专利名称：遥感和通信系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及为了提供一种平台和装置而实施封闭区(enclosure)进入的系统和方法，其中所述平台和装置用于对在封闭区内或者封闭区周围的环境或者程序参数进行感应以及无线地发送这些参数至远点。
背景技术：
卫生和污水系统的运行正变得越来越昂贵并且面临着令人畏缩的环境、社会和管理机构的压力。管理卫生系统的机构和组织面临着复杂而且花费巨大的问题。卫生系统管理者所面临的三个主要问题在于污水溢漏、治理失败、以及非法倾倒。这些问题中的前两个问题通常造成污染物不受控制地溢漏到环境中，引起环境破坏、健康威胁、以及昂贵的清理和减排费用，而第三个问题则分别对治理系统、环境、和卫生管理者无法控制的责任产生了潜在的危险。污水溢漏对于那些对管理废物处理和治理负有责任的机构和组织来说正变得更加普遍并且更加昂贵。增加的人口让污水系统承受严峻的压力，系统正变得老化并且变得更加容易泄漏和溢漏，并且包括清理、减排的溢漏费用以及来自管理机构的罚金都暴涨。由Brown andCaldwell 工程公司作出的题为 “What，s a Spill Worth , or a BriefLook atCommunity Values”的一份近期市场分析调查了加利福尼亚的676个污水机构以获得避免溢漏的经济价值。调查的结果显示，例如对于溢漏数量级为1000加仑的机构愿意花费每加仑10美元来避免这些溢漏。对于更大的溢漏，机构则愿意花费500，000美元到超过一百万美元来避免溢漏到达例如河流、湖泊或海洋之类的受水区。对于卫生机构来说由于污水溢漏特别是在污水量大或到达受水区的情况下而被罚款几百万美元并不是罕见的事情。污水溢漏还给管理机构造成严重的公共关系问题，并且污水回到住宅和商业设施造成该机构负有严重责任并花费昂贵费用和大量时间来清理也并不罕见。污水溢漏由许多问题造成，但是有三个主要的原因被经常提到由于在食物或者工业加工中使用脂肪、猪油或油脂的餐馆、其它商业企业或居民非法倾倒而形成油脂累积；由植物根茎的侵入或者管道的破裂引起的污水管中的结构问题，通常由于下水道中被扔进类似碎布之类的物体而使管道破裂更加严重；以及通常在高降雨量或径流量时发生的由向系统的泄漏而引起的“渗透和流入”、溢出。污水溢漏通常起始于阻塞的或者由于高流量而满负荷并溢流的管子。目前，还没有具有实用价值的早期预警系统来为系统管理者提供在溢漏发生以前对溢漏进行预防的成本效率高的装置。典型地，溢漏被公众所检测到是通过偶然观察到水流出检查井(manhole)或者排污管道附近或上面地面的潮湿区域有气味。到污水溢漏被公众注意到的时候，已经太晚了一一溢漏已经发生，问题只是已经有多少污水溢漏到环境中，溢漏是否已到达干净的受水区，需要花费多少钱和花费多长的时间才能解决这个问题以及将会有多少罚款。卫生机构的第二个主要问题就是由于污水治理工厂的有益治理细菌的消灭而产生的治理的损失。治理过程的一个共同部分就是利用细菌天然地分解废水中的有机材料。如果流入的废物对有益细菌有毒，则在没有预警的情况下就会发生细菌的大量死亡，而污水会溢漏，不然就是在不知道是处理过还是未处理过的情况下被排出。对流经污水搜集系统到达处理工厂的有毒材料提供早期预警的装置能够为管理者提供这样的选择一一将流入的水流转移到一个存储池直到有毒材料废物消散，这对于卫生行业而言是很有用并且很重要的。此外，如果有毒材料的源头能被确定，那么有毒材料的源头会被阻止或者酌情罚政。此外，将物体非法倾倒入检查井是一个普遍存在的问题。问题的源头是面临巨额危险废物处理费用的商业企业的非法操作或者仅仅是故意破坏，其中的危险废物包括以卡车运输的污水和腐烂物。违法药物试验废物的秘密倾倒是问题的另一个源头。与其在合法的倾倒站支付大量费用，不如将包括腐烂物在内的若干卡车的危险废物非法运送到偏僻的检查井，这样可以倾倒大量物质而不太可能被检测到或者被检举。这种进入污水系统的不受控制的倾倒是卫生行业的首要问题，因为污水系统管理者最终要对什么东西被倒入他们的系统负责任并且管理者几乎没有机会抓住或者防止非法倾倒。