CN113957929B - 一种市政管网智能井盖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种市政管网智能井盖，包括井盖(9)、数据处理单元(1)和传感器单元(2)；传感器单元(2)设置在井盖(9)的下方，用于检测井盖状态或井下状态；数据处理单元(1)用于接收传感器单元(2)采集的数据并对数据进行处理。本发明提供的市政管网智能井盖，运用传感技术、地理信息技术、计算机网络技术、自动化控制技术及其他无线通信技术等物联网相关技术，建立了一套将市政污水管网井盖及井下作业环境的监测管理和事件处置网络化、精细化的井盖综合智能管理解决方案。

Description

一种市政管网智能井盖

技术领域

本发明涉及水污染防控技术领域，具体涉及一种市政管网智能井盖。

背景技术

井盖，用于遮盖道路或家中深井，防止人或者物体坠落。按材质可分为金属井盖、高强度纤维水泥混凝土井盖、树脂井盖等。一般采用圆形，可用于绿化带、人行道、机动车道、码头、小巷等。

由于道路建设情况复杂多样，井盖的维护保养均以人力巡视为主，且在极端天气下人力维护成本高，因此随着大数据时代的到来，全国各地响应建设智慧城市的政策，结合城市综合管廊和电力廊道的特点及需求，在减少道路行人安全隐患的同时，需求增强雨天城市排水的辅助作用，并且维持其长期合理利用的潜在价值。

由于上述原因，本发明人运用传感技术、地理信息技术、计算机网络技术、自动化控制技术及其他无线通信技术等物联网相关技术，设计出一种市政管网智能井盖。实现了对井盖及井下作业环境的追溯监管，可以远程统一管理、监测、全面了解智能井盖运行情况，在维护安全的同时也提高了责任单位的职能水平，降低了管理成本。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种市政管网智能井盖，所述市政管网智能井盖包括井盖9、数据处理单元1和传感器单元2；

所述传感器单元2设置在井盖9的下方，用于检测井盖状态或井下状态；

所述数据处理单元1用于接收传感器单元2采集的数据并对数据进行处理。

在一个优选的实施方式中，所述数据处理单元1设置在井盖9内部。

在一个优选的实施方式中，所述传感器单元2包括第一层传感器单元21，第一层传感器单元21固定在井盖9内部或下表面，包括音频采集模块。

在一个优选的实施方式中，所述传感器单元2包括第二层传感器单元22，第二层传感器单元22位于井盖9的下方，包括气体采集模块，

在第二层传感器单元22下方具有能够漂浮于水面的浮漂载体25，使得第二层传感器单元22始终浮于水体表面；

第二层传感器单元22通过伸缩管41与井盖9连接，所述伸缩管41为任意一种能够实现伸缩结构的管材，第二层传感器单元22的信号传输线置于伸缩管41内部与数据处理单元1电连接。

在一个优选的实施方式中，所述气体采集模块包括CO₂采集模块、CH₄采集模块和H₂S采集模块中的一种或多种。

在一个优选的实施方式中，所述浮漂载体25通过弹簧251与井盖9连接。

在一个优选的实施方式中，所述传感器单元2包括第三层传感器单元23，第三层传感器单元23位于第二层传感器单元22的下方，包括液位采集模块、污泥浓度采集模块和/或流量采集模块；

所述液位采集模块为可以采集井下水位液位信息的传感器或液位计，优选为投入式液位计；

所述污泥浓度采集模块为可以采集污泥浓度的传感器；

所述流量采集模块为可以检测井下水体的流速及流量变化的传感器。

在一个优选的实施方式中，所述第三层传感器单元23通过伸缩管41与数据处理单元1或井盖9连接。

在一个优选的实施方式中，在伸缩管41的外侧设置有弹性部件42，弹性部件42的两端分别与第三层传感器单元23、井盖9连接。

在一个优选的实施方式中，在井盖9的下端设置有井盖外壳3，所述井盖外壳3为中空的网状结构，套装在数据处理单元1和传感器单元2的外侧，用于保护数据处理单元1和传感器单元2。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明提供的一种市政管网智能井盖，运用传感技术、地理信息技术、计算机网络技术、自动化控制技术及其他无线通信技术等物联网相关技术，建立一套将市政污水管网井盖及井下作业环境的监测管理和事件处置网络化、精细化的井盖综合智能管理解决方案；

