CN203849605U - 一种智慧管网 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智慧管网，该智慧管网包括：用于检测地下管网不同监测点的环境数据的检测机构；连接于所述检测机构且用于对所述环境数据进行汇集、处理及发送的传送机构；连接于所述传送机构且用于接收所述传送机构所输出的环境数据，并对所述环境数据进行管理和存储的服务器；连接于所述服务器，且用于显示所述服务器所存储的环境数据的应用终端；所述检测机构通过设置在地下管网的管道与地表之间的固定装置可拆卸固定。实施本实用新型的技术方案，方便监控和管理。

Description

一种智慧管网

技术领域

本实用新型涉及管网监测领域，尤其涉及一种智慧管网。

背景技术

城市管网是城市基础设施的重要组成部分，它们担负着传送信息、能量或输送介质的工作，是城市赖以生存和发展的物质基础，被称为城市的“生命线”。另一方面，国民经济的发展对信息系统早已提出了更高的要求，互联网已渐渐成为人们日常生活的信息载体和平台，无线技术的运用也使移动计算变得日益成熟和普及，并广泛参与到社会的运行和人们的各种活动中。

近年来中国各大城市相续出现了大规模的城市内涝问题，问题主要出现在城市管网建设的规划方面以及管网监控管理方面严重滞后。随着国家提出“智慧城市”发展战略依赖，国务院也提出来“5年解决雨污分流、10年解决城市内涝”的要求，因此，市场呼唤出现一种方便监控和管理的智慧管网。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述管网监控不方便的缺陷，提供一种方便监控的智慧管网。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种智慧管网，连接于GIS系统和SCADA系统，包括：

用于检测地下管网不同监测点的环境数据的检测机构；

连接于所述检测机构，且用于对所述环境数据进行汇集、处理及发送的传送机构；

连接于所述传送机构，且用于接收所述传送机构所输出的环境数据，并对所述环境数据进行存储的服务器；

连接于所述服务器，且用于显示所述服务器所存储的环境数据的应用终端；

所述检测机构通过设置在地下管网的管道与地表之间的固定装置可拆卸固定或者直接固定管道上。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述环境数据包括静态数据和动态数据，而且，所述检测机构包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且预先写入有所述地下管网的相应监测点的静态数据的多个RFID标签；

用于读取相应RFID标签所写入的静态数据的多个RFID阅读器；及

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于实时检测所述地下管网的相应监测点的动态数据的多个传感器。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述环境数据包括静态数据和动态数据，而且，所述检测机构包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且预先写入有所述地下管网的相应监测点的静态数据的多个RFID标签；

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于实时检测所述地下管网的相应监测点的动态数据并将所述动态数据写入相应RFID标签的多个传感器；及

用于读取相应RFID标签所写入的静态数据和动态数据的多个RFID阅读器。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述检测机构还包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于对监控区域的视频进行捕捉的摄像头。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述检测机构还包括：

用于在进行地下管网人工巡检时，接收用户输入的检查结果的智能终端。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述传感器包括下列中的至少一种：水压传感器、流量传感器、温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器、有害气体传感器、水质污染物传感器、井盖定位传感器。

在本实用新型所述的智慧管网中，所述固定装置包括与管道固定连接的用于传感器可拆卸固定的安装套，所述安装套由管道向上延伸至地表，所述安装套的上端设有用于容置地面节点和电源的地表连接机构；所述安装套内下端部设有用于传感器可拆卸固定的活动快速接头，所述活动快速接头连接有用于活动快速接头连接或拆卸的拉线和柔性安装拉杆，所述拉线和柔性安装拉杆向上延伸至地表连接机构。

实施本实用新型的技术方案，通过检测机构实时检测地下管网不同监测点的环境数据，进行汇集和处理后发送至服务器，然后，工作人员可通过应用终端查看地下管网的环境数据。因此，这种智慧管网方便监控。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型智慧管网实施例一的逻辑结构图；

图2是本实用新型智慧管网的传感器安装结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本实用新型智慧管网实施例二的示意图。