非法进入检查井已经迫使一些卫生机构焊死其检查井，这有效地防止了非法进入，但是在此同时造成了一些操作上的问题，包括延迟或者耽搁养护或者在紧急情况下严重耽搁了通过检查井盖进入检查井。目前存在监视检查井中水面以及水流的方法，例如Hach (Loveland, CO) Sigma1000和Marsh-McBiney Flo-Dar系统就是两种这类产品。这些方法具有如下问题中的一个或者多个Ca)安装需要进入检查井，因此费用很高而且进入检查井具有更高的安全风险；(b)系统需要有线通信，因此需要在检查井周围掘沟；(C)系统要求连续的120伏特交流电源，因此需要在检查井周围掘沟；(d)整个安装是昂贵的，因此将这些系统的布置仅仅限制在几个选择的检查井。一个小的城市拥有5，000到10，000个检查井，而大的城市拥有多于100，000个检查井。为了提供广泛的覆盖面，每个检查井所花费的总体成本必须是合理的。显然，确实存在着对一种提供早期预警系统的低成本且坚固的系统和方法的需求，其中早期预警系统消除了卫生管理者所面临的一些问题和费用。这种系统应该是便宜的以便于它被广泛布置，它提供了大面积通信，并且它足够迅速从而给管理者以足够的时间反应，并且在灾难性的疏忽发生并影响社会和环境之前防止其发生。这种系统还可以是用于包括入侵警告、封闭空间(例如气体)监视、水质量监视、流量监视、以及环境或污染监视在内的多种用途的不同传感器的平台，并且通过广泛覆盖市内区域的分布，除了检查井监视以外这种系统还具有多种用途。
发明内容
本发明提供了将独立电源、电子系统、通信系统、计算能力以及传感器结合成一种低成本低功率装置的系统和方法，所述装置被直接集成并安装至类似检查井盖之类的封闭区挡板上从而提供对封闭区内或者封闭区挡板周围所出现问题的感应和快速早期预警。具体地讲，本发明包括提供从装置到系统的远程用户之间的通信的通信单元；为装置提供恒定可靠的功率的电源；能够监视传感器输入并且控制通信和装置运行的微控制器；提供了为通信装置、微控制器、和传感器提供适当的功率和电流的装置的电子系统；以及监视封闭区内部的或者封闭区附近的参数的传感器。本发明还提供了低成本低工作量的安装和维护程序。不同于在某一地点进行昂贵耗时的掘沟来供电和提供通信，本发明提供了一种功耗特别低的装置，因此能够使用现有成品的小规格电池组来提供几个月的不间断运行，并能够进行无线通信从而消除了对有线的需要。根据本发明的系统和方法还提供了如下优点(a)几个月的独立运行而不需要外部电源，尽管在外部电源可用的时候可以使用外部电源；(b)易于集成和安装至类似检查井盖之类的封闭区挡板，因此不阻碍对封闭区挡板的操作并且不需要为了安装而实际进入封闭区内；(c)从远点到可能包括计算机和电子邮件、个人数字助理、电话、手机、以及寻呼机在内的各种实时接收器的快速而且可靠的通信；(d)在超过传感器阈值或者开关跳闸的时候立即发出警告；(e)以足够短的时间间隔对封闭区内或封闭区周围的各种情况进行监视，从而提供了充足的时间来及时通信和反应以防止应该阻止的活动，例如污水溢漏或非法进入。在优选实施例中，本发明为卫生系统管理者提供了一种新的方法，这种方法可以日常地监视和检测溢漏、预期溢流、检测对检查井的非法进入，以及监视污水系统的类似水流、水平面、气体容纳物以及污水容纳物的其它环境或者程序参数。此外，本发明迅速地检测溢漏以产生反应，因此减少对环境的破坏，其中包括对类似溪流、湖泊或海洋之类的受水区的潜在的污染。此外，本发明可以为那些对在其系统中发生的溢漏负有严格责任的卫生系统管理者减少费用。由于该系统被直接集成到检查井的盖子上，所以在检查井管道自身内部不用进行安装而且没有必要进入检查井，这进一步降低了安装的风险和成本。在另一个实施例中，本发明可作为用于封闭区周围环境的监视器使用。例如，当安装在检查井的盖子的下侧时，本发明还可以用于监视街道交通、城市空气质量、或者其它环境参数。本发明更为一般地可作为一套传感器的传感器平台，其中这套传感器指向了检查井下面的区域、检查井上面的区域、或者这两个区域。本发明的前述的以及其它特征和优点通过参考说明书、权利要求以及附图将变得更加明显。
