知的，该电信号表示地下资产的操作和/或环境参数。然而，这样的传感器必须设置于地下；且难以传输信号，或者难以将表示传感器测量参数的数据直接从地下位置传输至监测中心。安装物理管道（诸如光纤电缆）可提供从此类传感器到监测中心的通信线路，然而安装物理管道（诸如光纤电缆）过于昂贵，尤其对于改装现有系统而言，通常需要用于此类通信线路的额外电源。

另外，沿资产设置且特别是在资产经过的地下电缆室中设置的监测装置应该是独立的。因此，监测装置应当设有寿命相对较长的电源。尽管可以从电缆室中的电力电缆获取监测装置的电力，但是当资产轻负载或断电时，这种电力不能坚持更长的时间周期，如进行检查和/或维护所需的时间。此外，虽然能够从电力电缆处获取电力，但是从其他地下资产（例如，水管和气体管道）获取电力是不可能的。来自附近电力设施源的电力可能需要土方开挖和街道修复，因此并非优选，而应当尽可能避免。因此，优选从监测装置的电源处获得电力，并期望这种电源是节能的，特别是对于安装在远程位置的地下监测装置。因此，如果可能的话，诸如在不需要频繁传输数据的“看门狗”模式下操作监测装置，谨慎操作监测装置和整个监测系统对延长电池寿命是有利的。

此外，对于远程定位的地下监测装置来说，提供给装置的电力中断是很正常的，更可能发生的是装置与监测中心之间的偶然通信中断。当这种中断发生时，在电力或通信恢复前可能无法准确获知监测装置的操作状态。因此，远程监测装置自动而独立地恢复其操作，并且系统能够恢复上次成功传输的所有可用数据，则是有利的。

发明内容

因此，本发明涉及用于监测地下资产（诸如电缆系统以及用于输送水、气体、石油、污水等的管道）的参数的远程监测系统。参数检测器（例如传感器）安装在沿该资产分布的离散位置处，以提供表示该资产的各监测参数的电信号，监测参数包括提供包含管道或管道系统的电缆室或人孔的状况评估的参数。传感器的示例包括测量温度、电压、电流、湿度、气体含量、石油和水污染等的传感器。在一个实施例中，将地下集线器耦合至参数检测器，以获取由参数检测器提供的信号。优选地，集线器设置于地下电缆室中、或资产经过的人孔中、或地面以下的路缘箱中、或具有通向资产的沿资产路线入口的手孔中。集线器包括用于提供从所获取的信号导出的数据的控制器，该数据由收发器或调制解调器传输到远程中央位置。

在一个实施例中，收发器位于地面以下的集线器或电缆室中；经由低功率广域网（low-power wide-area network, LP-WAN）通信，将数据从电缆室无线传输到中央位置，并在中央位置分析所传输的数据以表征资产。中央位置根据由集线器传输的数据，且优选地，根据由多个集线器传输的数据来确定资产的行为和状况。

收发器还可以从中央位置接收通信信息，经由低功率广域网通信来控制控制器。在一个实施例中，该通信为指令，用以控制从参数检测器获取的信号的数量、从参数检测器获取的信号的频率、以及从集线器向中央位置传输传感器数据的速率。有时可以将与集线器操作有关的其他指令发布到控制器。

根据实施例，集线器处理并传输数量减少的、导出自参数检测器获取的信号的数据。优选地，当确定资产不存在异常行为时，以相对低的速率对来自参数检测器的信号采样，并且当需要更多数据来适当地确定资产行为时，增加来自参数检测器的信号。所传输的数据是表示样本值的导出值集。因此，节省了电池电力，同时将足够的信息发送到中央位置，以获得满意的资产行为确定结果。

附图说明

通过示例并结合附图将更好地理解以下详细说明，其中：

图1是本发明的远程监测系统的一个实施例的框图；

图2是图1中所示出的集线器的一部分的框图；

图3A是用于说明图1中所示的集线器的操作模式的时序图；

图3B是用于说明集线器的另一操作模式的时序图；

图4A至4C说明一种减少从集线器向中央位置传输数据量的技术；

图5是表示系统初始化的流程图；

图6是表示系统默认操作的流程图；

图7A至7B组成具有若干集线器的远程监测系统的一个实施例的框图；

图7C是表示中央服务器所执行的功能的流程图；

图8是表示集线器在“看门狗”模式下操作的流程图。

具体实施方式

参照附图，图1是根据本发明的远程监测系统的一个实施例的框图。其中，设置在地下电缆室108中的集线器104监测地下资产102的参数；处理并将导出自所监测参数的数据发送到中央位置120，例如，中央服务器。可选地，集线器可以安装在地面以下的路缘箱或手孔中。在该实施例中，集线器104包括采样器107，其耦合到传感器106a、106b，……，106n，用于对传感器产生的信号采样。传感器分布在集线器外部，适于产生表示地下资产的检测到或感测到的参数信号，如温度、压力、电压、电流等。传感器可以是简单的引线接头或更复杂的换能器。资产可以是电力线缆、输送石油、气体、水的管道，或与该资产相关的其他管道、附件或辅助设备。为方便起见，资产102在本文中被描述为电力电缆，有时被称为地下电缆系统或简称为电缆。然而，如本文所使用的，提及的电缆系统旨在包括上述资产，例如但不限于水管、石油天然气管道、污水管道以及包括在人孔、连接箱等中的设备。

电缆室108可通过盖109进入；也可以是电气设施技术领域的技术人员所已知的典型人孔。电缆可以是适于高压或中压传输的电力电缆或低压次级电路。集线器104通常安装在电缆102所经过的人孔中。然而，集线器也可以安装在地面以下的路缘箱中，或含有与地面以下资产附接引线的手孔中。资产可以是人孔本身或人孔内的其他设备。本领域技术人员认识到，电缆室在结构上比人孔大，且可以包含多个资产，包括变压器、开关等；和电缆室相比，人孔和手孔更小更简易。集线器104用于获取资产的操作参数的表示方式。集线器优选地设置在电缆室或人孔中，也可以直接掩埋于地面以下。

采样器107可以是常规的A/D转换器和采样器，用以产生来自传感器106a，……，106n的信号的数字化采样值。位于集线器104中的控制器110适于从采样器107接收传感器样本。优选地，采样器设置在集线器104内部，但可选地，采样器也可以设置在集线器外部。

集线器还包括用于与中央服务器120通信的无线收发器114或调制解调器。如下所述，中央服务器远离集线器104并分析传送自集线器的数据，且优选地，分析传送自多个集线器的数据。如下文所讨论的，数据导出自采样器，且该数据表示由传感器监测的参数。在一个实施例中，中央服务器包括数据处理器，适于根据传输自集线器的数据来提供电缆102本地操作条件的指示。

来自集线器104的数据可以与从安装在其他位置的电缆室108’中的其他集线器104’接收到的数据进行集成，以表征整个电缆系统，并使资产管理者能够根据需要识别异常并调度系统维护，而非依赖于固定的定期检查审核。例如，中央服务器适于确定所测参数以及电缆系统是否处于在正常或预期范围内进行操作。中央服务器还适于根据基于历史值来确定电缆的当前操作条件是否与过去的操作一致。中央服务器感测到电缆系统的操作条件如果存在变化，由来自一个集线器的传感器信号与来自另一个集线器的传感器信号相比所表示，来确定这些变化是否超出电缆系统的正常操作范围，如果是，则会产生警报。

表示已采样的传感器信号的数据作为数据包，经由无线收发器114传输至中央服务器。收发器根据蜂窝低功率广域网进行操作，如由AT&T、Verizon等以及本领域技术人员已知的其他蜂窝服务提供商安装和操作的LTE-M和NB-IoT通信技术。在一个实施例中，集线器收发器可以访问不同网络的若干服务提供商，并基于信号强度和质量无缝地优选网络。因此，收发器可以将数据直接从地下通过互联网、蜂窝通信等传输到蜂窝网络122，然后传输到服务器。在一个实施例中，集线器包括收发器114和定制天线，通过低功率广域网通信传输数据。在另一实施例中，设置在集线器104中的收发器与位于电缆室内但在集线器104之外的天线连接。在又一实施例中，天线位于地面以下，电缆室、人孔或手孔之外，并且通过线缆与收发器相连接。在又一实施例中，天线和收发器位于集线器104的外部但设置在地面以下。可以设想，省略蜂窝网络，将数据从集线器直接传输到中央服务器。