具体实施方式

图1是本实用新型智慧管网实施例一的逻辑结构图，该智慧管网包括检测机构10、传送机构20、服务器30和应用终端40。其中，检测机构10用于检测地下管网不同监测点的环境数据，其中，地下管网可以为供水管网、排水管网、燃气管网等。该环境数据包括静态数据和动态数据，该静态数据包括地理坐标，另外还可进一步包括：埋深、材质、规格、压力、建设年代、权属单位、负责人姓名及联系方式。传送机构20连接于检测机构10，而且，用于对环境数据进行汇集、处理及发送；服务器30连接于传送机构20，而且，用于接收传送机构20所输出的环境数据，并对该环境数据进行管理和存储。应用终端40连接于服务器30，而且，该应用终端40基于GIS(GeographicInformation System，地理信息系统)系统和SCADA(Supervisory Control AndData Acquisition，数据采集与监视控制系统)系统，根据服务器30所存储的环境数据进行地下管网雨污合流监控、排水调度监控、突发灾害预警或地下管网模拟仿真。应当说明的是，以上所述的连接，不仅仅限于有线方式的连接，还可为各种无线方式的连接。

检测机构10可包括设置在地下管网的不同监测点的多个RFID(RadioFrequency IDentificatio，无线射频识别)标签、多个传感器、多个RFID阅读器、多个智能终端和多个摄像头。其中，RFID标签预先写入有地下管网的相应监测点的静态数据，这些静态数据仅在地下管网建设时或改造时写入，平时保持不变。传感器用于实时检测地下管网的相应监测点的动态数据，传感器例如可包括水压传感器、流量传感器、温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器、有害气体传感器、水质污染物传感器、和/或井盖定位传感器。RFID阅读器用于读取相应RFID标签所写入的静态数据，当然，传感器在检测到动态数据后也可以将其写入到相应的RFID标签，此时，RFID阅读器可同时读取静态数据和动态数据。摄像头对监控区域的视频进行捕捉，例如，监控区域下的水流、水质、水位等视频。智能终端用于在人工巡检时，直接在现场读出传感器的检查结果并输入到智能终端中，以用于动态数据的检验和修正。

所述检测机构通过设置在地下管网的管道与地表之间的固定装置可拆卸固定或者直接固定管道上。当检测机构为RFID标签，RFID标签直接固定在管道上。当检测机构为传感器时，通过固定装置可拆卸固定连接。

结合图2、3所示，所述固定装置包括与管道固定连接的用于传感器可拆卸固定的安装套3，所述安装套3由管道1向上延伸至地表，所述安装套3的上端设有用于容置地面节点和电源的地表连接机构。

安装套3为中空结构，安装套3内设置管网无线/有线的传感器5，与安装套3对应的管道1上开有检测孔，所述传感器5插入到检测孔内来检测管道1内信息。安装套3与管道1的固定连接有多种方式，一种是安装套3直接固定在管道1上，但是由于安装套3有一定长度，安装过程不方便，因此，还可以采用分段连接的方式，即在管道1上对应检测孔设置有安装座2，安装套3通过安装座2固定在管道1上。安装座2的结构也有多种，在此不作限定，只需能将安装套3对应检测孔固定在管道1上即可，本实施例中安装座2为短套管，安装座2一端焊接在管道1外壁上，安装套3插装在安装座2内，安装套3与安装座2之间紧配合连接或固定连接，紧配合连接可以采用过盈配合方式。固定连接可以采用焊接、螺接等方式。

所述安装套3内下端部设有用于传感器5可拆卸固定的活动快速接头6，所述活动快速接头6包括固定在安装套3内的插座组件，与插座组件密封可拆卸插接的插轴11，所述插轴11端部固定传感器5，所述插轴11插接到插座组件内锁定后，所述传感器5插入到管道1的检测孔内。

插座组件的固定可以直接固定在安装套3内壁，也可以固定在管道1外壁上。插座组件包括插座10和卡套12，卡套12套设在插座10外，插轴11插接在插座10内。在插座10与卡套12之间套装有卡簧15、弹簧17，在插座10上螺接有螺母18对弹簧17限位。在插座10与插轴11之间设有锁紧钢球16，对应的插轴11外壁上开有梯形槽。插座10、插轴11之间通过密封垫13、密封圈14中的至少一个来密封。

