CN216976544U - 城市地下管网漏损监测设备及监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种城市地下管网漏损监测设备，包括：壳体；振动传感器，设置在壳体内，振动传感器用于采集管道的振动数据；环境传感器，设置在壳体内，环境传感器用于采集管道所处环境的环境数据；嵌入式微处理器，设置在壳体内，嵌入式微处理器与振动传感器和环境传感器均连接，嵌入式微处理器用于对振动数据和环境数据进行处理；无线通信模组，设置在壳体内，通信模组与嵌入式微处理器均连接，通信模组用于实现嵌入式微处理器与服务器之间的通信。本实用新型提供的监测设备，可实时采集城市地下管网的多点位多方向振动数据和环境状态数据，这种多方向实时监测可有效避免单一测量的漏检和噪声干扰的误检问题。

Description

城市地下管网漏损监测设备及监测系统

技术领域

本实用新型涉及管路监测领域，特别涉及一种城市地下管网漏损监测设备及监测系统。

背景技术

城市地下管网的漏损，不仅会造成水资源的浪费，而且会由于漏损的水长时间积累在供水管道周围，引发地面塌陷、管道寿命缩短等次生问题。

目前管网漏损监测主要分为被动检漏和主动检漏两大类。被动检漏法是观察地表是否有水渗出来识别和定位漏损点，这种方法会因时延造成水资源的浪费并加大维修难度。主动检漏法又分为基于硬件设备、基于信号处理和基于数据预测三类。其中应用最广泛的是基于信号处理的方法，通过在管道外壁或管道内放置声波传感器，分析声波数据来识别泄漏。但此种方式由于采集的数据单一，容易受噪声和传导介质的影响导致判别失败。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种城市地下管网漏损监测设备及监测系统，可实时采集城市地下管网的多点位多方向振动数据和环境状态数据，通过即时通讯和综合分析实现对管道漏损的识别和定位，可有效避免单一测量的漏检和噪声干扰的误检问题，提高城市地下管网的经济性和智能化水平。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种城市地下管网漏损监测设备，城市地下管网包括多条管道，城市地下管网漏损监测设备包括：壳体，壳体设置有固定机构，固定机构用于将城市地下管网漏损监测设备固定在管道的外壁上；振动传感器，设置在壳体内，振动传感器用于采集管道的振动数据；环境传感器，设置在壳体内，环境传感器用于采集管道所处环境的环境数据；嵌入式微处理器，设置在壳体内，嵌入式微处理器与振动传感器和环境传感器均连接，嵌入式微处理器用于对振动数据和环境数据进行处理；无线通信模组，设置在壳体内，通信模组与嵌入式微处理器均连接，通信模组用于实现嵌入式微处理器与服务器之间的通信。

进一步地，还包括：电源，设置在壳体内，电源与振动传感器、环境传感器、嵌入式微处理器及通信模组均连接，电源用于为振动传感器、环境传感器、嵌入式微处理器及通信模组供电。

进一步地，振动传感器为惯性测量单元。

进一步地，环境传感器包括以下任一项或其组合：温度传感器，湿度传感器，气体浓度传感器。

进一步地，嵌入式微处理器为数字信号处理器或树莓派嵌入式微处理器。进一步地，通信模组包括WIFI模组和/或5G模组。

另一方面，提供了一种城市地下管网漏损监测系统，包括：上述的城市地下管网漏损监测设备；服务器，与城市地下管网漏损监测设备连接，服务器用于识别城市地下管网的漏损情况。

进一步地，还包括：GIS地理信息系统，集成在服务器上，GIS地理信息系统用于对漏损情况进行定位。

进一步地，还包括：电动阀门，设置在管道上，电动阀门用于控制管道的通断；报警执行装置，报警执行装置与服务器和电动阀门均连接，报警执行装置用于对漏损情况进行报警以及控制电动阀门的启闭。

进一步地，还包括：终端设备，与报警执行装置连接；报警执行装置还用于发送报警信息至终端设备。

分析可知，本实用新型公开一种城市地下管网漏损监测设备及监测系统，可对城市地下供水管网的多点位实时漏损监测，对从供水管网多个点位上传来的数据进行建模分析和预测，同时结合GIS地理信息系统对漏损点位进行可视化实时定位，实现在线监测整个管网漏损状态，实时预警，并且可自动阻断相应管段的供水，将水的漏损率降到最低，提升地下管网的智能化水平和运行可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。其中：