集线器由合适的电源（诸如电池105）供电。可选地，可以通过采集装置111（如电感线圈、罗戈夫斯基线圈或其他已知装置）从电力电缆102或相关的屏蔽系统采集必要的电力，或者从本地可用的公用电源将必要的电力路由到电缆室。在优选实施例中，电池105表现出相对长的寿命，如大约两年或更长时间；并且可以通过电力采集延长寿命，以补充支持集线器活动或电池再充电所需的电力。如下文所讨论的，在可控的、优选短暂的间隔下，不连续地操作采样器和收发器，提高电池寿命，节省电力。另外，如下所述，并非所有数字化样本都被传输到中央服务器，从而减少传输的数据量，减少从电池汲取的电力。

在图1所示的实施例中，终端124和126经由中央服务器120与监测系统通信。作为管理终端，终端124用作人机接口，以管理远程监测设备，并将用于控制集线器的集线器指令上传到中央服务器，用于随后下载或传输至集线器。虽然终端126也可用于管理，但是系统管理操作优选地限于由具有适当权限和安全许可的人员来执行。出于本讨论的目的，假设终端124由这样的人员来操作，并且用作与该人员之间的接口。如根据蜂窝或互联网网络，终端124、126以及中央服务器120之间的通信可以是无线通信或硬线通信。

如下所述，中央服务器120适于经由蜂窝网络低功率广域网通信向集线器104发送操作指令。由收发器114接收可以从终端124上传到中央服务器的指令，以控制控制器。在一个实施例中，终端124可以设置有计算机功能，该计算机功能适于分析由中央服务器120提供的指示和数据，并生成准备发送到集线器的指令；终端126可以适于访问来自中央服务器的指示和数据，但不具备生成指令的能力。举例来说，且如下文所讨论的，上传到中央服务器的指令建立用于对传感器信号（样本大小）进行采样的采样间隔、采样频率（传感器信号被获取的频率）、以及传输频率（表示传感器信号的数据被传输到中央服务器的频率）。通常，在周期性采样或“看门狗”模式中，由技术人员在终端124处经由中央服务器发布到集线器的指令需要较不频繁地对数据进行采样和传输，以节省电池电力。然而，根据中央服务器所确定的，基于由电缆系统中的不同集线器所感测到的参数，中央服务器可以发送指令以增加或减少采样间隔、采样频率以及传输频率，以便调整监测参数以电池寿命为代价获取附加数据。在一个实施例中，如下所述，控制器110还可以自主操作，以基于导出自传感器的本地的感测条件来改变采样间隔、采样频率、传输间隔和/或传输频率。

集线器104包括存储设备，如称为存储器112的存储器。该存储适于存储表示被采样的传感器信号的数据。有利的是，一旦集线器的电力发生中断或集线器与中央服务器之间的通信丢失，当电力或通信恢复时，存储在存储器112中的数据可以被传输到中央服务器120。因此，恢复电力或通信时，传输已经获取但在电力或通信中断时未发送、并且可能为确定电缆系统操作条件所需的数据。

存储器112，或优选地，另一存储器（未示出）适于存储用于初始化控制器110的指令，如当集线器104投入运行时。该存储器还可以存储用于在电力或通信恢复时在恢复模式中操作控制器的指令。以下描述由这些指令执行的功能。该存储器或另一存储器适于存储经由收发器114从中央服务器接收的、用于确定控制器的操作模式的指令。这些指令可以建立用于较不频繁地对数据进行采样并将数据传输到中央服务器的“看门狗”模式，或者用于更频繁地对数据进行采样并传输数据的快速模式。如下所述，指令建立采样间隔、采样频率、传输间隔和传输频率中的一个或多个，以控制到中央服务器的数据收集和后续传输。

在操作中，来自传感器106a、……、106n的传感器信号由采样器107采样。以预定采样频率的周期性采样间隔期间，采样器对传感器信号进行采样，该预定采样频率由从中央服务器120发送到集线器104的指令建立。此外，系统操作者可以经由中央服务器向控制器110提供指令，根据传感器提供的信号来确定电缆系统的本地操作条件，并根据所确定的操作条件来建立采样间隔和采样频率。控制器110还对收发器114进行控制，从而将所采样的传感器信号以预定传输频率在传输间隔内发送到中央服务器。基于优选或优化的传输间隔来控制收发器具有优越性和经济性，如可以由网络服务提供商（例如，蜂窝服务提供商）设置、具有服务提供商容纳的数据量的功能、可以由网络上的通信量确定。

在一个实施例中，控制器110使用所采样的传感器信号来确定电缆系统的特定操作条件，并据此建立传输所采样的传感器信号的传输间隔和/或频率。如下所述，连续传输间隔被休眠间隔或休眠模式分隔开；控制器被唤醒，在主动操作模式期间传输样本，随后返回到休眠模式。可选地，休眠间隔可以响应于从中央服务器接收的指令而得以调整。

图2示出了包括在集线器104内的部分电子器件的框图。来自传感器106a、……、106n的信号由前端采样，前端包括以确定的采样速率操作的采样器207、模拟数字（A/D）转换器以及产生数字样本的放大器（未单独示出）。这些样本在预定采样间隔期间被获取，优选地以可调节的采样频率周期性地分析以及分包这些样本，并存储在存储器212中。从存储器中读取分包的数字样本，并由发射器214以调度的、间隔开的传输间隔将分包的数字样本作为数据包传输到中央服务器120。发射器214包括在收发器114中。优选地，数字样本在分包之前，数据已经简化，如下所述。

确定采样间隔、采样频率以及传输频率的定时信号由定时信号调度器215生成，定时信号调度器215包括由控制器210控制的时钟。特别是，控制器210包括控制定时信号生成器215、采样器207以及发射器214的CPU。来自中央服务器120（图1）的指令由接收器216接收，其中，接收器216包括在收发器114中。如下所述，结合图3A，传输间隔包括：包含与中央服务器建立通信（例如，握手或认证）的信息的前导部分、包含分包样本的数据部分、以及包含来自中央服务器的、用于建立控制器210正在进行的操作模式的指令的尾端部分，例如，定时信号调度器的采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率。尾端部分还可以包括用于终止通信会话的“注销”信息。

如前所述，监测系统具有两种主要操作模式。当电缆系统表现正常时，也就是说，在资产的正常或历史预期操作范围内，基于系统操作者的经验或先前报告的数据（即，已经传输的数据样本）不存在报告异常或缺陷时，调用“看门狗”或低速模式。在“看门狗”模式中，由于获取并报告给中央服务器的数据量最小并且数据量在样本获取之间不会显著改变，采样频率可能会慢。当集线器最初开始操作时，例如启动时，也会调用“看门狗”模式，其中，没有先前数据来确定“正常”或预期的操作行为。在一个实施例中，终端124处的技术人员可以指示中等采样和传输频率来获取可以由其确定的参考操作行为的数据。初始频率可以根据技术人员需要或期望进行调整。

集线器104在“看门狗”模式下操作的持续时间通常以周和月来测量。如电缆系统的操作条件发生了变化，被控制器或中央服务器自动确定时，或者被终端124处的技术人员确定时，调用较快模式或高速模式来评估需要更全面检查的状况。可以启动高速模式来获取在采样器长时间休眠间隔期间可能已经丢失的信号。例如，瞬态信号可以存在于休眠间隔期间，可在高速模式中被观察到、并采样。产生瞬态信号的示例包括流体循环系统中的意外的压力瞬变，这可能是由于意外的阀门关闭所致。其它示例包括容纳室中的缺口以及由于设备故障或火灾等而导致的温度升高。在高速模式下，采样和传输频率较高。在高速模式下，持续操作时间通常以相对于周或月的小时或天来测量。以下进一步描述这些操作模式。