插轴11为中空结构，其内部设置有实现贯通的插轴腔，插轴腔内穿装有传感器5的电源线和通讯线。

所述活动快速接头6连接有用于活动快速接头6连接或拆卸的拉线8和柔性安装拉杆9，所述拉线8和柔性安装拉杆9向上延伸至地表连接机构。

所述拉线8下端固定在卡套12上，上端限位在地表连接机构内。拉线8对称均匀设置，一般设置两个，分别固定在卡套12端面相对的位置。插轴11上带有导向环7，导向环与柔性安装拉杆9固定连接。导向环7设有导向孔，拉线8穿入导向孔内，用于对下放的插轴11进行导向，使其能安全快速插接到插座10内。

柔性安装拉杆9为中空的柔性可弯曲结构，下端与插轴11固定连接，上端延伸至地表连接机构内。所述柔性安装拉杆9的中空腔体对应插轴11的插轴腔，柔性安装拉杆9可用弹簧钢丝绕制，柔性安装拉杆9的中空内腔可连接传感器5的电源线和通讯线。柔性安装拉杆9采用柔性结构，方便拉杆通过变形调整活动快速接头6的插接。

地表连接机构是用于传感器5的供电和通讯，与传感器连接的地面节点和电源设置其中。地表连接机构的结构不作限定，只需对其中的设备起到保护作用，本实施例的地表连接机构采用地表接线盒，地表接线盒内设置的电源和地面节点，具有根据实际需要设置。根据管道1的埋深，地表接线盒可与远端节点连接，并可安装独立的风力/太阳能电源、可更换电池或与供电网连接。

结合图2、3所示，在连接传感器5时，首先通过拉线8将插座10上的卡套12向上拉至最高处并固定位置，再将插轴11的头部连带传感器5，通过柔性安装拉杆9和安装套3插入到管道1上检测孔中，当插轴11的头部插到底后即可松开卡套12，卡套12在弹簧17的弹力的作用下恢复原位，卡套12在恢复原位过程中推动锁紧钢球16进入插轴11上的梯形槽内，并将锁紧钢球16固定在梯形槽内，产生自锁作用，使插轴11被锁定在插座10内不至脱落，从而实现快速连接。同时插轴11头部有密封垫13或密封圈14实现轴向密封，使地下管道1内部的流体不至向外泄露。当需要对传感器5进行检修或更换时，只需通过拉线8将插座10上的卡套12向上拉至最高处，这时插轴11即可从插座10中退出。

关于传感器5，还需说明的是，在实际应用时，根据现场环境和监控需求对不同的传感器5进行选型。在对传感器5进行安装时，首先，在管道/检查井的设计位置开检测孔，密封连接预制的固定座。施工时从固定座固定安装套3至地表，安装套3上端设置地表连接机构(地表接线盒)，安装套3具有一定强度，在一定程度上可抵抗土壤沉降造成的变形，比如采用钢塑复合管，即使安装套3弯曲变形也能保持管内各向挠曲接近相等，使其形状能够长期维持。安装套3与固定座紧密连接，并与周边土壤形成密封。然后根据需要可从地表接线盒通过安装套3在管壁内部安装或更换传感器5。