图1本实用新型一实施例的城市地下管网漏损监测设备结构示意图；

图2本实用新型一实施例的城市地下管网漏损监测系统结构示意图；

图3本实用新型一实施例的城市地下管网漏损监测系统中漏损监测功能实现的流程示意图。

附图标记说明：M101电源，M102振动传感器，M103环境传感器，M104 嵌入式微处理器，M105无线通信模组，M106服务器，M107 GIS地理信息系统，M108报警执行装置。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。各个示例通过本实用新型的解释的方式提供而非限制本实用新型。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本实用新型的范围或精神的情况下，可在本实用新型中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本实用新型包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

所附附图中示出了本实用新型的一个或多个示例。详细描述使用了数字和字母标记来指代附图中的特征。附图和描述中的相似或类似标记的已经用于指代本实用新型的相似或类似的部分。如本文所用的那样，用语“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等可互换地使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示单独构件的位置或重要性。

如图1所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种城市地下管网漏损监测设备，城市地下管网包括多条管道，城市地下管网漏损监测设备包括：壳体，壳体设置有固定机构，固定机构用于将城市地下管网漏损监测设备固定在待测管段的外壁上；振动传感器M102，设置在壳体内，振动传感器M102 用于采集管道的振动数据；环境传感器M103，设置在壳体内，环境传感器 M103用于采集待测管段所处环境的环境数据；嵌入式微处理器M104，设置在壳体内，并分别与振动传感器M102和环境传感器M103相连接，嵌入式微处理器M104用于对振动数据和环境数据进行处理；无线通信模组M105，设置在壳体内，并与嵌入式微处理器M104相连接，无线通信模组M105用于实现嵌入式微处理器M104与服务器之间的通信。

本实施例提供的城市地下管网漏损监测设备包括壳体、振动传感器 M102、环境传感器M103、嵌入式微处理器M104及无线通信模组M105，上述各装置通过合理设计封装于壳体内，壳体上设置有固定机构，通过固定机构将上述监测设备固定在管道待测管段的外壁上，便于安装及维护。

如图1所示，振动传感器M102和环境传感器M103均与嵌入式微处理器M104连接，嵌入式微处理器M104与无线通信模组M105连接，无线通信模组M105发出的信号传给服务器，将服务器的更新指令回传给嵌入式微处理器。

在本实施例中，通过振动传感器M102采集管道的振动数据，通过环境传感器M103采集管道周围的环境数据。嵌入式微处理器M104获取到上述振动数据和环境数据后，对其进行转换及预处理，而后通过无线通信模组 M105将其发送给服务器。借助服务器对经过预处理后的传感器数据进行综合分析，并结合特定算法识别城市地下管网的漏损情况。本实施例提供的监测设备可对地下供水管网的多点位多方向振动数据和环境数据实时监测，有助于提高漏损识别的准确性与及时性。

其中，封装的壳体为防水且不影响通信的特制材料。监测设备的固定方式包括但不限于铰链、吸附等。

优选地，振动传感器M102为惯性测量单元(IMU，Inertial Measurement Unit)，但不限于此。

具体地，惯性测量单元是搭载了三个加速度计和三个角速度计的振动测量单元，可用于获取管道多个方向上的精确振动数据，并将振动数据反馈给嵌入式微处理器M104。

优选地，环境传感器M103包括但不限于以下任一项或其组合：温度传感器，湿度传感器，气体浓度传感器。

具体地，环境传感器M103是搭载了温度、湿度和气体浓度传感器的集成模块，可用于获取所述管道周围的温度、湿度和特定气体浓度信息，并将信息反馈给所述嵌入式微处理器M104。

优选地，嵌入式微处理器M104为数字信号处理器(DSP，Digital SignalProcessing)或树莓派。

在本实施例中，嵌入式微处理器集成了信号转换电路和数据预处理程序，可用于完成多个传感器信号的格式转换和预处理。嵌入式处理器包括但不限于DSP或树莓派等嵌入式微处理器，其中，树莓派是一款以ARM作为处理器、自身具有操作系统的超小计算机。

优选地，无线通信模组M105包括WIFI通信模组和/或5G通信模组。

具体地，无线通信模组M105为WIFI6、5G等高带宽低时延的通信模组。比如，高通SDX55平台开发的工业级多模5G通信模组F02X、F03X，华为MH5000等，DSM-030、USR-WIFI232-C、USR-WIFI232-A等WIFI通信模组。