在操作中，控制器210控制定时信号调度器215执行采样间隔、采样频率、传输间隔和传输频率，从而基于存储在CPU存储器中的指令或从中央服务器接收的指令来获取和传输数字样本。下面结合图3A中的一个示例来描述，例如，低速模式或“看门狗”模式。

在图3B所示的高速模式中，控制器控制定时信号调度器执行更长的采样间隔，以获取更多样本。因此，当以与图3A的低速模式中相同的采样和传输频率在图3B的高速模式下操作时，在传输间隔之间获取更多数据，由此，传输数据所需的时间（即，传输间隔）会更长。通常，从中央服务器120接收的指令用于确定控制器的操作模式。这些指令可以由资产管理者或技术人员基于优选的或特定的监测目标来提供。例如，经由电缆路线的电缆室的温度取决于电路数量以及单独的电缆负载。由于电力需求、季节需求以及地球环境温度的变化，预计电缆室的温度每天都在发生变化。高温导致电缆过载，然而，预计电缆室内的温度变化缓慢。因此，起始设置1分钟的采样间隔、1个样本/小时的采样频率以及一次/天的传输频率是合理的。预计电缆室内的环境污染或大气条件发展缓慢。因此，5秒的采样间隔、每30分钟一次的采样频率以及每天一次的传输频率是合理的。对于一般的阴极保护测量，30秒的采样间隔、每小时一次的采样频率以及每天传输一次的传输频率是合理的。对于每小时安排的特定阴极保护测试，连续取样模式可包括每小时执行一次且每小时传输一次的30分钟采样间隔。在该“高速”模式中，控制器被指示在4小时、条件允许之后返回至“看门狗”模式。资产管理者可选择使控制器在自适应监测模式下操作，其中，基于来自传感器的信号，自动地改变采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率中的一个或多个。

图3A是有助于解释传感器信号的采样以及将所采样信号传输到中央服务器的时序图。为了简化起见，图3A示出了被称为传感器A的传感器106a、被称为传感器B的传感器106b、以及被称为传感器C的传感器106c所产生的信号的采样和数据传输。在图3A（I）、图3A（II）和图3A（III）所示的采样间隔内，对来自传感器A、B和C的传感器信号进行采样。采样器107可以包括单独的采样电路，每个采样电路可基本上同时操作，对传感器A、B和C产生的信号采样。可选地，采样器107可包括单个采样电路，其可在高采样速率下连续地对传感器A、B和C产生的信号采样。如图所示，在第一时间段内，由传感器A、B和C产生的采样信号分别称为集合A1、B1和C1。在第二时间段内，由传感器A、B和C产生的采样信号被称为集合A2、B2和C2。在连续时间段期间，由传感器A、B和C产生的采样信号称为集合A3、B3和C3，集合A4、B4和C4等。在这些时间段内产生的连续集合之间的时间间隔，即，集合A1和A2之间、集合B1和B2之间、以及集合C1和C2之间的时间间隔称为休眠间隔。连续的采样间隔被连续的休眠间隔分隔开。在休眠间隔期间，采样器107不对传感器信号采样。

控制器110适于对集合A1、B1、C1；A2、B2、C2；A3、B3、C3；A4、B4、C4等进行分包（如图3A（IV）所示），并在图3A（V）中所示的传输间隔内将数据包组装到公共数据包304中。在所示的示例中，控制器110组装一个数据包302a、302b以及302c，每个数据包包含每小时来自每个传感器106a、106b以及106c的100个样本或者每4小时来自所有这些传感器的100个样本的12个数据包。在该示例中，所有数据包每隔4小时以一个传输间隔的频率进行传输。如图3A（V）所示，包含集合[A1，B1，C1]、[A2，B2，C2]、[A3，B3，C3]、[A4，B4，C4]的一个数据包在每4小时传输一次的传输间隔内进行传输。如果采样频率每小时一次，且传输频率为每12小时为一个传输间隔，则每个包含100个样本（或3600个样本）的36个独立的数据包将被打包并且每12小时传输一次。如果传输频率是每天一次传输间隔（或每24小时一次），则72个数据包将被组装到每天传输一次的7200个样本的一个数据包中。

因此，在每个所示的传输间隔304期间传输A、B及C中的每一个集合（即，经组装的数据包）所获取的样本，且在所示实例中，传输频率为每4小时一次（图3A（V））。传输间隔通常比采样间隔长，但为了清楚起见，图3A和图3B中所示的对传感器信号进行采样和累积的采样间隔与传输间隔相类似。

连续的传输间隔由休眠间隔分隔开，而在休眠间隔期间，不传输数据包。由于数据传输需要尽可能多的电池电力，因此，相对于休眠周期，唤醒集线器（特别是收发器）操作的周期较短，以保存电池电力并延长电池105的寿命。在该示例中，传输频率（收发器被唤醒的频率）是可调节的，并由控制器控制。传输间隔主要由要传输的信息的量来确定。要传输的信息越多，传输间隔越长。因此，休眠周期也会相应地变化。如图3A（V）所示，可根据发送到控制器CPU的指令或机载指令来控制传输频率。在图3A中所示的实施例中，传输频率为每4小时一次。也就是说，在一个传输间隔304内聚集的经采样的传感器信号每4小时传输一次。在一个实施例中，传输间隔的持续时间是可调整的，或者在另一个实施例中，传输间隔内所聚集的数据量是可调整的。

如果将来自三个时间段的数据样本采样（而不是来自四个时间段的数据样本采样，如图所示）聚集为一个传输间隔，则可以认为传输间隔减小。同样地，如果聚集来自两个传感器的数据样本采样（而不是来自三个传感器的数据采样，如图所示），则可以认为传输间隔减小。相反，如果将来自五个时间段的数据样本采样聚集为一个传输间隔，则可以认为传输间隔增大。如果聚集来自四个传感器的数据样本采样，则可以认为传输间隔增大。图3A中所示的数值示例是示例性的；可以使用更多或更少传感器以及更多或更少待聚集的样本间隔。

采样间隔和采样频率可以根据来自中央服务器或机载控制器的指令进行调整。可以根据需要调整连续时间段和/或采样间隔之间的休眠间隔，获取更多或更少的样本，再传输到中央服务器。

在图3A中所示的实施例中，在每个采样间隔期间获取100个样本，并且采样间隔大约为50秒。采样频率为每小时获取一次这些100个采样。因此，对于每个传感器，在该采样间隔期间每小时获取100个采样。如下所述，结合图3B，如果中央服务器需要更多数据，或者如果发送到中央服务器的数据指示电缆系统存在异常操作，则可以增加采样间隔和/或采样频率。

图3A（V）是典型传输间隔307的内容概述。传输间隔的前导部分303包括在集线器104和中央服务器120之间建立通信握手所需的资源开销。该资源开销可包括集线器的标识，其识别电缆室以及由此识别沿电缆系统102的传感器的位置和类型；如有必要，也包括授权数据；以及当日时间等。传输间隔307的尾端部分305包括向中央服务器发出的对下载到集线器的指令的请求。尾端部分还包括用于终止中央服务器和集线器之间的通信会话的信息。如图所示，数据包304设置于传输间隔的前导部分和尾端部分之间。