(2)根据本发明提供的一种市政管网智能井盖，实现了智能井盖的远程管理、监测，从而全面了解智能井盖运行情况；

(3)根据本发明提供的一种市政管网智能井盖，在维护安全的同时也提高了责任单位的职能水平，降低了管理成本。

附图说明

图1示出本发明一种市政管网智能井盖的整体结构示意图；

图2示出本发明一种市政管网智能井盖中第三层传感器单元连接结构示意图；

图3示出本发明一种市政管网智能井盖中第三层传感器单元连接示意图；

图4示出本发明一种市政管网智能井盖中浮漂载体的整体结构示意图；

图5示出本发明一种市政管网智能井盖中浮漂载体的剖面结构示意图；

图6示出本发明一种市政管网智能井盖的滑槽结构示意图；

图7示出本发明一种市政管网智能井盖的井盖剖面结构示意图。

附图标号说明：

1-数据处理单元

2-传感器单元

21-第一层传感器单元

22-第二层传感器单元

23-第三层传感器单元

25-浮漂载体

251-弹簧

3-井盖外壳

41-伸缩管

411-自动卷线器

42-弹性部件

9-井盖

91-滑槽

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的一种市政管网智能井盖，所述市政管网智能井盖包括井盖9、数据处理单元1和传感器单元2；

所述传感器单元2设置在井盖9的下方，用于检测井盖状态或井下状态；

所述数据处理单元1用于向传感器单元2输出控制指令，接收传感器单元2采集的数据并对数据进行处理；

在一个优选的实施方式中，所述数据处理单元1设置在井盖9的内部，更优选地，所述井盖9下端具有凸出的空腔，所述数据处理单元1设置与空腔中，以保护数据处理单元1，如图1所示。

根据本申请一个优选的实施方式，所述数据处理单元1采用X86数据采集板，其中数据处理方法采用边缘计算方法，数据传输采用无线通讯，将处理的数据传输到数据服务器基站；

优选地，所述数据传输采用USR-G780无线通讯模块。

所述传感器单元2包括第一层传感器单元21，所述第一层传感器单元21固定在井盖9内部或下表面。

进一步地，所述第一层传感器单元21包括音频采集模块，用于对井下的噪声进行收集，进而判断井下的水流情况。

在一个优选的实施方式中，所述第一层传感器单元21还包括定位模块，

所述定位模块用于对井盖进行精准定位，实时追踪井盖的地理位置，防止井盖丢失被窃。

根据本申请一种优选的实施方式，所述定位模块采用GPS定位系统，可精准定位出发生特殊情况的井盖，在保证准确度的情况下，可以有效节约成本。

在一个优选的实施方式中，所述第一层传感器单元21还包括震动模块，所述震动模块用于检测井盖是否有翘起或凹陷等纵向移位，当存在翘起或凹陷，汽车倾轧或人体踩踏时会出现较大振动值。

根据本发明，所述音频采集模块可以选择任意一种已知具有收音功能的传感器，例如长飞DS-005等，所述震动模块可以选择任一款振动传感器，例如机械振动传感器，所述定位模块优选为GPS定位器。

根据本申请一种优选的实施方式，所述第一层传感器单元21固定于井盖9下表面，由于音频采集模块是为了收集井下的噪声，若设置于井盖9内，其离井盖上表面过近，路面噪声过大，影响井下噪声的收集，导致无法准确判断出井下水流的具体状况；而振动模块是为了更加精确地追踪井盖的位置变化，若与井盖距离较远，降低了振动检测精度降低，第一层传感器单元21设置于井盖下表面，能够获得较好的检测精度。

