地下管线运行监测预警系统和方法与流程

本发明涉及地下管线监测预警系统技术领域，具体而言，涉及一种地下管线运行监测预警系统和方法。

背景技术：

由于地下管线敷设于地下，具有隐蔽性，传统的地下管线数据通常用二维管线图来展示，二维管线图并不能直观的反映在高程方向上地下管线的分布情况，因此传统的二维管线图在表达现实的地下管线中不够直观，不足以反映错综复杂的地下管线分布情况。

有鉴于此，设计制造出一种地下管线运行监测预警系统，能够反映地下管线的动态运行数据，实时监测地下管线的运行情况，并且具有预测和预警功能，是目前地下管线运行监测技术领域中急需改善的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的包括提供一种地下管线运行监测预警系统，能够有效模拟地下管线的三维场景，对地下管线运行情况进行完整的再现，还可以利用vr技术对地下管线预警的情况进行模拟处置，以便提供给维修人员最为可靠和科学的解决方案，以提高地下管线的安全性。

本发明的目的还包括提供一种地下管线运行监测预警方法，采用gis技术、物联网技术、vr技术以及人工智能技术等多项技术融合，在地下管线监测数据的基础上，对地下管线的运行情况进行预测和报警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，以制定地下管线险情处置方法，减少不必要的经济损失，提高地下管线运行的稳定性和安全性。

本发明改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本发明提供的一种地下管线运行监测预警系统，包括数据采集单元、数据处理单元、数据中心、在线监测系统、智能预警系统和移动办公系统。

所述数据采集单元与所述数据处理单元连接，所述数据处理单元与所述数据中心连接，所述在线监测系统与所述数据中心连接，所述智能预警系统与所述在线监测系统连接，所述移动办公系统分别与所述在线监测系统和所述智能预警系统连接。

所述智能预警系统接收所述在线监测系统的实时监测数据，用于对地下管线的安全运行条件进行学习，基于所述实时监测数据与管线的运行状况进行预测和预警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，以制定地下管线险情处置方法。

进一步地，所述数据采集单元包括监测设备和采集器，所述监测设备与所述采集器连接，向所述采集器发送电信号，所述采集器与所述数据处理单元连接。

进一步地，所述采集器包括相连接的信号转换元件和无线传输元件，所述转换元件与所述监测设备连接，所述无线传输元件与所述数据处理单元连接。

进一步地，所述在线监测系统包括地图管理模块、实时监测模块、处置管理模块、设备管理模块、移动办公模块、统计分析模块和用户权限模块；所述地图管理模块、所述实时监测模块、所述处置管理模块、所述设备管理模块、所述移动办公模块、所述统计分析模块分别与所述智能预警系统连接；所述地图管理模块、所述实时监测模块、所述处置管理模块、所述设备管理模块、所述移动办公模块、所述统计分析模块和所述用户权限模块分别与所述移动办公系统连接。

进一步地，所述智能预警系统还包括报警单元，当地下管线发生险情时，所述报警单元发出警告提示，并且所述智能预警系统向管理人员发出提示通知。

进一步地，所述数据中心包括相互连接的监测数据单元、地图数据单元、处置数据单元、知识库和其他数据单元；所述监测数据单元用于存储实时监测数据，所述地图数据单元用于存储地下管线数据和基础地形数据，所述处置数据单元用于存储处置数据。

进一步地，所述数据处理单元接收所述数据采集单元发送的监测数据，实现多项监测数据的存储和交换，并对所述监测数据进行检核，再将检核后的监测数据发送至所述数据中心。

进一步地，所述移动办公系统实时接收所述在线监测系统和所述智能预警系统的指令，用于指导地下管线的险情处置，并将处置情况发送至所述在线监测系统中。

本发明提供的一种地下管线运行监测预警方法，包括：

将监测设备与gis技术相结合，在地图上显示所述监测设备的分布，以及实时展示监测设备获取的数据及其运行情况；

利用人工智能的技术在地下管线监测数据的基础上，结合地下管线处置数据，对地下管线的运行情况进行预测和报警，同时建立处置模型；

利用vr技术对地下管线运行场景进行模拟，并对所述地下管线的预警情况进行模拟处置，以制定地下管线险情处置方法。

本发明提供的地下管线运行监测预警系统和方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的地下管线运行监测预警系统和方法，充分利用物联网技术、vr技术及人工智能技术，对地下管线进行实时监测，利用对地下管线的实时监测数据、地下管线数据、管理数据等对地下管线的安全运行条件进行学习，基于实时监测数据与管线的运行状况进行预测和预警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，从而可以制定更加合理的地下管线险情处置方法。该地下管线运行监测预警系统能更好地对地下管线运行情况进行模拟，并能对预警情况进行险情模拟处置，以便为维修人员提供最可靠的解决方案，延长地下管线的使用寿命，提前预防不必要的地下管线事故，减少经济损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的地下管线运行监测预警系统的组织架构图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”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，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