如前所述，采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率中的至少一个是可调节的，以建立集线器的不同操作模式。如图3A所示，插入采样间隔和传输间隔之间的休眠间隔是控制器和发射器不工作的时段，并且这些休眠间隔也是可调整的。在“看门狗”模式中，采样间隔和采样频率减小或休眠间隔增大，以限制所获取和传输的数据量，从而保持电池寿命。图3A示出每小时一次的采样频率以及每4小时一次的传输频率。图3B是集线器104在高速操作模式下的时序图。在该高速模式的实例中，图3B（I）到图3B（III）所示的采样间隔几乎长达一小时；假定采样频率为每小时一次（如图3A所示）。然而，现在，在一小时的采样间隔中，分别从每个传感器106a、106b和106c获取集合A、B和C的数据包312a、312b和312c的7200个样本。与图3A中大约一分钟的采样间隔相比，采样间隔增加至大约1小时。因此，在图3B的取样间隔中获取了更多样本（7200 × 3），并分包更多数据以进行传输。如果聚集4小时的样本用于传输，则每4小时传输7200 × 3 × 4＝86400个样本。由此，收发器有效地在采样间隔之间的时段内连续地进行传输且不休眠，从而消耗更多能量。因此，优选地，在高速模式下限制集线器操作的持续时间，以保持电池寿命。

在一个实施例中，来自中央服务器的指令，如可以由终端124处的技术人员提供，会使控制器针对导出自一个或两个单独的传感器的数据来控制采样间隔、采样频率以及传输频率中的至少一个。在另一个实施例中，可对控制器进行预设，从而对预定参数进行采样；预定参数例如是由传感器106a检测到的参数，比其它检测到的参数检测更频繁。例如，与来自其他传感器的信号相比，控制器可以控制采样器107更频繁地对来自传感器106a的信号进行采样。因此，可在任何特定时间以及仅在一个传感器（例如传感器106a）上调用高速操作，例如当仅需要在高速模式下监测一个参数时。

如下所述，在优选实施例中，样本数据在统计上减小到表示所获取的样本值的子集。如图3B（VI）所示，数据包[A1，B1，C1]、[A2，B2，C2]等的尺寸减小，如下所述，从而减小了传输间隔314’。因此，收发器在传输间隔间的时段内休眠。

控制器210的CPU包括用于存储指令的存储器，该指令包括在启动模式下操作CPU的启动指令，如在首次向集线器供电时建立与中央服务器的初始通信。在一个实施例中，CPU在供给集线器的电力损失且随后恢复的情况下在恢复模式中进行操作，或者在集线器与中央服务器之间的通信丢失且随后重建的情况下进行操作。当电力恢复时或通信重建时，控制器从其存储器中读取预设的恢复指令，并将该指令传输到集线器的中央服务器状态信息，包括存储在存储器212中的可能已经从传感器信号组装但尚未传输到中央服务器的数据包的数量。通常，低功率广域网协议跟踪数据包的成功传输。因此，在该恢复模式中，由集线器传输那些尚未成功传输到中央服务器的已经存储的数据包；中央服务器向集线器传输指令以更新用于对传感器信号进行采样的采样间隔和采样频率，从而建立将数据包传输到中央服务器的传输频率。

在优选实施例中，集线器104中的存储器112存储被传输到中央服务器的数据。随着更多数据被传输，存储在存储器112中的数据被更新。然而，如上所述，在通信丢失的情况下，存储在存储器112中的数据可能被更新，但可能无法准确反映在该丢失之前已经被发送到中央服务器并由中央服务器接收的数据。因此，在传输间隔开始时，对存储在存储器112中的数据与上次已经传输到中央服务器并由中央服务器接收的数据进行比较。在两者存在差异的情况下，存储在存储器112中的至少一些数据被重新传输，从而更新中央服务器，使其与保存在存储器112中的数据相符。

如下所述，为了节省能量并减少电池损耗，每个数据包的大小可以减小且不包含原始100（或7200）个样本值。然而，对于每组样本A、B、C，传输表示样本值的统计导出值。已经发现，资产或电缆系统的操作通常可由表示较大集合的至少5个统计导出值来完成满意的监测。为了更精确地分析所获取的数据，且可选地，根据被监测的参数，可以传输更多值，但少于集合中的值。这显著减少了传输自集线器的数据量，从而有利于节能，延长了电池的工作寿命，降低了数据存储需求，减少了传输时间，并简化了分析。

确定控制器的高速或低速（即，“看门狗”）操作模式的指令最初由系统技术人员在例如终端124处建立，并从中央服务器发送到集线器104。这些指令基于系统技术人员和资产管理者的知识和经验，并可以根据电缆系统的感测行为而更改。在实践中，采样和传输频率取决于资产管理者希望如何密切监测资产。在低速“看门狗”模式的一个示例中，每小时获取一次且每天传输一次来自传感器（如传感器106a）的信号的50个样本。在高速模式中，对来自传感器的信号进行采样以及基本连续的传输（如图3B所示），例如，连续两天。该高速操作模式揭示了系统行为的细微变化，从而允许更密切地检查任何异常。随着操作经验的增加，资产管理者可以为这些基本操作模式建立默认条件。

响应于由被监测的传感器信号表示的监测参数，如果中央服务器或中央服务器处的技术人员检测出需要更频繁检查的情况（如与电缆系统的预期操作行为存在偏差）或预期存在故障的状况，则由中央服务器发送的指令使控制器110增加采样和/或传输频率；当操作行为稳定或恢复到其预期行为时，则返回到原始或默认指令。

除了执行从中央服务器发送的指令之外，控制器110可以在一些预定条件下不依赖于中央服务器而修改其操作模式。例如，将最近的样本数据放置在图2的存储器212中，并由控制器210将表示最近采样的传感器信号的该样本数据与存储器212中的先前采样数据进行比较。其结果是，如果样本数据在预定周期内快速或显著地改变，则可以在中央服务器处确定电缆系统的行为改变之前，在集线器处检测到电缆系统的行为改变，这是由于数据还未传输到中央服务器。例如，如果特定传感器（如传感器106a）的样本值从一个样本到下一个样本发生显著变化，并且如果这些值的变化率超过预定阈值，则控制器增加其采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率中的至少一个。可以选择获取样本的特定频率和/或数据包的特定传输频率（即，数据包的传输频率）作为该变化率的函数。相反，如果存储在存储器212中的数据在预设时间段内变化缓慢，例如，如果变化率小于特定阈值，则控制器可以减小其采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率。操作模式的这种变化可以随时间逐渐改变。

如前所述，当收发器被唤醒并工作时，通过减少在每个传输间隔传输的数据量来减少电力损耗。尽管可以使用不同的数据压缩技术，但优选的是减小数据包的大小，即，减少每个数据包中的数据量。根据图4中所示的一种技术来描述减少数据传输到中央服务器的方式，该技术表示在图3A和3B的集合A、B和C中获得的样本。假设集合A、B或C分别包含由传感器106a、106b以及106c产生的传感器信号的100个样本；且这些样本值在图4A中以发生或采样的顺序示出。例如，在集合A中，来自传感器106a的信号的第一样本值为45，来自传感器106a的信号的第二样本值为47，第三样本值为37，等等。每个值可以是电压电平，如毫伏，或表示由传感器106a检测到的电流、温度、压力或其他参数的单位的值。同样地，在集合B中，来自传感器106b的信号的第一样本值为45，来自传感器106b的信号的第二样本值为47，第三样本值为22，等等。从集合C获取的、来自传感器106c的样本值如图4A所示。

虽然各种统计工具可用于实现此目的，但通过根据从该时段收集的数据导出的经验分布函数计算五个特征值，从而应用更稳健的技术，如现在描述的。控制器210将每个集合A、B、C中的样本值从最低到最高重新排序。在图4B的示例中，集合A中的最低样本值是35，且该集合中的最高样本值是60。同样地，集合B和集合C各自的最低和最高样本值如图所示。

图4C示出了每个集合中的中位值或第50个百分位数样本值。集合A中的样本中位值为44，集合B中的样本中位值为44，集合C中的样本中位值为32。第一四分位数处的样本值，对应于每个样本间隔中获取的每组重新排序的样本中的第25个百分位水平，在集合A中是39，在集合B中是37，在集合C中是31。第三四分位数处的样本值，对应于每个样本间隔中获取的每组重新排序的样本中的第75百分位水平，在集合A中是47，在B中是51，在C中是39。已经发现，这五个样本值（即，最小值、最大值、中值、第一四分位数值和第三四分位数值）为中央服务器提供足够的数据，以正确表征和监测电缆系统，并识别电缆系统操作行为的变化。通过将一组中的100个样本值减小到5个值，则显著降低集线器的电力损耗，特别是由于数据传输而引起的电力损耗。