通过以下对本发明的示例性的实施例的详细描述，结合附图，本发明将被更好地理解，其中在附图中相同的参考数字代表相同的部分，其中图1示出了本发明的一个实施例的示意框图；图2示出了典型的检查井盖的示意图，其中装置和天线被直接附于检查井盖上；图3示出了外壳内的电池、电子系统、倾斜传感器以及通信系统的布局的俯视图；图4示出了外壳内同一布局的侧视图，其中包括了超声波传感器；图5示出了安装在检查井盖上的天线的示意图；图6A示出了本发明的一个实施例中的倾斜传感器的流程图；图6B示出了本发明的一个实施例中的测距传感器的流程图。
具体实施例方式本发明提供了将独立电源、电子系统、通信系统、计算能力以及传感器结合成一种低成本低功率装置的系统和方法，所述装置被直接集成并安装至类似于检查井盖之类的封闭区挡板上从而提供对封闭区内或者封闭区挡板周围所出现问题的感应和快速早期预警。传感器包括，但是并不限于，水平面传感器、流量传感器、压力传感器、测距传感器、被防水材料保护的超声波测距检测器、气体传感器、气味传感器、温度传感器、类似摄像机还有照相机之类的光学监视器、或红外线传感器。此外，传感器可以物理上与检查井盖分离并且被安装在检查井的壁或者底上。例如具有与外壳联系的红外线或超声波装置的浮控开关被远程地定位在检查井底部。在浮控开关的情况中，在开关随着液面上升而闭合之前是没有能量消耗的，因此节约了能量，例如电池的能量。另一些类型的传感器可以物理上与检查井盖分离并且通过封闭区内或者检查井内的有线或者无线装置与外壳通信。本发明包括提供从装置到系统的本地或者远程用户之间的通信的通信单元；为装置提供恒定可靠的功率的电源；能够监视传感器输入并且控制通信和装置运行的微控制器；提供了为通信装置、微控制器、和传感器提供适当的功率和电流的装置的电子系统；以及监视封闭区内部的或者封闭区附近的参数的传感器。本发明还提供了低成本低工作量的安装和维护程序。不同于在某一地点进行昂贵耗时的掘沟来供电和提供通信，本发明提供了一种功耗特别低的装置，因此能够使用现有成品的小规格电池组来提供几个月的不间断运行，并能够进行无线通信从而消除了对有线的需要。太阳能电池或者利用直接电气连接或电容式或电感式连接从一种便携装置上进行再充电的可再充电电池同样也能提供能量。微控制器用定义了系统工作状态的指令集编程。这些定义了的状态包括，但是不限于，初始测试模式、现场安装模式、正常工作模式、变化报告频率、变化采样频率、返回当前状态模式、返回历史数据模式、复位历史数据模式、变化位置文本串、变化警告目标地址串、复位通信通道、启用或者禁用警告以及发送消息至系统用户。这些命令来自系统用户提供的手动命令或者来自应用服务器计算机中运行的自动脚本。除非另行指出，否则以下术语具有以下意思术语“检查井”以其最宽的意义包括而不限于地下穹顶室(例如下水道检查井或公用设施穹顶室)、以及任何其它地上或地下的封闭区域，其中该封闭区域具有在可被监视的封闭区域内或附近的仪器或材料或方面。术语“检查井盖”将以其最宽的意义包括而不限于用于地下穹顶室(例如下水道检查井或公用设施穹顶室)的盖子、以及用于任何地上或地下的封闭区域的封闭区挡板(例如门或墙)，其中该封闭区域具有在可被监视的封闭区域内或附近的仪器或材料或方面。术语“硬件封装”将以其最宽的意义包括而不限于盒子及其容纳物，其容纳物拥有以下物体的一些或全部电子系统、电源、输入/输出连接、通信装置、微控制器、传感器、以及任何用于使盒子加固、防潮、防水的环境材料。术语“应用服务器计算机”将以其最宽的意义包括而不限于计算机和通信系统，其中该计算机和通信系统可从已安装的现场单元接收消息并且将该消息发送至邮件地址、寻呼机、个人数字助理、手机、以及责任方的其他通知装置。这个服务器还可以将来自系统用户的命令发送到已安装的现场单元。该服务器还提供警告确认、统计记录保持、客户管理、报告生成、维护记录保持和警报、以及安全管理。应用服务器计算机还可以将简捷的机器到机器消息翻译成一种可被系统用户理解的格式。术语“系统用户”将以其最宽的意义包括而不限于利用该系统在其感兴趣的区域内对变化的环境和程序参数进行感应和监视的人，例如卫生设施的管理人员或操作人员。