传统的地下管线数据通常用二维管线图来展示，由于地下管线敷设于地下，具有隐蔽性，地下管线的敷设不仅在平面的管线间距有国家规定进行约束，在垂直方向上管线之间的间距也有明确的规定，然而二维管线图并不能直观的反映在高程方向上地下管线的分布情况，因此传统的二维管线图在表达现实的地下管线中不够直观，不足以反映错综复杂的地下管线分布情况。三维地下管线数据在展示形式上比二维地下管线数据更为丰富和直观，然而三维地下管线数据仍然是静态的地下管线数据，不能充分反映地下管线的动态运行情况。同时传统的监测系统仅仅是对监测信息的获取并以列表的形式展示，通过列表无法直观的反映各个监测设备的位置和整体的分布情况。

因此，为了克服上述缺陷，本申请提出的地下管线运行监测预警系统，将监测设备与gis技术相结合，能够将监测设备展示在地图上，直观的体现出监测设备的分布，可以在地图上实时展示监测设备获取的数据及其运行情况。在获取监测数据的基础上利用动画技术，在三维地下管线场景中模拟展示地下管线数据的运行情况，例如流量、压力、阀门开闭和井盖的位置等，对地下管线运行情况进行完整的再现，同时可以利用vr技术对地下管线预警的情况进行模拟处置，以便提供给维修人员最为可靠和科学的解决方案。

如图1，本实施例提供的地下管线运行监测预警系统，包括数据采集单元、数据处理单元、数据中心、在线监测系统、智能预警系统和移动办公系统。地下管线运行监测预警系统由硬件和软件构成，以bs架构与ms架构相结合的方式实现。数据采集单元与数据处理单元连接，数据处理单元与数据中心连接，在线监测系统与数据中心连接，智能预警系统与在线监测系统连接，移动办公系统分别与在线监测系统和智能预警系统连接。智能预警系统接收在线监测系统的实时监测数据，利用实时监测数据、地下管线数据、管理数据等对地下管线的安全运行条件进行学习，基于实时监测数据与管线的运行状况进行预测和预警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，以制定地下管线险情处置方法。

具体的，数据采集单元包括监测设备和采集器，采集器包括相连接的信号转换元件和无线传输元件，转换元件与监测设备连接，无线传输元件与数据处理单元连接。监测设备可通过rs485协议向采集器发送信号，该信号为电信号，转换元件将电信号转化为数字信号，再由无线传输元件将转化后的数字信号传送到数据处理单元。可选地，监测设备包括但不限于压力传感器、流量计、温度传感器、有害气体探测器、燃气泄漏监测设备等，这些传感设备分别直接安装到地下管道上或安装在阀门井中、检修井中或井盖内部等。优选地，采集器同时为监测设备供电，确保监测设备能实时监测。将物联网技术、gis技术与监测设备相结合，通过数据采集单元，即监测设备对地下管线的运行信息进行获取，通过数据处理单元对地下管线的运行状况进行处理提交数据中心，利用在线监测系统对地下管线运行情况进行实时的展示，使得地下管线的在线运行情况能在地图上直观展示。

在线监测系统包括地图管理模块、实时监测模块、处置管理模块、设备管理模块、统计分析模块、移动办公模块和用户权限模块。可选地，地图管理模块、实时监测模块、处置管理模块、设备管理模块、统计分析模块、移动办公模块分别与智能预警系统连接；地图管理模块、实时监测模块、处置管理模块、设备管理模块、移动办公模块、用户权限模块和统计分析模块分别与移动办公系统连接。容易理解的是，在线监测系统中的多个子模块均可分别与数据中心、智能预警系统以及移动办公系统进行通信连接，实现数据之间的共享。