图2是本实用新型智慧管网实施例二的示意图，根据信息的生成、传输、处理和应用，该实施例的智慧管网包括检测机构、传送机构、服务器和应用终端，下面逐一说明每个部分。

检测机构实时检测地下管网的环境数据并发布出去，其发布方式包括信息自动发布方式和人工信息发布方式，信息自动生成方式主要依靠主动感知设备和被动感知设备，主动感知设备包括无线通讯方式的传感器或摄像头11、有线通讯方式的传感器或摄像头12，传感器或摄像头11、12分别由地表接线盒13供电，传感器或摄像头11、12用于实时检测相应监测点的动态数据，例如，水压、流量、温度、湿度、有害气体、水质(有害)及管网的视频监控。被动感知设备包括RFID阅读器14及附设在管网上的RFID标签(未示出)，RFID标签预先写入有相应监测点的静态数据，例如，坐标、埋深、材质、规格、压力、建设年代、权属单位、负责人姓名及联系方式等基础信息，RFID阅读器14可读取相应RFID标签所写入的静态数据，并传送至服务器和应用终端，以方便进行地下管网监控定位，进而方便对地下管网的统一规划、科学管理、查阅检索和现场警示，并可通过无线技术向施工人员的手机等设备发出警示，避免挖断供水、供电、燃气等管线的事件发生。人工信息发布的方式主要依靠智能终端15，例如，智能手机、平板电脑等，在人工巡检时，巡检人员将现场查看到的检查结果输入到智能终端15，并通过智能终端15发布出去。

传送机构的主要作用是将检测机构所检测的地下管网的环境数据传送到服务器。该传送机构可利用互联网、无线宽带网、无线低速网、移动通信网等网络，或利用各种异构设备本身的无线通信模块和标准通信协议自组成的物联网，这些异构网络通过网关、异构网融合以及云计算通讯模组进行互通互联。泛在网络为管网信息的互联互通提供高性能网络环境。传感器、摄像头、RFID阅读器等获取的信息通过互联网、物联网、电信网、广电网、无线宽带传输到云端，在云端完成计算、分析、存储和分发。在该实施例中，传输模块包括远端节点设备(中继器)21、移动通讯网络设备22以及网络交换机231、232、233、234。远端节点设备21可通过有线或无线的方式将传感器、RFID阅读器等所检测的环境数据实时或异步的上传到该节点，该远端节点设备21起到汇集环境数据的作用。移动通讯网络设备22主要在人工进行管网巡检时接收通过智能终端上传的环境数据，同样起到数据汇集的作用，同时，该移动通讯网络设备22也通过WIFI、GRPS、3G、4G等移动通讯技术为应用终端提供无线数据通路服务。网络交换机231、232、233、234主要实现环境数据的打包、分割、组合等处理及建立路由路径，将环境数据发送给网关。另外，管网SCADA/DCS(distributedcontrolsystems，分散控制系统)服务器主要为应用终端提供经过智能分析和处理之后的管网综合环境数据。

服务器的主要作用是在高性能计算和海量存储技术的支持下，将大规模数据高效可靠地存储起来并进行管理，例如，解决如何存储(数据库与海量存储技术)、如何检索(搜索引擎)、如何使用(数据挖掘与机器学习)、如何不被滥用(数据安全与隐私保护)等问题。在该实施例中，服务器包括数据检索服务器32、数据存储服务器311、312以及数据管理应用工作站。用于数据保护的网关置于数据检索服务器32、数据存储服务器311、312的前端，采用独立的硬件设备结合加密解密软件系统的形式安装到被保护的服务器的前侧，其主要作用是：(1)起到网络防火墙的作用，实现内外网的隔离和保护；(2)对传入的各种加密数据进行解密或从被保护的数据服务器发出的数据进行各类加密。

数据检索服务器32其主要功能是提供对涉及结构化或非结构化的环境数据进行混合检索、字/词/句/片段检索、自动分库检索、多库并行检索，从而提供全方位检索手段和查寻方法，包括各种逻辑组合检索、位置检索、二次检索、渐进检索、历史检索、词根检索、大小写敏感检索、概念检索、对检索结果按与检索表达式的相关性和重要性程度排序等。另外，数据检索服务器32可使用高效的索引压缩技术、索引跳跃式扫描技术、多库并行检索技术、完善的多级Query-CACHE技术、基于词以及词频的bi-gram算法等进行检索。数据存储服务器311、312主要功能是对管网的所有环境数据进行存储，例如，利用先进的数据库技术包括数据库集群技术、数据库实时备份技术、数据库数据安全技术等实现海量管网的环境数据的安全存储和高效存储。数据管理应用工作站则主要提供GIS服务以及各类数据分析应用工作站，如专家系统工作站等。