术语“警报”将以其最宽的意义包括而不限于发给系统用户的消息，该消息用以提醒用户他们的系统中的重要情况。术语“已安装的现场单元”将以其最宽的意义包括而不限于在类似于检查井盖之类的封闭区挡板上安装的硬件封装，其包括天线以及该单元以其预期的方式运行所要求的所有传感器。本发明的核心部件就是这个仪器化的检查井盖。这个仪器化的的检查井盖将电源、通信系统、电子系统、(一个或多个)微控制器、以及传感器集成为一个可以很容易地安装到检查井盖上的紧凑的低功率低成本的封装，于是为传感器提供了可以在检查井盖下面或里面或者检查井盖上面或外面运行的通用的平台。这个仪器化的检查井的目的是为了传送关于检查井附近的环境的被监视的方面的紧急的或者时间敏感的信息。虽然在此讨论的优选实施例包含了对污水的监视，但是本发明还能够被应用于但不限于关于包含重要资产的封闭区域或者可以被用于监视该封闭区外部环境的封闭区域的任何监视应用。我们假设的是，通常这个被监视的区域很难被供电和被提供有线通信。本发明将在下文中通过参考附图予以描述。图1示出了所述系统的优选实施例的构成。参见图1，所述装置的主要硬件构成被集成至一个单个的外壳10中，所述外壳10被固定于类似于检查井盖、封闭区盖、门、窗、墙之类的装置的下边，并且所述外壳10包括具有充足的容量从而可以提供至少几个月的电能并且可以通过低电压功率转换器14为数字微控制器12和双向无线电模块13供电的高容量电池11 (但是该电能也可以由标准交流线路电源或者其它电源提供)。所述数字微控制器12通过数字连接15与双向无线电模块13进行通信。用于硬件包10的外部传感器的通信端口要么通过模数(A/D)转换器16由提供模拟输出的诸如温度、压力、化学、或者其它的可变参数传感器21来提供，要么直接配置在数字微控制器12上由提供数字或开关信号的测距和位置传感器22或者入侵警报传感器23来提供。数字微控制器12具有用来控制类似阀门或执行机构24之类的控制输出装置的输出端口。双向无线电模块13通过无线电波30 (然而该通信也可以通过地上通讯线完成)经由全球范围或国家范围的无线电网络、或经由现有的本地无线电网络40来进行通信。该无线网络40随后通过有线或者无线的方式与由网络供应商提供的中心服务器50通信并且接收从外部天线(该天线被设计并在很接近检查井盖金属表面的地方工作)发送来的参数。该中心服务器50通过英特网连接60与应用服务器计算机70通信，其中应用服务器计算机70保留了系统运行的数据库81以及包括用户界面90在内的用于系统的应用逻辑82。该用户界面包括多种装置或方法，包括但不限于，寻呼机、手机、经由电子邮件的个人桌上电脑、使用无线连接的笔记本电脑、地上通讯线电话、以及音频和视频警报。此外，一个附加的天线可放置于检查井盖底面用来通过地面与中心服务器直接通信或者用于检查井盖倒置的情况。在替换实施例中，来自多个检查井的数据或信息被编译。该信息可利用对通过共享的、大范围的通信系统发送到应用服务器计算机的警报进行局部地调整的本地无线、有线、红外线、或者声学通信系统来进行编译。该应用服务器计算机还可以提供发送到系统用户的警报并且可以在数据库中建立警报状态。依次地，系统用户可以确认警报，该警报通知已安装的现场单元或外壳，并且可以在应用服务器计算机数据库中记录该确认。数据库随后被访问以确定系统用户对警报的响应。此外，已安装的现场单元可以通过改变作为一年中的时期函数采样之间的时间、来自应用服务器计算机的手动命令、或者对每隔一段时间测量到的物理情况的观察来节省电池能量。作为应用于下水道入孔盖的本发明的优选实施例将在下文中予以描述。该实施例并不用于限制本发明而仅仅作为本发明的应用和使用的说明性的例子。本发明的优选实施例包括两个主要的传感器可以检测检查井盖自静止位置的移动的倾斜和加速度(加速度计)传感器，以及用于检测污水检查井中的水平面的超声波测距装置。此外，光学装置、接触开关和磁性开关可被采用来检测检查井盖是否被移动或者打开。