数据处理单元负责多源异构在线监测数据的存储和交换，实现数据的共享，减少数据的冗余度，确保数据的独立性，接收数据采集单元发送的数字信号，并对该数字信号进行检核处理，最终将监测数据存储到数据中心。数据中心至少包括相互连接的监测数据单元、地图数据单元、处置数据单元、知识库和其他数据单元。监测数据单元用于存储实时监测数据，地图数据单元用于存储地下管线数据和基础地形数据，处置数据单元用于存储处置数据。数据中心负责对监测数据、监测设备信息、预警信息、知识库、系统操作、处置数据、地下管线数据、地图数据和用户数据等进行组织管理。

智能预警系统利用地下管线的实时监测数据、地下管线数据、管理数据等对地下管线的安全运行条件进行学习，基于实时监测数据与管线的运行状况进行预测和预警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，从而可以制定更加合理的地下管线险情处置方法。优选地，智能预警系统还包括报警单元，当地下管线发生险情时，报警单元发出警告提示，并且智能预警系统向管理人员发出提示通知。为了实现实时有效的报警功能，当发生险情时，智能预警系统自动通过发送短信和邮件的方式通知管理人员，并在智能预警系统界面上进行声光的报警提示。

移动办公系统与在线监测系统通信连接，能获取地下管线的实时监测数据，并能实时接在线监测系统和智能预警系统的指令，指导维护人员对地下管线的险情进行处置，并将处置情况上报到在线监测系统中。

本发明提供的地下管线运行监测预警方法，将监测设备与gis技术相结合，在地图上显示监测设备的分布，以及实时展示监测设备获取的数据及其运行情况。利用vr技术对地下管线运行场景进行模拟，并对地下管线的预警情况进行模拟处置。利用人工智能的技术在地下管线监测数据的基础上，结合地下管线处置数据，对地下管线的运行情况进行预测和报警，同时建立处置模型，利用vr技术对处置方法进行模拟，以制定地下管线险情处置方法。

具体的，利用物联网技术获取地下管线的实时运行情况，通过人工智能技术建立地下管线运行模型，可以对地下管线运行的趋势进行预测和预警。地下管线监测数据的预测和预警是基于地下管线在线监测数据和警情处置的基础上，利用人工智能技术对地下管线的运行情况进行预测和预警，人工智能的学习依赖于大量的地下管线运行数据，具有很高的可靠性。同时，利用人工智能技术、vr技术建立处置模型对地下管线的险情进行处置模拟，确保处置方案的正确性和科学性。

本发明提供的地下管线运行监测预警系统，其工作原理如下：

将监测设备与gis技术相结合，能够将监测设备展示在地图上，直观的体现出监测设备的分布，可以在地图上实时展示监测设备获取的数据及其运行情况。在获取监测数据的基础上利用三维和动画技术，在三维地下管线场景中模拟展示地下管线数据的运行情况，例如流量、压力、阀门开闭和井盖的位置等，对地下管线运行情况进行完整的再现，同时可以利用vr技术对地下管线预警的情况进行模拟处置，以便提供给维修人员最为可靠和科学的解决方案。

通过移动物联网技术，地下管线的日常维护人员能通过移动设备来获取地下管线监测设备的运行运维状况，同时地下管线的管理人员可以通过向移动设备发出指令，给维护人员下达工作指令。地下管线运行在线监测系统的预警功能的实现，采用人工智能的技术在地下管线监测数据的基础上，结合地下管线处置数据，对地下管线的运行情况进行预测和报警，当发生险情系统自动通过发送短信和邮件的方式通知管理人员，并在系统界面上进行声光的报警。

综上，本发明提供的地下管线运行监测预警系统和方法具有以下几个方面的有益效果：

本发明提供的地下管线运行监测预警系统和方法，第一，监测实时直观，通过将地下管线的实时监测数据与地下管线三维场景相结合，在地图场景中更为直观真实反映现实运行状况。第二，监测结果可靠，地下管线监测数据的预测和预警是基于地下管线在线监测数据和警情处置的基础上，利用人工智能技术对地下管线的运行情况进行预测和预警，人工智能的学习依赖于大量的地下管线运行数据，具有很高的可靠性。第三，预警及时，利用物联网技术对地下管线的运行状况进行实时监测，管理人员可以实时掌握地下管线的运行情况，能够做到早发现早处置，减少事故发生。第四，事故处置智能化，通过人工智能技术建立地下管线事故处置模型，利用模型计算出若干处置方案，确保处置方案有效性，通过vr技术也可以实现现场的模拟处置。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。