在每个采样间隔期间获取的五个样本值，即最小样本值、最大样本值、中位值样本值、以及每个集合在第一四分位数和第三四分位数处获得的样本值，作为表示在采样间隔期间获取的所有样本的数字化数据的数据包而进行传输。这种数据简化技术可用于高速和低速（例如，“看门狗”模式）操作。

如上所述，每个集合的数据包被组装为一个数据包（图3A和图3B），并且在每个传输间隔期间传输这些数据包。利用来自其他集线器的数据包收集该数据，并在中央服务器处进行分析以表示电缆系统的特征行为。如果该行为在一段时间内的变化不超过预定阈值，则中央服务器确定电缆系统在正常运行，没有检测到或预期存在故障或警报状况。因此，以相对较低的频率（例如每8或12或24小时或更不频繁地）足以获取和传输这些数据包，从而降低电力消耗。然而，如果中央服务器（或技术人员）确定应当更频繁地检查传感器信号，如当数据包所表示的数据在一段时间内变化超过阈值时，则指示控制器210传输更多数据包，如图3B（V）和3B（VI）所示，如通过增加采样间隔、采样频率、传输间隔和/或传输频率。因此，当在更高速模式下操作时，更多的数据被收集，且中央服务器能够更密切地（即，更频繁地）检查电缆系统的操作特性，然而代价是电力消耗更多。

同样地，如果控制器确定所获取的集合的五个代表性样本中的数据包在历史上的改变超过预定阈值，或者如果那些数据包中的数据在历史上以大于预定量的变化率改变，则控制器会使更多数据被获取并且更频繁地传输数据包。

对统计上减少的样本数据与历史数据的比较可以用于调整一个（或多个）集线器的采样和传输频率。比较可以在集线器处进行，其中来自集线器内的不同传感器的数据可用于比较；或者在中央服务器处进行，中央服务器从沿着电缆系统的行进路线分布的不同集线器收集数据。集线器104的控制器110可以在自适应模式下操作，如下所述，或者可以响应于来自中央服务器的适当指令，以将来自一个传感器（如传感器106a）的采样信号与来自另一个传感器（如传感器106c）的采样信号进行比较，从而在采样的传感器信号之间存在显著差异的情况下调整从这些传感器中的一个传感器发送的数据的采样间隔、采样频率、传输间隔和/或传输频率。类似地，如果来自传感器106b的采样的传感器信号快速改变，则控制器可以改变从例如传感器106b发送的数据的采样间隔、采样频率、传输间隔和/或传输频率。

图5示出了表示集线器104的初始化的流程图，如当集线器首次安装或调试时。当集线器104通电时，即，当首先将电力施加到控制器110（表示为步骤502）时，操作进行到步骤504，以从存储器112中的合适文件读取操作指令。如果在查询506时确定文件为空，如在启动时所预期的，则操作进行到步骤508，该步骤通过对来自传感器106的信号进行采样来获取初始数据。在步骤510中，该初始数据存储于存储器112中，如在步骤510处，并且该初始数据在步骤512中被传输到中央服务器120，对集线器进行认证并存储集线器识别数据，如514所示。在初始传输间隔的尾端部分305处，从中央服务器获取或上传用于监测由传感器106产生的信号的协议。如步骤518所示，根据从中央服务器发送的指令，开始传感器样本采集或所监测的电缆系统参数的传感器样本获取或定期测量。

集线器104的初始操作指令存储于存储器112中。这些指令可以用来自中央服务器的、在传输间隔的尾端部分305期间发送的指令来更新。如前所述，这些指令可以被认为是恢复或默认指令，以控制集线器在电力或通信事件中的操作。

在事件中，如果对查询506的回答是否定的，即，存储器112中的指定文件不为空，如在电力或通信丢失以及随后恢复的情况，则该过程进行到步骤520。执行步骤520，协调存储器112中的数据与已经传输到中央服务器的数据。如上所述，中断后重新恢复电力或通信时，在集线器处已经获取的数据可能尚未成功地传输到中央服务器。例如，通信的中断可以在集线器处于休眠模式时发生，或者中断可以归因于低功率广域网。然而，在本地仍有电力的情况下，尽管通信中断，但参数感测和数据打包继续进行。当通信恢复时，存储在存储器112中的数据将与存储在中央服务器的数据进行协调；也将传输先前未发送到中央服务器的数据包。因此，如514所示，步骤520用于向中央服务器发送上次已经被获取的数据。此后，如上所述，集线器继续对传感器信号进行采样，并将表示采样的传感器信号的数据包发送到中央服务器。

现在参考图6，示出了表示集线器在自适应采样和传输模式下的操作的流程图。在自适应操作模式下中，控制器110响应于在集线器位置监测的电缆系统参数的某些变化来调整采样间隔、以及采样频率和传输频率中的一个或多个。流程图开始于在“看门狗”模式下操作系统，从在步骤600中，采用从中央服务器接收的指令操作，并将集线器配置为用于由步骤602表示的正常监测。结合图3A和图3B，集线器（更具体地，控制器）从其休眠模式周期性地被唤醒，如步骤604所示。在控制器的控制下，采样器107在采样间隔期间以结合图3A所述的采样频率对传感器信号进行采样。因此，在步骤606中对传感器信号进行采样或测量。在“看门狗”模式下，例如，由每个传感器产生的信号在采样间隔期间被采样100次。在步骤608中，控制器将数据量从100个样本减少到5个样本值，如上文结合图4所述。在步骤610中，这些样本值被分包并存储为用于传输的数据包。如流程图中所示，该过程通过唤醒604、采样606、数据减少608以及休眠612而循环。如步骤614和616所示，根据在步骤600接收的指令，在预定的传输频率和预定时间传输在步骤610中被组装以及存储的数据包。

如果集线器已经由来自中央服务器的先前指令配置为在自适应监测模式下操作，则对查询620的回答是肯定的；操作集线器以基于应用要求和监测设备限制在预设范围内自动修改采样间隔、采样频率以及传输频率。在不损失有意义的数据的情况下，自适应模式下的监测优化了电池寿命。在该自适应监测模式中，在步骤622中，将步骤608中最近获取的数据包与步骤624中已经存储的先前数据包进行比较，以确定两者间的差异。如步骤626所示，根据预设决定来选择与最近获取的数据包进行比较的先前数据包，该预设决定为：先前数据包是否为已在最后一小时、最后一天、最后一周、最后一个月或任何其他所期望的时段内获取的那些数据包。如果没有明显差异，则对查询628的回答是否定的，并且该过程进行到步骤630；在步骤630中，将当前采样频率（即，对最近的传感器信号进行采样的频率）与最小期望采样频率（由系统操作者设置）进行比较。

如果当前采样频率并非最小采样频率，则对查询630的回答是否定的，并且在步骤634中降低采样器107（或207）的采样频率。在本示例中，采样频率降低了一半。然而，如果当前采样频率已是最小采样频率，则对查询630的回答是肯定的，且查询632询问当前采样间隔是否为最小期望采样间隔（由系统操作者设置）。如果对查询632的回答是肯定的，则在步骤638处不改变采样间隔，并且集线器继续使用当前采样频率和采样间隔来进行操作，这是最慢的期望监测参数。然而，如果对查询632的回答是否定的，则在步骤636中缩短采样器107（或207）操作的采样间隔。在本示例中，采样间隔缩短了一半。在步骤634或步骤636中，当采样间隔或采样频率发生变化时，则在步骤640中类似地降低传输频率。降低采样频率、缩短采样间隔以及降低传输频率以节省能量。