电源、通信系统、电子系统、微控制器以及传感器全部被组合到一个小盒子一“外壳”中，该外壳被直接固定于检查井的底部而不阻碍检查井盖的打开或者不需要进入检查井进行安装。系统的主要的构成在图2中示出。典型的检查井盖100由钢铁或者铸铁制成，并且如果它们是“交通适用”，也就是说能够支撑道路上的道路交通工具，那么它们很重而且是粗糙的并且包括位于盖子底部的支撑叶片120。外壳110利用旋进检查井盖的一个安装支架安装在检查井的底部，或者用螺杆直接安装在检查井盖上，或者利用交通适用环氧树脂粘合在检查井盖上。外壳110足够小到可以被检查井肋120保护而不被挤压或者不从检查井肋伸出来。外壳的唯一外部连接就是天线130，该天线通过在检查井盖上钻的小孔进行连接。天线电缆140将外壳110连接到外部天线130，外部天线能够将参数发送到通信装置，例如手机、寻呼机、个人数字助理、或者个人电脑。图3示出了外壳200的构成的优选示意布局的俯视图。硬件的所有构成被封装在(例如由位于明尼苏达州安诺卡的Hoffman公司生产的)NEMA-4或者粗糙的并且能防水的且环境密封的更高等级的封装210内。在图3中，高容量电池220被选择为在一定体积下最大化电池的amp-hour (A-H)容量。典型的可用于本发明优选实施例的电池是一次性锂电池。例如10A-H的6伏供电可以由现有成品(例如Duracell 公司的Duracell LithiumModel 245)的四级3伏AA锂电池对并联构成。外壳200的整个目标典型的定额安培值为2毫安(mA)，大约10A-H容量的电池组足以为多于6个月的不间断运行提供能量。典型的碱性电池是一种替换的原电池类型。虽然原电池220是一种低成本、小封装体积应用选择下的电源，但是本发明并不限制于这种类型的电源。如果外部交流或直流电源确实可取，它也可以作为替换物，或者可再充电电池(例如镍氢电池)可被用于与来自类似太阳能电池之类的适配器的低电流涓流充电相连接，从而在白天对电池进行充电。图3中的高容量电池220通过低电压功率转换器260为硬件包中的数字微处理器240和双向数字无线电模块250这两个源供电。典型地，电池220是6伏的，而微处理器240和双向无线电模块250在更低的电压下工作。工作电压被最小化，并且为了节省能量在可能的时候硬件会进入“睡眠”模式。在优选实施例中，微处理器240是(Parallax 公司的)Basic Stamp 2pe,而双向数字无线电模块250是(Advantra 公司的)Karli ReFlex传呼单元。同轴连接器电缆270被连接到Karli单元250，这个连接器通向安装在检查井盖上的外部天线。Karli单元250具有测量周围环境温度和输入到寻呼机的电压的能力，因此提供了额外的可被微处理器报告并存储的感应能力。低电压功率转换器260、Karli双向寻呼机250、以及微处理器240都安装在单个印刷电路(PC)板230上。倾斜和加速度传感器280同样被安装在该PC板上。倾斜和加速度传感器280充当开关，它不是打开的(通常状态)就是闭合的(传感器被倾斜或者加速的时候)。倾斜和加速度传感器280的状态典型地每秒钟被检查一次，但是这个频率是可变的并可以根据具体应用而定。如果倾斜和加速度传感器280的状态被发现是闭合的，那么信号通过寻呼机250被发送到无线网络并且这个闭合状态的时间和日期被保存在微处理器240中。图4示出了外壳300的侧视图，它与显示俯视图的图3相似。电池310给外壳供电。为电子板320上的微处理器330和双向寻呼机340、以及超声波测距传感器350供电。低成本超声波测距传感器的一个例子就是(Parallax 公司的)PING超声波传感器，它提供了最大范围大约为11英尺的范围信息，这覆盖了检查井深度的主要部分。不会不利地影响超声波传感器350的性能的不透水(waterproof)或防水(water resistant)盖360被放置在超声波传感器前面。在大约每十分钟一次的间隔内，超声波传感器350被打开并且利用超声波370对距离进行测量。如果得回的距离结果与常规值不同，信号通过寻呼机340发送到无线网络。图5示出了本发明实施例中安装在检查井盖400上的天线。