所述传感器单元2包括第二层传感器单元22，第二层传感器单元22位于井盖9的下方，优选位于第一层传感器单元21下方。根据本申请进一步优选的实施方式，所述第二层传感器单元22设置在水面上侧但不与水体接触，

所述第二层传感器单元22包括气体采集模块，根据本申请一种优选的实施方式，所述气体采集模块包括CO₂采集模块、CH₄采集模块和H₂S采集模块中的一种或多种，分别用于采集CO₂气体、CH₄气体和H₂S气体的浓度信息，以保证井下作业的安全。

主要由于市政污水处理井中，容易产生CO₂、CH₄和H₂S三种有害气体，虽然也有其它气体的存在，但是含量较低，为了节约成本，常规情况下无需设置检测模块，若其它气体含量达到一定水平，对井下的日常使用造成影响，也可以加入其它气体的检测模块以便进行实时检测。

进一步地，在本发明中，对CO₂采集模块、CH₄采集模块和H₂S采集模块的型号不做特别限定，例如CO₂采集模块可以选自量程在0-5000PPM，工作温度为-40-70℃范围内的传感器；CH₄采集模块可以选自其量程在0-100％LEL，工作温度为-40-70℃内的传感器；H₂S采集模块可以选自量程在0-100PPM，工作温度为-40-70℃范围内的传感器。

进一步地，由于第二层传感器单元22所检测的指标均为水体易挥发气体检测指标，靠近水面监测才竖直准确率更高，传感器远离水面或浸入水面均会影响检测精准度，而井下水面液位处于浮动状态，如何保证第二层传感器单元22的检测精度是本发明的难点所在。

在一个优选的实施方式中，在第二层传感器单元22下方具有能够漂浮于水面的浮漂载体25，如图1所示，使得第二层传感器单元22始终浮于水体表面，进而保证检测准确性。并且，浮漂载体25可以有效阻挡水体由于流速过大等原因溅起的污水进入到第二层传感器单元22内部，对于第二层传感器单元22可以起到有效的防护作用。

进一步地，第二层传感器单元22通过伸缩管41与井盖9连接，第二层传感器单元22的信号传输线置于伸缩管41内部与数据处理单元1电连接。

优选地，所述伸缩管41具有多个，不同传感器的信号传输线位于不同的伸缩管中。

所述伸缩管41为任意一种能够实现伸缩结构的管材，例如伸缩节结构、波纹管结构、套管结构等管材结构，用于保护内部线路。其不仅保证了信号传输线的安全，同时，还保证了第二层传感器为多个时，多个传感器信号数据线之间不会相互缠绕造成信号线损坏等情况。

在一个优选的实施方式中，所述浮漂载体25的环形漂浮物，如图4所示，相对于多边形的漂浮载体，环形载体不易钩挂、粘连垃圾，有利于保证漂浮载体的稳定性。

在一个更优选的试试方式中，所述浮漂载体25下端截面呈倒三角型，如图5所示；下端的倒三角型可以有效防止浮漂载体25遇到较大水流时造成侧翻，可以保持良好的稳定性。

根据本发明一个优选的实施方式，所述浮漂载体25通过弹簧251与井盖9连接，如图1所示，通过弹簧控制浮漂载体25的移动范围，优选地，多个弹簧251均匀分布在浮漂载体25周向上，以保证浮漂载体25不会发生侧翻。

在一个优选的实施方式中，所述浮漂载体25上设置有拉环，以方便其与弹簧251进行固定连接。

在本发明中，对浮漂载体25的材质和内部构造不做特别限定，只要其上安装第二层传感器单元22后整体密度小于水的密度，保证能够漂浮即可，优选地，通过调整浮漂载体25的密度，使得浮漂载体25的上表面距离水体液位上表面1-30cm处，使得第二层传感器单元22不长期浸湿水中。