然而，如果对查询628的回答是肯定的，如当最近的数据包608与先前数据包624之间存在明显差别时，查询650询问当前采样频率是否为最大采样频率。如果对查询650的回答是否定的，则在步骤654中提高采样频率。在本示例中，采样频率提高了2倍，但也可以提高其他频率。如果对查询650的回答是肯定的，则查询652询问当前采样间隔是否为最大采样间隔。如果对查询652的回答是否定的，则在步骤656中增大采样间隔。在本示例中，采样间隔增大了2倍。在步骤654或步骤656中增大采样间隔或提高采样频率时，在步骤660中类似地提高传输频率。如果对查询652的回答是肯定的，则在步骤658处不改变采样间隔，集线器继续使用当前最大采样频率和最大采样间隔来进行操作。

提高采样频率654、增加采样间隔656以及提高传输频率使得对所监测参数的采样更有规律，如所期望的，其中传感器信号受更大的可变性影响或者电缆系统表现出异常行为。这增加了传输到中央服务器的数据量，从而改进以电池寿命为代价的分析。为使电池节电，建议在自适应操作模式下设置对采样间隔和采样频率的约束。通过以高速连续采样模式短时间地操作集线器，可对所监测参数进行后续附加分析。传感器信号的连续监测和传输可以简单地通过将采样间隔设置为基本上等于采样频率来实现。

可以在查询628中使用任何逻辑测试，以确定最近获取的数据包和存储在存储器112中的先前数据包之间是否存在明显差异。所存储的先前数据包为历史参照，并且可以通过设置固定的存储文件大小并从该文件中删除最早获取的数据包来持续更新历史参照，为最近获取的数据包留出空间。明显差异测试可以为：差异是否超过特定变化值，例如大于10％，或特定偏差值，例如2或10个缩放单元。用于确定明显差异的比较测试的选择可以取决于被感测的参数以及在针对资产的状况评估中所允许的公差或灵敏度。

应当理解，集线器从其休眠模式被唤醒（步骤604）以获取传感器信号的样本，并定期传输所获取的样本值，如图3A（I）至图3A（V）以及图3B（I）至图3B（V）所示。采样器107在采样间隔期间对传感器信号进行采样之后进入休眠模式。传输数据包之后，收发器114进入休眠模式。在自适应监测模式中，如上文结合图6所述，设定相应休眠间隔、样本间隔以及传输间隔的持续时间。集线器的其他操作模式由从中央服务器处接收的指令建立。

本发明的远程监测系统可与若干地下集线器共同操作。该系统的一个实施例在图7A至7B中示出。该系统由中央服务器720（图7A）、终端724和724’（图7B）以及图7A和图7B中所示的多个集线器704、704’以及704”组成，其中，上述这些终端可以是管理终端，类似于图1的终端124。应当理解，集线器和终端的数量可以增加或减少。集线器704、704’、以及704”中的每一个类似于集线器104。为了简单起见，以下讨论仅针对集线器704；但应当理解，本讨论也适用于集线器704’和704”。

与集线器104的情况一样，集线器704适合位于地下电缆室或人孔内，并且由A/D转换器707a、707b、……以及707n组成。这些A/D转换器用于对来自换能器706a、706b、……以及706n的信号采样，并且类似于图1的采样器107。集线器704包括：类似于图1控制器110的控制器710；以及类似于图1存储器112的存储器712。集线器704还包括类似于图1收发器114的收发器714。收发器714耦合到设置在集线器外壳内的天线715。集线器704以与集线器104以相同的方式操作；为简洁起见，省略了对集线器704操作的进一步描述。

集线器704’类似于集线器704，但与集线器704的不同之处在于其设置有天线715’；天线715’耦合到收发器714’，位于集线器外壳外且位于集线器704’所在的地下电缆室或人孔内。

同样地，集线器704”类似于集线器704，但与集线器704的不同之处在于其设置有天线715”；天线715”耦合到收发器714”，位于集线器外壳外且位于地下电缆室外。天线715”可以位于地下或地面以上。

集线器704、704’和704”以与集线器104基本相同的方式构建，并且以与集线器104以相同的方式操作。数据从集线器发送到中央服务器720。中央服务器处理表示由集线器在电缆系统或资产的不同位置处所感测的条件的数据，以监测资产状况并由此表征资产行为。中央服务器还将从终端724和/或终端724’处接收的操作指令翻译或转换为与集线器兼容的形式、格式和语言（例如机器语言）。作为一个实施例，中央服务器包括控制器732（其功能更具体地在图7C的流程图中示出）、接口734、存储器736、接口742、档案库744、图形界面746、用户接口748、集线器调制解调器752以及用户调制解调器754。

集线器调制解调器752适于接收由集线器704、704’以及704”传输的数据，并经由低功率广域网通信将指令从接口742传输到这些集线器。如上所述，集线器用这些指令来建立采样频率、采样间隔以及传输频率中的一个或多个，以获取和传输传感器信号样本。

控制器732处理表示资产监测参数的数据。当资产按预期操作时，控制器732经由接口742和集线器调制解调器752向集线器发送指令，以继续在各自的“看门狗”模式下操作。然而，如果确定资产正在以不同于预期或正常行为的方式操作，则由翻译器749将采用例如由技术人员在终端处使用的“语言”、来自终端724或724’的指令译为与集线器兼容的机器语言。要将指令发送到的特定集线器的地址，如集线器的IP地址，通过索引751附加到指令中或作为指令的一部分；该索引751将集线器的标识（如由终端724或724’处的技术人员所提供的）转换为集线器地址（例如，IP地址）。如上所述，这些指令被发送到寻址集线器，调整该集线器的传输频率、采样间隔和/或采样频率。因此，将数据根据需要频繁或不太频繁地发送到中央服务器进行分析。

用户调制解调器754适于经由诸如蜂窝网络的网络与终端724和724’通信。经由网络将来自中央服务器的信息发送到这些终端，从而允许终端处的技术人员或资产管理者观察正在被监测的资产行为。终端724、724’配备有根据集线器所提供的数据的信息。控制器732通过接口734将由集线器调制解调器752接收的、转换成与终端724、724’兼容的语言的数据提供给档案库744，并在档案库744将数据与传输数据的集线器的地址或标识一起存储。存档数据由驱动器740与对应的集线器相关联，并且被图形界面746使用以生成在终端处显示为主控面板的图形表示，这使得资产管理者能够理解资产的行为。资产管理者可以基于发送到终端724和724’的信息来指示补救或其他动作。

有利的是，中央服务器720包括两个不同的通信路径：一个路径用于与远程集线器通信并且接收表示正被监测的资产参数的数据；另一个路径与管理或系统用户终端724和724’通信，以向资产管理者提供足以表征资产操作的信息。如图7B所示，每个管理终端包括用于与中央服务器720、用户接口728和728’以及显示器730和730’通信的网络接口726和726’。显示器730和730’显示来自中央服务器的信息，资产管理者可以经由接口728和728’访问显示器以及在显示器上显示的信息。所显示信息的一个示例是所谓的“箱线”显示器，通过该显示器，资产管理者可以观察资产的行为。

每个管理终端可以是工作站、计算机终端、平板电脑、智能手机、个人数字助理等。网络接口726和726’可以经由硬线连接到中央服务器720。可选地，网络接口为无线连接，如蜂窝连接。

图7C是表示中央服务器的控制器732的相关操作的流程图。中央服务器的目的是提供人/机接口，从而经由通信网络122向本地集线器发送操作指令，并经由通信网络从集线器接收信息和数据。控制器用于从传输自集线器的数据包中提取各个数据包，将所接收的数据包中的原始数据转换为有意义的工程值，并将数据保存到经分配的资产可识别文件，随后可在该可识别文件中检索、分析和标记该数据，以供技术人员随后在终端724和724’处审查。