应用终端通过网络交换机和网关接入传统的管网生产调度系统(SCADA)、管网集散控制系统(DCS)，且主要作用是建设智能化的上层行业应用。该应用终端包括无线智能手持设备41、计算机终端设备42、远程控制终端43、超大屏幕设备(中控室)等。这些设备可根据管网的环境数据进行地下管网雨污合流监控、排水调度监控、突发灾害预警或地下管网模拟仿真等。

应用终端在进行地下管网雨污合流监控时，首先，排水管网不同水质监测点的多个水质污染物传感器将所检测的污染物浓度数据传送到服务器，应用终端从服务器调出排水管网不同水质监测点的污染物浓度数据。然后，将排水管网不同水质监测点的污染物浓度数据导入GIS系统以得到污染物分布图，并将排水管网的地理坐标导入GIS系统以得到排水管网分布图，再将污染物分布图叠加显示于排水管网分布图之上，通过整合分析建立排水管网的污染统计模型。而且，可根据服务器中所存储的历史数据建立不同条件下的排水管网的污染统计模型，从而监测对应排水区域的长期雨污分流情况。另外，在突发情况下，当应用终端在监测到污染物浓度数据超出污染物预设标准时，根据节点关系树的线性规则得到上游节点的最大污染物浓度及最大污染物浓度的出现时间，并根据上游节点的最大污染物浓度及最大污染物浓度的出现时间预测污染物注入节点，从而迅速准确地定位出排水管网中的污染源。

应用终端在进行排水调度监控时，首先，排水管网及泵站的不同水压监测点的多个水压传感器将所检测的水压数据传送到服务器，应用终端从服务器调出排水管网及泵站的不同水压监测点的水压数据。然后，将排水管网及泵站的不同水压监测点的水压数据导入GIS系统以得到水压分布图，并将排水管网及泵站的地理坐标导入GIS系统以得到排水管网及泵站分布图，再将水压分布图叠加显示于排水管网及泵站分布图之上，以建立排水管网及泵站的水压统计模型。而且，可根据服务器中所存储的历史数据建立不同条件下的排水管网及泵站的水压统计模型，从而监测对应排水区域的长期排水情况。另外，当应用终端在监测到水压数据超出水压预设标准时，根据节点关系树的线性规则得到上游节点的最大水压及最大水压的出现时间，并根据上游节点的最大水压及最大水压的出现时间定位出排水管网或泵站的堵塞点。

进一步地，基于排水管网及泵站的不同水压监测点的水压数据，进行区域规模指标聚类，对城市洪水区域进行合理的分区，并控制区块规模使之符合系统运算要求。同时，根据不同条件下的排水管网及泵站的水压统计模型确定模型集类型、辨识模型结构和模型参数，最后对模型参数进行在线动态修正，从而监测对应排水区域的长期泄洪情况，以及基于计算机图形与虚拟现实技术进行城市积涝预警和排洪规划。突发情况下可利用排水管网的水压统计预测模型快速计算出管道水深，通过信息系统的网络交换器接口与排水泵站的DCS系统通讯，合理控制排水系统的自动操作，充分利用系统所有蓄水设备，避免在一个特定的区域发生洪水溢出而剩余的蓄水系统闲置，最终达到区域洪水溢出最小化。

应用终端在进行突发灾害预警时，例如井盖移位预警，首先，不同检查井的井盖上的井盖定位传感器将所检测的井盖定位数据传送到服务器，应用终端从服务器调出不同井盖的井盖定位数据，若根据井盖定位数据判断特定检查井的井盖发生移位时，根据GIS系统确定特定检查井的井盖的地理位置，并发布预警信号。再例如有害气体泄漏预警，首先，不同气体监测点上的多个有害气体传感器将所检测的有害气体数据传送到服务器，应用终端从服务器调出不同气体监测点的有害气体数据，若根据有害气体数据判断地下管网的特定监测点发生有害气体泄露时，根据GIS系统确定特定气体监测点的地理位置，并发布预警信号。