优选地，监测设备还包括电源M101，设置在壳体内，电源M101与振动传感器M102、环境传感器M103、嵌入式微处理器M104及无线通信模组 M105均连接，电源M101用于为振动传感器M102、环境传感器M103、嵌入式微处理器M104及无线通信模组M105供电。

在本实施例中，电源M101的设置使得城市地下管网漏损监测设备可长时间工作于地下供水管网等管路系统，提升设备使用周期，方便维护人员进行维护。

具体地，电源M101包括一个或多个电池。

具体地，电源M101可选用轻量化的锂电池，并搭配稳压电路以提高供电质量。

如图2所示，根据本实用新型的实施例，提供了一种城市地下管网漏损监测系统，包括：上述任一实施例的城市地下管网漏损监测设备；服务器M106，与城市地下管网漏损监测设备连接，服务器M106用于城市地下管网的漏损情况。

本实施例的城市地下管网漏损监测系统包括上述任一实施例的城市地下管网漏损监测设备、服务器M106及集成在服务器M106上的GIS地理信息系统。其中监测设备可对地下供水管网的多点位多方向振动数据和环境数据实时监测，并即时上传至服务器M106。服务器M106对从供水管网多个点位上传来的数据进行建模分析和预测，并结合特定算法识别城市地下管网的漏损情况。本实施例提供的城市地下管网漏损监测系统可对地下供水管网的多点位多方向振动数据和环境数据实时监测，有助于提高漏损识别的准确性与及时性。

优选地，城市地下管网漏损监测系统还包括：GIS(Geographic InformationSystem)地理信息系统M107，集成在服务器M106上，GIS地理信息系统 M107用于对漏损情况进行定位。

在该实施例中，服务器M106对从供水管网多个点位上传来的数据进行建模分析和预测，同时结合GIS地理信息系统M107对漏损点位进行可视化实时定位，能够实现在线监测整个管网漏损状态，提升地下管网的智能化水平和运行可靠性。

具体地，服务器M106在获取到城市地下管网漏损监测设备上传的传感器数据(包括振动数据和环境数据)后，通过预先建立好的算法模型对数据进行分析和判断是否有漏损情况发生，如果有漏损情况，将漏损管段的编号信息与GIS地理信息系统里的相应信息关联，获得漏损点位的具体位置并生成结果。

本领域技术人员了解，GIS地理信息系统包括硬件系统、软件系统、地理数据，在本实施例中，地理数据主要包括城市地下管网中管道、管道上的待检管道、部署在管道上的监测设备、执行机构(比如电动阀门)等的空间位置、空间关系、属性等数据；硬件系统主要包括计算机以及以下任一项或其组合：打印机、绘图仪、数字化仪、扫描仪；软件系统是指必需的各种程序，主要包括计算机系统软件、地理信息系统软件等。

优选地，城市地下管网漏损监测系统还包括电动阀门，电动阀门设置在管道上，电动阀门用于控制管道的通断；报警执行装置M108，报警执行装置M108与服务器M106通过有线或无线连接，报警执行装置M108与电动阀门通过无线连接。

其中，报警执行装置M108包括但不限于报警器以及可发出信号控制电动阀门的信号生成模组和信号发射模组。

具体地，报警器可为声光报警器，信号生成模组包括但不限于多通道波形发生器或微型信号发射电路板；信号发射模组主要为5G远程无线数据传输终端。

在本实施例中，通过报警执行装置M108对漏损情况进行报警和控制城市地下管网相应阀门，达到反馈和中止漏损进行的目的。

优选地，监测系统还包括终端设备，与报警执行装置M108连接；报警执行装置M108还用于发送报警信息至终端设备。

在本实施例中，报警执行装置M108与终端设备之间通过无线连接，报警执行装置M108可发出信号与终端设备上的应用程序进行通信，以使终端用户获悉管道漏损情况，达到线上报警的目的。

其中，终端设备包括但不限于手机、PAD等智能终端。

参考图3，下面详细描述本实用新型实例中漏损监测功能实现流程：

步骤(1)，固定在管道的待检管段的振动传感器M102和环境传感器 M103获得振动数据和环境数据；

步骤(2)，传感器数据传给嵌入式微处理器M104，完成格式转换和预处理；

步骤(3)，处理后的数据通过无线通信模组M105传输至服务器M106；

步骤(4)，服务器M106首先通过事先建立好的算法模型对数据进行分析和判断是否有漏损情况发生，如果有漏损情况，转入步骤(5)，如果没有漏损情况发生，转入步骤(7)；