参照图7C的流程图，如步骤760所示，一个（或多个）技术人员从例如终端724处输入：与每个集线器的物理和电子地址有关的集线器信息；用于将资产识别为例如电缆、管道等的资产标识符；需要监测的参数（如温度、湿度、电压、电流等）；以及用于将由传感器测量的原始数据转换为有用的工程单位的方程和算法。为了确保安全性和授权，使用密码或限制授权人员对服务器的控制访问的其他安全方法来输入技术人员的信息。类似地，授权人员输入指令，该指令用于设置远程监测集线器的操作模式、采样间隔、采样频率以及传输频率，将该指令自动翻译为在形式、格式和语言上与集线器兼容的机器指令；以及输入地址，在步骤762，该地址识别指令发送目的地的相应集线器，并在步骤776将指令发送到集线器。

在步骤764处接收来自集线器的一个（或多个）数据包，并且在步骤766中处，识别发送数据包的集线器并将其添加或标记到该数据包。在步骤768中处，对所接收的数据包内的样本数据进行提取并分离为组成部分；该组成部分包括在与集线器704本身有关的检查井和环境条件内的所有资产所共有的环境信息，以及表示由特定集线器监测的传感器信号的另一部分。将所提取的环境信息（如本地温度、电池寿命、上一次从集线器传输的时间等）放置在文件中，并在步骤770处中进行存储；步骤770对于附接到集线器的所有传感器是通用的。在步骤774中处保存经过标记的样本数据，其存储特定于被测量的资产和参数的文件。例如，来自同一传感器的样本数据被存储在与该传感器相关联的文件中。如步骤778所示，以此方式的分区保留原始数据以供将来分析，而与缩放和校准因子无关，该缩放和校准因子可以在将数据转换为有意义的工程单位之后应用。经过步骤778的转换后的数据被加盖时间戳，并保存到780的工程数据文件或数据库中，以用于历史趋势、分析以及警报通知。所有系统用户都可以通过计算机、平板电脑、智能手机等使用合适软件访问这些数据。保存样本数据之后，在步骤776中，发送对集线器的操作指令。根据已经提取的样本数据，可以修改这些指令。在从集线器断开连接之前，基于在步骤762从技术人员处接收的调度更新，中央服务器发送更新后的操作指令776。

在步骤781中，将经过步骤778的转换后的数据与在步骤780保存的先前保存数据进行比较，以生成警戒、警报等。该比较可以基于绝对值、百分比变化以及基于每日、每周或每月的统计移位，或者基于可以从更新的数据库780获取的变化率信息。用于比较的标准可以如结合图6所描述的，由终端724和724’处的操作工程师或技术人员分配，并且可以由调制解调器754上传。查询786询问该比较是否需要在例如终端724处将消息或通知发送给技术人员。如果对查询786的回答是肯定的，则在步骤782中经由调制解调器754向技术人员发送消息或通知。消息可以经由一个或多个路径726发送给系统操作者。

有利的是，例如终端724处的技术人员可以访问安装在其他位置的资产上的其他集线器接收的数据。因此，资产的特征行为以及来自中央服务器的消息或警报的标准可以基于对来自一个集线器或一组传感器的传感器信号与沿着路线的其他位置的传感器的比较，或者基于对来自同一集线器的传感器信号与来自在不同位置被监测的设备的传感器信号的比较。应当理解，对沿着资产路线从其他集线器接收的数据的访问，资产的特征行为以及来自中央服务器的消息、警戒或警报的标准可以基于来自不同传感器的数据的比较或分析。

作为一个示例，阴极保护（cathodic protection，CP）管道土壤电势以及沿着管道线的阴极保护电流测量可以是表示管道的特征行为的传感器信号。阴极保护系统通常可以通过基于若干传感器的位置而非与单个传感器相关联的参数值如何改变所测量的参数值（电势或电流）来更好地进行表征。另一示例包括监测电缆的三相中的每一相的电缆屏蔽电压和电流。电压和电流传感器可以连接到接线盒中三个电缆相位中的每一相的电缆屏蔽层，接线盒沿着电缆路线安装在人孔中的连接箱中连接到三个电缆相位中的每一相的电缆屏蔽器可以在所有三相传感器之间单独比较地监控电压和电流传感器。还可以在中央服务器处将传感器信号与其他集线器位置处的以类似方式安装的传感器进行比较。该监测方法用于以如下方式表征电缆（或监测的资产）的行为，该方式将识别有必要检查的异常操作条件，并且有助于策略性维护操作而不是定期维护操作。

在又一实施例中，类似于上文结合图6所描述的自适应监测的监测可并入图7C的流程图中。在此，增加或减少采样间隔、采样频率以及传输频率的触发点将基于来自不同集线器的参数或传感器信号的比较。因此，可以通过比较来自类似设备的数据来确定指示一些资产操作的异常操作的微小行为变化，并且可以在故障之前开始更积极的采样模式。

图8示出了表示集线器104操作的流程图，并且具体示出了集线器中的控制器110的操作，这里称为事件监测器。在该模式中，控制器连续监测传感器信号，但不传输传感器数据，除非满足一预设条件或一组条件的事件触发控制器以执行用户定义的数据记录传输协议。事件监测器模式可以由来自中央服务器的指令调用，例如由管理终端124处的技术人员确定。附加地或可选地，可以在集线器控制器中对事件模式监测模式进行预编程，并响应于特定条件来调用。在下面描述的事件监测器模式中，获取数量N的传感器信号样本并将其存储在合适的寄存器中，其中N由技术人员确定。当存储样本的数量超过预定阈值时，例如，当存储样本的数量超过N/2时，清除寄存器并存储新获取的样本。优选地，寄存器一次清除一个样本，寄存器中最旧的样本被删除，从而为下一个新获取的样本留出空间。存储在寄存器中的样本不需要处理，以传输到中央服务器，直到发生如下所述的“事件”为止。因此，寄存器经历循环周期，存储最近的N个样本，直到“事件”发生为止。

参考流程图，事件监测器模式在步骤800由设置N值的技术人员建立，技术人员还设置用于“事件”的标准。在步骤801，计数器被重置为计数n＝0。在步骤802处获取样本；查询804确定计数n是否已经达到N，即查询804询问是否n＝N。如果对该查询的回答是否定的，n ≠ N，则将所获取的样本存储在，例如，存储器112（或存储器212）中，如步骤806所示。然而，如果对查询804的回答是肯定的，n＝N，则删除存储在寄存器中的最早样本，如步骤808所示，从而为已经获取的最新样本留出空间；存储该最新样本，如步骤806所示。该过程通过该回路802、804、806以及808而循环，直到“事件”发生。

如果所获取的样本满足或超过由技术人员建立的标准，则“事件”发生。该标准的实例包括但不限于：所获取的样本的值是否超过预定阈值、所获取的样本的值是否小于预设水平、所获取的样本的值是否在预定限制之外、所获取的样本与前一个样本的差异是否超过预定量、所获取的样本的值是否不同于样本历史、所获取的样本是否偏离历史样本值、所获取的样本是否以大于预定速率的速率变化等等。如步骤810所示，在所获取的样本和所建立的标准之间进行比较812。如果所获取的样本不超过所建立的标准，则存储样本（步骤806），并且该过程继续通过回路802、804、806以及808而循环。然而，如果所获取的样本超过所建立的标准，则对查询814的回答是肯定的，指示“事件”已经发生，并且查询816查询所存储的样本N的数量是否大于0（N

0）。如果这是获取的第一样本，则在步骤818中对查询816的回答是否定的，且计数器的计数N被设置为1（n = 1）。随后，该过程返回到步骤802并获取下一个样本。

然而，如果所获取的样本不是第一样本，即N

0，则对查询816的回答是肯定的，过程进行到查询820，以确定所存储样本的数量n是否为n＝N/2。如果对查询820的回答是否定的，则在步骤822中，所存储的样本的计数n递增1（n＝n+1）；该过程返回到步骤802以获取下一个样本。然而，如果对查询820的回答是肯定的（n＝N/2），则过程进行到步骤824，集线器向中央服务器传输已经存储在存储器112（或存储器212）中的所有样本。因此，传输到中央服务器的文件的一半包含预触发记录，另一半包含发布触发后记录。由此，技术人员能够识别引导和跟踪事件的预览和后览条件。可以预设其他条件来传输事件前采样数据和事件后采样数据。