检查井盖上钻了一个小孔，而直接连接到外壳内的寻呼机的同轴电缆410则来自检查井盖底面并且连接到低剖面带状天线420。带状天线420通过典型地为Imm到5mm厚的电介质隔板430从检查井盖的上表明突出来。隔板、带状天线、以及连接线被共同地包裹在用于将反射器粘贴到路面的那种类型的交通适用环氧树脂440内。在本发明的优选实施例中，无线电信号通过商业双向寻呼网络发送，已知的商业双向寻呼网络有摩托罗拉 公司生产的ReFLEX。ReFLEX网络提供了安全、稳定的双向通信方法——使用频率在900MHz到1000MHz范围内的信号。ReFLEX网络包括空间分布式(geographically distributed)收发器,其不仅通过无线电与已安装的现场单元通信,而且通过有线连接与英特网通信。这使得来自任何英特网连接的系统(例如应用服务器计算机)的通信可以可靠地与已安装的现场单元进行通信。ReFLEX网络协议被美国寻呼载波协会(American Association of Paging Carriers)批准许可。ReFLEX 通信具有宽空间分布、一般优先于蜂窝覆盖以及月成本低的优点。ReFLEX网络不需要支持已安装的现场单元和应用服务器计算机两者的复杂软件。ReFLEX系统被设计成传递定义了特定的状态信息的简洁的数字消息，例如安全警报或者过高的水面。该信息可被传送并被编码成一字节或两字节的信息。该信息被标记上唯一的识别已安装单元编码所以并不需要进一步的识另IJ。应用服务器将简洁的一字节或两字节信息重新转化格式成一种对系统用户而言更加信息化的消息。十六进制的“C5”可能被解释为“安全进入警报”，而唯一的已安装单元编码“345123”则可能被解释为“主街道的5400街区”。这种结合的消息可以通过电子邮件或者短消息(SMS)以文本消息发送到手机、寻呼机、或者由系统用户监视着的基于监视控制与数据采集(SCADA)系统的计算机。使用ReFLEX网络来以连续的、空间上独立的方式迅速通知责任方就是目的。在仅仅是本发明的一个可能的配置和应用的本发明的优选实施例中，通信按照以下作为例子的而不是用于限制的方式中的一种方式发生。首先，作为缺省状态，给定的检查井盖上的每个已安装的硬件包每天发送两次状态消息至应用服务器计算机。该消息的目的在于使得用户确信每个已安装的硬件包和支持的无线通信系统正良好地运行着。参见图1，如果这个来自已安装的外壳10的预期的消息没有及时地出现，维持警报被从应用服务器计算机70发送至系统用户，表明了不是通往该点通信网络就是位于该点的设施存在潜在的问题。这个消息的第二个目的在于发送标称运行参数，包括但是不限于该点的温度历史、该点的无线信号电平历史、以及电池电压或输入电压电平。第二，系统用户可以向已安装的硬件包发送消息，实质上是要求其发送给系统用户已安装的硬件正在正常运行的响应。第三，系统用户可以要求已安装的硬件包将存储在微处理器存储器中的数据发送回来，这些数据包括但不限于温度历史、电池电平、无线信号电平、警告类型和时间、以及传感器的当前状态。第四，系统用户可以向安装地点发送消息以改变运行参数，所述参数包括但不限于警告阈值、报告频率、询问传感器频率、标称检查井深度、维护消息和警报的地址以及已安装的现场单元的地址。第五，已安装的现场单元可以基于前面的情况向无线网络发送自己产生的维护消息或警报消息。以下将讨论关于维护消息和警报是怎么被发送的一个例子。作为例子，在本发明的优选实施例中使用了两种传感器用来在检查井盖倾斜或从静止位置移开的时候发出警告的倾斜/加速度传感器，以及检测检查井中水面高度的超声波测距检测器。以下的程序是用来例举说明的——它们也可以以不同的方式处理，并且以下的描述不用于限制本发明的范围。图6A示出了根据倾斜传感器的状态发送警报的流程图和逻辑。倾斜传感器是做为开关的一种二进制装置。当倾斜传感器处于通常情况时，它是打开的。当它被倾斜或者加速时，它是闭合的。倾斜传感器的状态被读取500。如果倾斜传感器是打开的510，则微控制器等待一秒种530 (但是任何大于微处理器时钟周期的时间间隔都可以使用)并且再次读取倾斜传感器。