应用终端在进行地下管网模拟仿真时，首先，地下管网的不同压流监测点上的水压传感器及流量传感器将所检测的水压数据和流量数据传送到服务器，应用终端从服务器调出不同压流监测点的水压数据和流量数据。然后，应用终端可根据这些数据建立仿真模型，其目的在于了解真实系统在不同条件下的运行情况以及在增加或删去一些条件后判断系统可能发生的变化。根据仿真模型所采用的数据的不同，可分为以下三种：(1)静态瞬态仿真模型，其是根据特定历史时刻下不同压流监测点的水压数据和流量数据所建立的，该类模型一般用于管网规划及工程设计部门进行管网规划设计，以及管网调度运行部门对压力级制较低、规模庞大且没有实时监控数据的系统进行分析。(2)静态稳态仿真模型，其是根据特定历史时段内不同压流监测点的水压数据和流量数据所建立的，该类模型可用于管网调度运行及管网规划部门进行某段时间的特定任务的离线分析，模拟各种操作的实际状态及相对合理的非正常状态。同时，在培训中通过模拟系统的运行、事故状态等条件，可提高出现风险时的反应处理能力，并可在短期内提供过去需要长期经验积累才能获得的知识。(3)动态瞬态在线仿真模型，其是根据当前时刻下不同压流监测点的水压数据和流量数据所建立的，该类模型可用于进行在线实时管网的工况分析，并可提供调度运行最需要的又是监控系统所缺乏的管网运行前景预测，增强管网调度的安全性与高效性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种智慧管网，其特征在于，包括：

用于检测地下管网不同监测点的环境数据的检测机构； 

连接于所述检测机构，且用于对所述环境数据进行汇集、处理及发送的传送机构；

连接于所述传送机构，且用于接收所述传送机构所输出的环境数据，并对所述环境数据进行存储的服务器；

连接于所述服务器，且用于显示所述服务器所存储的环境数据的应用终端；

所述检测机构通过设置在地下管网的管道与地表之间的固定装置可拆卸固定或者直接固定管道上。

2.根据权利要求1所述的智慧管网，其特征在于，所述环境数据包括静态数据和动态数据，而且，所述检测机构包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且预先写入有所述地下管网的相应监测点的静态数据的多个RFID标签；

用于读取相应RFID标签所写入的静态数据的多个RFID阅读器；及

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于实时检测所述地下管网的相应监测点的动态数据的多个传感器。

3.根据权利要求1所述的智慧管网，其特征在于，所述环境数据包括静态数据和动态数据，而且，所述检测机构包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且预先写入有所述地下管网的相应监测点的静态数据的多个RFID标签；

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于实时检测所述地下管网的相应监测点的动态数据并将所述动态数据写入相应RFID标签的多个传感器；及

用于读取相应RFID标签所写入的静态数据和动态数据的多个RFID阅读器。

4.根据权利要求1-3任一项所述的智慧管网，其特征在于，所述检测机构还包括：

设置在所述地下管网的不同监测点，且用于对监控区域的视频进行捕捉的摄像头。

5.根据权利要求1-3任一项所述的智慧管网，其特征在于，所述检测机构还包括：

用于在进行地下管网人工巡检时，接收用户输入的检查结果的智能终端。

6.根据权利要求2或3所述的智慧管网，其特征在于，所述传感器包括下列中的至少一种：水压传感器、流量传感器、温度传感器、湿度传感器、震动传感器、气压传感器、有害气体传感器、水质污染物传感器、井盖定位传感器。

7.根据权利要求1-3任一项所述的智慧管网，其特征在于，所述固定装置包括与管道固定连接的用于传感器可拆卸固定的安装套，所述安装套由管道向上延伸至地表，所述安装套的上端设有用于容置地面节点和电源的地表连接机构；所述安装套内下端部设有用于传感器可拆卸固定的活动快速接头，所述活动快速接头连接有用于活动快速接头连接或拆卸的拉线和柔性安装拉杆，所述拉线和柔性安装拉杆向上延伸至地表连接机构。