优选地，当存储在存储器中的样本被传输到中央服务器时，不清除存储器112（或存储器212）。依此方式，通过在n＝N/2时传输所存储的样本，所存储的样本的一半为先前已获取的那些样本，即，所存储样本中“最旧的”，且所存储样本的一半为新获取的。

在步骤826中将所存储样本的数目的计数n重置为n＝0；且该过程返回到步骤802以获取下一样本。因此，如果发生如上所述的事件，则传输所存储的样本。

在事件监视器的另一个实施例中，当事件发生时，例如，当对查询814的回答是肯定的，则触发警报。例如，如果由传感器中的一个所监测的温度超过阈值，或者如果由传感器中的另一个所监测的电缆室中的水位超过预定水平，或者如果传感器中的另一个所监测的压力超过预设阈值，则触发警报。警报触发事件的其他示例对于本领域技术人员将是显而易见的。

虽然已经参考本发明的优选实施例具体示出和描述了本发明，但对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节上进行各种改变和修改。例如，且如上所述，与本文描述的集线器中的收发器相连接的天线可以设置在集线器中、集线器外部但位于集线器所在的电缆室中，或者位于集线器外部但在地面以下，如图7A所示。作为另一实例，如图7A中所示，参考图1和图2所描述的采样器可包含采样保持以及模拟数字电路。作为另一示例，尽管在图1和图7A中示出了两个管理终端，但是应理解的是，可以提供更多或更少的管理终端。此外，一些管理终端中的可能受限于其向集线器传达指令以建立或改变上述采样和传输频率的能力。根据需要，可以将这样的指令传输到所选择的集线器。另外，应当理解，上述采样间隔、休眠间隔、传输间隔、采样频率以及传输频率的数值示例并不旨在将本发明仅限制于这些数值示例。

因此，所附权利要求意在阐释为包括前述以及各种其他变化和修改。

Claims (29)

1.一种用于监测地下电缆系统的参数的远程监测系统，包括：

分布式参数检测器，其被配置为提供表示地下电缆系统的各个监测变量参数的电信号；以及

地下集线器，其耦合到所述参数检测器，并被设置为收集由所述参数检测器提供的所述信号，所述地下集线器包括：

控制器，所述控制器用于提供表示所述各个监测参数的不同值的数据，所述数据导出自所收集的信号；以及

收发器，所述收发器用于经由低功率广域网通信将所述数据传送到中央位置并且用于经由低功率广域网通信从所述中央位置接收用于控制所述控制器的指令，

其中，所述控制器被编程为通过在具有可控持续时间的采样间隔期间以可变采样频率对信号进行采样来处理由参数检测器提供的信号，并且在具有可控持续时间的传输间隔内以可控可变的传输频率将样本传输到中央位置。

2.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，连续传输间隔被休眠间隔隔开，使得所述控制器被唤醒，从而以在主动操作模式期间传输所述样本，随后返回到休眠模式。

3.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述采样间隔和所述采样频率中的至少一个由从所述中央位置接收的所述指令来建立。

4.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述传输频率或所述传输间隔中的至少一个由从所述中央位置接收的所述指令来确定。

5.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器包括处理器，所述处理器被编程为基于由所述参数检测器提供的所述信号来确定所述地下电缆系统的特定操作条件，并根据所确定的操作条件来建立所述采样间隔和所述采样频率中的至少一个。

6.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器包括处理器，所述处理器被编程为基于由所述参数检测器提供的所述信号来确定所述地下电缆系统的特定操作条件，并根据所确定的操作条件来建立所述传输间隔或所述传输频率中的至少一个。

7.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器通常可在第一操作模式下操作，以在第一传输频率下传输所述样本，且可在第二操作模式下操作，以在第二传输频率下传输所述样本，所述第一传输频率比所述第二传输频率小。

8.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器通常可在第一操作模式下操作，以在第一采样频率下对所述信号进行采样，且可在第二操作模式下操作，以在第二采样频率下对所述信号进行采样，所述第一采样频率小于所述第二采样频率。

9.根据权利要求7所述的远程监测系统，其中，从所述中央位置接收的所述指令确定所述控制器的操作模式。

10.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器被编程为确定统计导出值集合，所述统计导出值集合表示在一个采样间隔内获取的样本值，并且使得所确定的值集合在所述传输间隔期间被传输到所述中央位置。

11.根据权利要求10所述的远程监测系统，其中，所述所确定的值集合是表示所选样本数量的值，所述样本数量小于在采样间隔内获取的样本数量。

12.根据权利要求10所述的远程监测系统，其中，所述控制器被编程为将所述样本值由最低样本值到最高样本值重新排序；其中，所确定的值集合是在所述采样间隔期间获得的最小样本值、在所述采样间隔期间获得的最大样本值、在所述采样间隔期间获得的中位值样本值以及对应于所述重新排序的采样值的第二十五百分位数和第七十五百分位数的样本值。

13.根据权利要求7所述的远程监测系统，其中，如果传输到所述中央位置的所述数据随时间改变的量不大于预定阈值，则所述控制器切换到所述第一操作模式。

14.根据权利要求7所述的远程监测系统，其中，如果传输到中心位置的数据以小于预定阈值的变化率变化，则所述控制器切换到所述第一操作模式。

15.根据权利要求9所述的远程监测系统，其中，所述控制器的操作响应于从所述中央位置接收的所述指令，选择性地调整所述采样间隔、采样频率、传输间隔以及传输频率中的至少一个。

16.根据权利要求15所述的远程监测系统，其中，所述中央位置包括数据处理器，所述数据处理器处理从所述地下集线器传输的所述样本，以确定所述地下电缆系统的操作条件。

17.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述地下集线器安装在人孔室中。

18.根据权利要求17所述的远程监测系统，其中，所述地下集线器包括人孔室内的天线，用于经由低功率广域网通信传输所述数据，且用于经由低功率广域网通信接收从所述中央位置传输的所述指令。

19.根据权利要求17所述的远程监测系统，还包括：与地下集线器分离的天线，用于在中央位置和地下集线器之间提供通信线路。

20.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述控制器包括存储装置，所述存储装置用于存储启动指令，以在恢复模式下操作所述控制器，在所述地下集线器的电力中断且随后恢复的情况下或者在所述地下集线器与所述中央位置之间的通信中断且随后重建的情况下，与所述中央位置建立通信。

21.根据权利要求20所述的远程监测系统，其中，所述控制器响应于从所述中央位置传输的指令，当所述地下集线器恢复电力时或者当所述地下集线器与所述中央位置之间的通信重建时，以采样间隔和由所述指令确定的采样频率对由所述参数检测器提供的所述信号进行采样，并且以所述指令确定的传输间隔和传输频率来传输所述样本。

22.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述地下集线器包括用于存储由所述控制器提供的数据的存储器；其中，所述中央位置包括用于存储和处理从所述地下集线器传输的所述数据的数据处理器；其中，所述控制器的操作将存储在所述地下集线器的所述存储器中的数据与传输到所述中央位置的所述数据进行比较，并且当二者存在差异时，将先前尚未传输的数据传输到所述中央位置。

23.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中所述地下电缆系统为电力传输电缆。

24.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述地下电缆系统为石油管道。

25.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述地下电缆系统为气体管道。

26.根据权利要求1所述的远程监测系统，还包括：电池，用于向所述地下集线器提供电力。

27.根据权利要求1所述的远程监测系统，还包括：采集装置，用于从所述地下电缆系统获得电力并将所导出的电力供给到所述地下集线器。

28.根据权利要求1所述的远程监测系统，其中，所述集线器包括存储装置，用于存储从所收集的信号中导出的数据，且用于在所收集的信号达到或超过预定标准时将所存储的数据中的至少一些传输到所述中央位置。

29.根据权利要求28所述的远程监测系统，其中，当所述所收集的信号未达到或未超过所述预定标准时，所述存储器用新数据替换旧的存储数据。

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