频率足够高到可以确保在检查井盖被移动的时候倾斜传感器将捕捉到这个状态变化。如果倾斜传感器读取出来的结果是闭合的520，则该事件的时间和日期被记录在微控制器中并且警报被根据事先约定的协议发送至寻呼网络系统从而发送到系统用户，该协议包括例如在非法进入时的执法。一分钟以后531 (但是这个时间段可以更长或者更短)倾斜传感器再次被读取并且程序重新开始。图6B示出了根据对超声波测距传感器的读取来发送警报的流程图。由于超声波传感器消耗能量，所以它只有在使用的时候才打开。这在图6B中显不为540。一旦超声波传感器被打开,它立即进行测距操作550。至少存在四种测距结果结果是“在范围内”551，意思是，例如，测量符合存储在微处理器中的到未淹没的检查井底部的预期距离值；结果是“低”552，意思是距离比预期短，表明了可能的淹没情况；或者结果是“高”553或“最大范围”554，两种情况都暗示超声波传感器没有正常运行并需要维护。在“在范围内”551的情况下，超声波传感器被关闭560并在10分钟后进行另一测量570(但是这个时间段可以是大于微处理器周期时钟的任何时间段)，并且程序重复。这是正常的并且是预期的情况。在“低”测量值552的情况下，进行了重复测量580从而检查了这个“低”测量值并且减少了错误测量事件的发生。如果测量返回还是一个低测量值582，那么警报被根据事先约定的协议发送至网络590从而发送到系统用户，系统用户包括但不限于例如系统管理者的寻呼机和手机以及系统用户的电子邮件。如果重复测量580返回的是“在范围内”，那么就假定先前的测量发生了错误，超声波传感器被关闭560，标称的10分钟等待期间重复570，并且程序重新开始。这个重复的测量过程可以无限制地发生任何次数从而降低错误测量发生的可能并且追踪作为时间的函数的检查井的正在上升的水。在暗示了并不太可能发生的标称范围增大了的“高”测量值553或者“最大范围”测量值554出现的情况下，维护消息被根据事先约定的协议发送至网络555从而发送到系统用户。虽然前述发明已经通过为了清楚和理解的目的而进行的说明和举例而给予了一定的详细描述，但是显然的是本领域技术人员根据公开的内容可以对此进行变化和修改而不偏离所要求的权利要求的精神和范围。
权利要求
1.一种遥感系统，包括外壳，其直接连接至检查井盖，所述外壳具有用于传感器的通信端口，所述传感器对所述外壳周围的参数进行监视；在所述外壳内部的微控制器，所述微控制器用于将所述参数通过数字连接传送到双向无线电的无线电模块；连接器电缆，其连接到所述双向无线电的无线电模块，所述连接器电缆通向用来将所述参数发送到通信装置的外部天线；电源装置，其用来为所述外壳供电；和检查井盖之上或之外的至少一个传感器，用于感测从由街道交通、空气质量、环境参数或其组合所构成的组中选择的一个或多个参数。
2.一种遥感系统，包括连接到检查井盖的下侧的外壳，所述外壳具有用于传感器的通信端口，所述传感器监视所述外壳周围的参数；位于所述外壳内的微控制器，所述微控制器用于将所述参数通过数字连接传送到双向无线电的无线电模块；连接器电缆，其连接到所述双向无线电的无线电模块，所述连接器电缆通向外部天线， 所述外部天线用来将所述参数发送到通信装置进而提供从所述检查井盖到实时接收器的快速而且可靠的通信；位于所述外壳内的警告器，当所述传感器的预定阈值被超过的时候所述警告器与所述通信装置进行通信；和电池，其用来为所述外壳供电，其中，所述微控制器自动地或者响应于外部要求发送自己产生的维护消息。
3.如权利要求2所述的系统，其中从包括倾斜传感器、加速度传感器、和测距传感器的组中选出至少一个传感器。
4.如权利要求2所述的系统，其中所述参数是环境或程序参数。
5.如权利要求2所述的系统，其中从包括手机、寻呼机、个人数字助理、以及个人电脑的组中选出所述通信装置。
6.如权利要求2所述的系统，进一步包括中心服务器，用来接收从所述外部天线发送过来的参数，所述中心服务器与存储了所述参数的应用服务器计算机通信。
7.如权利要求6所述的系统，进一步包括位于所述检查井盖的底面的附加的天线，所述附加的天线被用于通过地面直接与所述中心服务器通信。