步骤(5)，将漏损管段的编号信息与GIS地理信息系统M107里的相应信息关联，获得漏损点位的具体位置并生成结果；

步骤(6)，将从GIS系统里获得的标记了漏损点的位置信息和漏损状态信息融合，输出至报警执行装置M108以及时处理漏损问题；

步骤(7)，没有漏损时，输出运行正常的状态信息，服务器M106清空本轮内存，等待下一轮数据的导入和分析；

最终，监测系统会把漏损监测的原始数据和分析结果存入后台数据库，方便统计、重建模和存档。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果：能够对城市地下供水管网的多点位实时漏损监测，对从供水管网多个点位上传来的数据进行建模分析和预测，同时结合GIS地理信息系统对漏损点位进行可视化实时定位，实现在线监测整个管网漏损状态，实时预警，并且可自动阻断相应管段的供水，将水的漏损率降到最低，提升地下管网的智能化水平和运行可靠性。

与现有技术相比，本实用新型的城市地下管网漏损监测设备及监测系统，可实时采集地下供水管网的多点位多方向振动数据和环境状态数据，这种多方向实时监测可有效避免单一测量的漏检和噪声干扰的误检问题，通过即时通讯和综合分析实现对管道漏损的识别和定位，对节约水资源、减少经济损失有促进作用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种城市地下管网漏损监测设备，城市地下管网包括多条管道，其特征在于，所述城市地下管网漏损监测设备包括：

壳体，所述壳体设置有固定机构，所述固定机构用于将所述城市地下管网漏损监测设备固定在所述管道的外壁上；

振动传感器，设置在所述壳体内，所述振动传感器用于采集所述管道的振动数据；

环境传感器，设置在所述壳体内，所述环境传感器用于采集所述管道所处环境的环境数据；

嵌入式微处理器，设置在所述壳体内，所述嵌入式微处理器与所述振动传感器和所述环境传感器均连接，所述嵌入式微处理器用于对所述振动数据和所述环境数据进行处理；

无线通信模组，设置在所述壳体内，所述通信模组与所述嵌入式微处理器均连接，所述通信模组用于实现所述嵌入式微处理器与服务器之间的通信。

2.根据权利要求1所述的城市地下管网漏损监测设备，其特征在于，还包括：

电源，设置在所述壳体内，所述电源与所述振动传感器、所述环境传感器、所述嵌入式微处理器及所述通信模组均连接，所述电源用于为所述振动传感器、所述环境传感器、所述嵌入式微处理器及所述通信模组供电。

3.根据权利要求1所述的城市地下管网漏损监测设备，其特征在于，

所述振动传感器为惯性测量单元。

4.根据权利要求1所述的城市地下管网漏损监测设备，其特征在于，

所述环境传感器包括以下任一项或其组合：温度传感器，湿度传感器，气体浓度传感器。

5.根据权利要求1所述的城市地下管网漏损监测设备，其特征在于，

所述嵌入式微处理器为数字信号处理器或树莓派嵌入式微处理器。

6.根据权利要求1所述的城市地下管网漏损监测设备，其特征在于，

所述通信模组包括WIFI模组和/或5G模组。

7.一种城市地下管网漏损监测系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至6中任一项所述的城市地下管网漏损监测设备；

服务器，与所述城市地下管网漏损监测设备连接，所述服务器用于识别城市地下管网的漏损情况。

8.根据权利要求7所述的城市地下管网漏损监测系统，其特征在于，还包括：

GIS地理信息系统，集成在所述服务器上，所述GIS地理信息系统用于对所述漏损情况进行定位。

9.根据权利要求7所述的城市地下管网漏损监测系统，其特征在于，还包括：

电动阀门，设置在管道上，所述电动阀门用于控制所述管道的通断；

报警执行装置，报警执行装置与所述服务器和所述电动阀门均连接，所述报警执行装置用于对所述漏损情况进行报警以及控制所述电动阀门的启闭。

10.根据权利要求9所述的城市地下管网漏损监测系统，其特征在于，还包括：

终端设备，与所述报警执行装置连接；

所述报警执行装置还用于发送报警信息至所述终端设备。

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