根据本申请，所述第二层传感器单元22与浮漂载体25间为固定连接，对固定连接的具体方式不做特别限定，优选为可拆卸的固定连接方式，例如螺栓固定，以便后续便于维修及更换，增加装置的使用寿命。

所述传感器单元2还包括第三层传感器单元23，用于采集水体内部的指标参数，进一步地，第三层传感器单元23位于第二层传感器单元22的下方，浸入至井内水体中，所述第三层传感器单元23包括液位采集模块、污泥浓度采集模块和/或流量采集模块；

所述液位采集模块为可以采集井下水位液位信息的传感器或液位计，优选为投入式液位计；

所述污泥浓度采集模块为可以采集污泥浓度的传感器，例如污泥浓度计或浊度计；

所述流量采集模块为可以检测井下水体的流速及流量变化的传感器，例如涡轮流量计。

在一个优选的实施方式中，所述第三层传感器单元23还包括吸光度采集模块、氨氮采集模块和COD/BOD采集模块中的一种或多种，

所述吸光度采集模块用于检测水体的吸光度值，进而判断水体浑浊程度，可采用任意一种具有上述功能的传感器，例如Endress光度计；

所述氨氮采集模块用于检测水中的氨氮含量情况，例如盈傲YA-N100传感器；

COD为化学需氧量，是水中具有还原性的物质消耗掉的氧含量的指标，BOD为生物需氧量的指标，所述COD/BOD采集模块为用于检测上述两种指标的传感器，例如LISA水质传感器。

进一步地，所述第三层传感器单元23通过伸缩管41与数据处理单元1或井盖9连接，传感器的信号传输线位于伸缩管41中，

优选地，所述伸缩管41具有多个，不同传感器的信号传输线位于不同的伸缩管中。

在一个优选的实施方式中，在伸缩管41的外侧设置有弹性部件42，弹性部件42的两端分别与第三层传感器单元23、井盖9连接，如图2、3所示。

所述弹性部件42为任意一种能够实现弹性连接的部件，例如弹簧、弹力绳等。

在一个优选的实施方式中，所述弹性部件42为弹簧，通过弹性部件42承载传感器的自重，并在传感器受到水流冲击时起到缓冲作用，避免传感器信号传输线断裂、不同传感器相互碰撞。

进一步地，弹性部件42还使得不同传感器信号传输线不会相互缠绕，保证了传感器的使用寿命。

在一个优选的实施方式中，在伸缩管41顶端还设置有自动卷线器411，所述传感器信号线部分缠绕在自动卷线器411上，当伸缩管41拉伸时，自动卷线器411向外放出信号线；当伸缩管41收缩时，自动卷线器411收回部分信号线，使得信号线在伸缩管内不会自缠绕。

进一步地，在本发明中，对自动卷线器411的结构不做特别限定，例如由发条卷簧为轴心的自动卷线器。

根据本发明，所述弹性部件42穿过浮漂载体25中央，使得第三层传感器单元23能够置于第二层传感器单元22下方。

在井盖9的下端设置有井盖外壳3，所述井盖外壳3为中空的网状结构，套装在数据处理单元1和传感器单元2的外侧，用于保护数据处理单元1和传感器单元2，阻挡垃圾等撞击、包覆传感器单元。

在一个优选的实施方式中，所述井盖外壳3为中空的圆柱体结构，其上端具有滑块，在井盖9的下表面或侧面设置有环形的滑槽91，如图6、7所示，所述滑块置于滑槽91中，使得井盖外壳3能够相对井盖9自由旋转，当垃圾被井盖外壳3拦截，受水流冲击作用，会贴附在井盖外壳3被冲击面，此时，井盖外壳3受到水流冲击力会产生不均衡，从而发生井盖外壳3的自旋，将贴附的垃圾冲走。