8.如权利要求2所述的系统，其中所述外壳被安装在一个装置上，从封闭区盖、门、窗、 墙、以及检查井盖所组成的组中选出所述装置。
9.如权利要求2所述的系统，其中从水平面传感器、流量传感器、压力传感器、测距传感器、超声波测距传感器、气体传感器、湿度传感器、温度传感器、以及光学传感器所组成的组中选出至少一个传感器。
10.如权利要求2所述的系统，其中至少一个传感器对所述检查井盖是否被移动了进行监视，并且如果所述检查井盖被移动了，则所述警告器被触发以通知用户。
11.如权利要求10所述的系统，其中如果存在进入检查井盖的情况，所述警告器向用户发出警报。
12.如权利要求10所述的系统，其中所述外壳被装配在现有检查井盖上。
13.如权利要求10所述的系统，进一步包括微控制器上的输出端口，用以控制输出装置。
14.如权利要求13所述的系统，其中从阀门和执行机构所组成的组中选出所述输出装置。
15.如权利要求10所述的系统，进一步包括测距检测器，用来测量所述检查井中的水 的高度。
16.如权利要求15所述的系统，其中如果所述测距检测器检测到所述检查井中的所述 水的高度高于一个预定水平，则警报被发送至用户从而通知用户在所述检查井盖处可能有 倾倒。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述预定水平被设置在所述微控制器中。
18.如权利要求2所述的系统，其中所述微控制器采用定义了工作状态的指令集来编 程，并且从初始测试模式、现场安装模式、正常工作模式、变化报告频率、变化采样频率、返 回历史数据模式、复位历史数据模式、变化位置文本串、变化警告目标地址串、复位通信通 道、启用警告、禁用警告以及发送消息至系统用户所组成的组中选出所述工作状态。
19.如权利要求2所述的系统，其中至少一个传感器物理上与所述检查井盖分离并且 被安装在所述检查井的壁或者底上。
20.如权利要求2所述的系统，还包括数模转换器，用于通过至少一个通信端口来与模拟外部传感器通信。
21.如权利要求2所述的系统，其中，微控制器、低电压功率转换器、双向无线电的无线电模块以及倾斜和加速度传感 器被安装在单个印刷电路板上。
22.如权利要求2所述的系统，该系统包括测距检测器，用来测量所述检查井中的水的高度，所述测距检测器至少提供“在范围 内”的测量结果、“低”的测量结果、“高”的测量结果和“最大范围”的测量结果。
23.—种遥感系统，包括连接到检查井盖的下侧的外壳，所述外壳具有用于传感器的通信端口，所述传感器监 视所述外壳周围的参数；位于所述外壳内的微控制器，所述微控制器用于将所述参数通过数字连接传送到双向 无线电的无线电模块；连接器电缆，其连接到所述双向无线电的无线电模块，所述连接器电缆通向外部天线， 所述外部天线用来将所述参数发送到通信装置进而提供从所述检查井盖到实时接收器的 快速而且可靠的通信；位于所述外壳内的警告器，当所述传感器的预定阈值被超过的时候所述警告器与所述 通信装置进行通信；电池，其用来为所述外壳供电；和在通常情况下处于第一状态的倾斜传感器，其中如果所述倾斜传感器在所述第一状态下被读取，则所述微控制器等待大于微处理器的时钟周期的时间间隔，随后再次读取所述倾斜传感器，并且如果所述倾斜传感器在第二状态下被读取，则确定所感测的第一状态已经变化，从而所述警告器与所述通信装置进行通信，并且所 述倾斜传感器被再次读取且所述倾斜传感器的工作工程重新开始。
全文摘要
提供了一种实施检查井封闭区进入的遥感系统和方法，从而为感应封闭区内或封闭区周围的环境参数并无线地将这些参数发送到远点提供了平台和装置。该系统包括具有能对检查井附近的环境参数进行监视的传感器的外壳(10)。外壳中的微控制器(12)发送参数至无线电模块(13)，无线电模块(13)将这些参数发送到通信装置从而提醒用户检查井已经被影响。
文档编号G01F15/06GK103035101SQ201210464609
公开日2013年4月10日 申请日期2006年5月19日 优先权日2005年5月20日
发明者戴维·A·德雷克, 格雷戈里·M·奎斯特 申请人:哈德罗耐克斯有限公司