根据本申请一种优选的实施方式，所述井盖外壳3的网孔大小为1-15mm，若网孔过大，则无法有效拦截污水中的大体积垃圾，在水流作用下会对传感器单元2造成损伤；若网孔过小，容易发生堵塞，会造成传感器单元2对于水流及流速等多个指标的检测出现误差，无法准确判断出井下水流的情况。

进一步地，所述的井盖外壳3的材质和样式可依据具体需求定制，优选为金属网状结构并刷涂防腐材料，以保证在水下长时间浸泡过程中腐蚀程度低，有效使用时间长。

在一个优选的实施方式中，所述浮漂载体25的直径略小于井盖外壳3的直径，可以有效避免浮漂载体25外侧与井盖外壳3相互摩擦。

根据本申请，所述数据处理单元1与市政供电连接，优选地，所述数据处理单元1具有内置电源。

在紧急断电情况下，内置电源作为备用被激活，可以短时间维持数据处理单元1和传感器单元2的正常运动。在非紧急情况下，优先采取市政供电，可以长时间维持数据处理单元1和传感器单元2的正常运作，且无需携带大容量的电源，大大降低成本。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种市政管网智能井盖，其特征在于，

所述市政管网智能井盖包括井盖(9)、数据处理单元(1)和传感器单元(2)；

所述传感器单元(2)设置在井盖(9)的下方，用于检测井盖状态或井下状态；

所述数据处理单元(1)用于接收传感器单元(2)采集的数据并对数据进行处理；

所述传感器单元(2)包括第一层传感器单元(21)，第一层传感器单元(21)固定在井盖(9)内部或下表面，包括震动模块，所述震动模块用于检测井盖是否有翘起或凹陷等纵向移位；

所述传感器单元(2)包括第二层传感器单元(22)，第二层传感器单元(22)位于井盖(9)的下方，

在第二层传感器单元(22)下方具有能够漂浮于水面的浮漂载体(25)，使得第二层传感器单元(22)始终浮于水体表面；

所述浮漂载体(25)为环形漂浮物，浮漂载体(25)下端截面呈倒三角型，

第二层传感器单元(22)通过伸缩管(41)与井盖(9)连接，所述伸缩管(41)为任意一种能够实现伸缩结构的管材，第二层传感器单元(22)的信号传输线置于伸缩管(41)内部与数据处理单元(1)电连接；

所述第二层传感器单元(22)包括气体采集模块，所述气体采集模块包括CO₂采集模块、CH₄采集模块和H₂S采集模块中的一种或多种；

所述浮漂载体(25)通过弹簧(251)与井盖(9)连接；

所述传感器单元(2)包括第三层传感器单元(23)，第三层传感器单元(23)位于第二层传感器单元(22)的下方，包括液位采集模块、污泥浓度采集模块和/或流量采集模块；

所述液位采集模块为可以采集井下水位液位信息的传感器或投入式液位计；

所述污泥浓度采集模块为可以采集污泥浓度的传感器；

所述流量采集模块为可以检测井下水体的流速及流量变化的传感器；

所述第三层传感器单元(23)通过伸缩管(41)与数据处理单元(1)或井盖(9)连接；

在伸缩管(41)的外侧设置有弹性部件(42)，弹性部件(42)的两端分别与第三层传感器单元(23)、井盖(9)连接；

在井盖(9)的下端设置有井盖外壳(3)，所述井盖外壳(3)为中空的网状结构，套装在数据处理单元(1)和传感器单元(2)的外侧，用于保护数据处理单元(1)和传感器单元(2)；

所述井盖外壳(3)为中空的圆柱体结构，其上端具有滑块，在井盖(9)的下表面或侧面设置有环形的滑槽(91)，所述滑块置于滑槽(91)中，使得井盖外壳(3)能够相对井盖(9)自由旋转。

2.根据权利要求1所述的市政管网智能井盖，其特征在于，

所述数据处理单元(1)设置在井盖(9)内部。

3.根据权利要求1所述的市政管网智能井盖，其特征在于，

第一层传感器单元(21)包括音频采集模块。

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