地下管线周界侵扰预警系统的制作方法
【专利摘要】一种地下管线周界侵扰预警系统，用于对地下管线周边侵扰事件的监测和报警，包括光缆、现场报警器和报警管理中心主机，其中，光缆沿地下管线的附近布置；现场报警器设置于地下管线的沿线，包括光纤损耗测试模块、数据采集与存储模块、数据远传模块、第二报警模块和电源，报警管理中心主机包括数据库、第一预警模块和第一报警模块。本发明检测光缆沿线各点的损耗数据并进行分析处理，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，并根据分析和判定的结果进行报警。本发明只有对光缆直接造成损伤或截断后才会预警和定位，具有结构简单、误报概率小等优点，特别适合地下管道的应用场合。
【专利说明】地下管线周界侵扰预警系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种安全预警系统，具体涉及一种用于市政工程的地下管线周界侵扰预警系统，属于安全监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]现代城市具有庞大的地下管线网络，承担着整个城市燃气、电力、给排水、通信等输送任务，成为城市正常运行的生命线。随着城市建设的发展，尤其是城镇化的推进，各种住宅、桥梁、隧道的建筑工地星罗密布，城市地下管线被建筑机械破坏的事故层出不穷。一旦发生管线被损事故，则后果就十分严重，因此有必要对正在运行的地下管线进行检测，从而对管线受损事故及其苗头及时提出预警。
[0003]然而长期以来管道传输业为维护管道传输的完整性和安全性而采取的探测、检测技术均不十分可靠和有效，其主要原因是缺乏有效的防护手段和报警设施，现有的检测往往无法确定故障出事地点，当泄漏物漏出地表，有明显的迹象且污染环境或发生重大事故后才被发觉或管道已经遭到破坏后才发现。目前传统的管道探测方式有两种:一种是分离式，一个探测器只能测试一定区域内的情况，但管道传输往往数百公里，要想不留下探测的空白区，需花费大量的投资和维修费用；另一种是不间断的带有传感器的探测系统，其需在管道内壁安装特殊的电缆，很难维护，而且不可避免地受到环境的污染和电磁波的干扰。
[0004]目前在安全防御领域出现了一种“周界防范报警系统”，所谓“周界”是指住宅小区的围墙、天然的河道等，也可以是人为划分的某个特定的区域或界限，例如机场、军事基地、武器弹药库、监狱、银行金库、博物馆、发电厂、油库、厂区、医院、学校幼儿园、家庭住宅等处。周界防范的手段就是利用周边设置的报警器，对外来事物的非法接近、滞留和入侵该防护区域发出报警。现在此类系统主要分三类:振动电缆周界预警系统、泄漏电缆周界预警系统和光纤周界报警系统，然而它们都存在着许多这样或那样的不足。
[0005]所述泄漏电缆周界预警系统和振动电缆周界预警系统属于电缆传感，传感部分都是有源的，系统功耗很大；此外，其可监测的距离较短、单位距离成本高，在需要进行长距离监测的情况下，系统造价高昂；另外，传感器单元的寿命较短，长时间连续使用，维护成本较高；再者，系统易受各种干扰:电磁干扰、信号干扰、串扰等，导致灵敏性下降，误报率、漏报率上升；最后，对于大范围监控以上系统本身没有定位功能，遇上入侵行为，无法定位，这意味着无法及时、准确地确定危险地点，无法及时采取制止措施阻止侵入行为。
[0006]所述光纤周界报警系统的面世，克服了上述电缆传感系统的缺陷，光纤具有造价低廉、耐腐蚀、长距离敷设无须现场供电等优点，该系统利用光纤作为传感传输合一的器件，对直接触及光纤或通过承载物，如覆土、管道等，传递给光纤的各种扰动，进行持续和实时的监控，所采集的扰动数据经过后端分析处理和智能识别，判断出不同类型的外部干扰，如攀爬铁丝网、按压围墙以及可能威胁周界建筑物的机械施工等，实现系统预警或实时告警，从而达到对侵入设防区域周界的威胁行为进行预警监测的目的。目前的光纤周界报警系统都是基于振动测试原理，因此灵敏度较高，能够通过捕捉土壤应力的细微变化来分析和准确判断各种侵害事件的发生，但是其存在有结构复杂、成本高昂的不足，而且灵敏度过高会导致稍有扰动就报警的情况，反而不适用只有设施破坏时才需要报警的情况。
[0007]本发明将周界防范报警系统的原理用于地下管线受损的定位和报警。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，针对地下管道的应用场合，提供一种地下管线周界侵扰预警系统，采用光缆作为传感传输器件，基于光缆沿线损耗的监测，当外界如挖掘机或其它行为直接造成损伤或截断，导致光纤损耗后，才会对该侵扰事件快速进行定位和报警，所述系统具有结构简单、成本相对低廉、误报率小的优点。
[0009]本发明解决其技术问题的方案如下:
[0010]一种地下管线周界侵扰预警系统，用于对地下管线周边侵扰事件的监测和报警，包括光缆、现场报警器和报警管理中心主机，其特征在于:
[0011]所述光缆沿所述地下管线的附近布置；
[0012]所述现场报警器设置于所述地下管线的沿线，该现场报警器包括:
[0013]光纤损耗测试模块，连接所述光缆，检测光缆沿线各点的损耗数据并获得光缆沿线各点空间位置与损耗数据的关系曲线；
[0014]数据采集与存储模块，通过第一编码模块实现与所述光纤损耗测试模块的数据通信，获取所述光缆沿线各点的损耗数据并进行存储；
[0015]数据远传模块，连接所述数据采集与存储模块，将该数据采集与存储模块中保存的损耗数据发送到所述报警管理中心主机；
[0016]第二报警模块，通过第三编码模块与所述报警管理中心主机连接，收到该报警管理中心主机反馈的第一预警信号后进行现场报警；
[0017]电源，提供所述现场报警器中各模块的用电；
[0018]所述报警管理中心主机包括:
[0019]数据库，通过第二编码模块实现与所述现场报警器的数据远传模块的数据通信，接收并保存所述光缆沿线各点的损耗数据；
[0020]第一预警模块，连接所述数据库，分析所述损耗数据并识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，将分析和判定的结果存入所述数据库，并且通过第三编码模块实现与所述现场报警器的第二报警模块的数据通信，将包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第一预警信号反馈至该第二报警模块。
[0021]第一报警模块，连接所述第一预警模块，收到该第一预警模块输送的第一预警信号后进行中心报警。
[0022]作为进一步改进，所述的现场报警器还包括有第二预警模块，该第二预警模块分别与所述数据采集与存储模块、数据远传模块和第二报警模块连接，接收和分析由所述数据采集与存储模块输送来的光缆沿线各点的损耗数据，识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，生成包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第二预警信号，并将该第二预警信号输送给所述第二报警模块，同时将该第二预警信号通过所述数据远传模块和第二编码模输送给所述报警管理中心主机的数据库进行存储；所述第二报警模块收到所述报警管理中心主机反馈的第一预警信号或者收到所述第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警。
[0023]作为进一步改进，所述的第二报警模块同时收到所述报警管理中心主机反馈的第一预警信号和所述第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警。
[0024]作为进一步改进，所述的光缆沿所述地下管线的警示带布设，或者浅埋在地表以下，或者搁置在地表上。
[0025]作为进一步改进，所述的现场报警器安置在与所述地下管线连接的阀井或检修井内，或者安置在该地下管线上方地表的设备箱中。
[0026]作为进一步改进，所述的电源为内置蓄电池或干电池。
[0027]作为进一步改进，所述的电源具有外接电源接口。
[0028]作为进一步改进，所述的现场报警器与报警管理中心主机采用无线方式实现数据通信。
[0029]本发明所述地下管线周界侵扰预警系统将周界防范报警系统的原理用于地下管线受损的定位和报警，与现有用于地下管线的管道探测系统相比，本发明具有测试距离长、定位精确、能耗低、抗电磁干扰、抗腐蚀性强、可靠性和稳定性高等优点；与用于安全防御的光纤周界报警系统相比，本发明对扰动的敏感程度低，只有对光缆直接造成损伤或截断后才会预警和定位，因而具有系统结构简单、误报概率小的优点，特别适合地下管道的应用场
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【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是本发明实施例一的结构原理示意图。
[0031]图2是本发明实施例二和实施例三的结构原理示意图。
【具体实施方式】
[0032]本发明所述的地下管线周界侵扰预警系统用于对地下管线周边侵扰事件的监测和报警。
[0033]下面结合附图和具体实施例对本发明作详细的说明，但下述的实施例并非用来限定本发明的范围，凡依据本说明书的内容所做的等效变化及修改，都应属于本发明专利申请要求保护的范围。
[0034]实施例一
[0035]请参阅图1，图示地下管线周界侵扰预警系统包括三大部分:光缆1、现场报警器2和报警管理中心主机3。
[0036]所述光缆I沿所述地下管线的附近布置，其可以沿所述地下管线的警示带布设，也可以浅埋在地表以下，或者条件允许时也可搁置在地表上。对所述光缆的结构的要求:多芯(易修复)；铠装(有一定刚度，在正常敷设时不易破坏)；刚度也不宜太大以免外力无法破坏。
[0037]所述现场报警器2设置于所述地下管线的沿线，其可以搁置在与被监测地下管线连接的各类阀井或检修井内部，也可以安置在地下管线上方地表的设备箱中，该现场报警器2与报警管理中心主机3采用无线方式实现数据通信。所述现场报警器2包括五大部分:(I)光纤损耗测试模块；⑵数据采集与存储模块；(3)数据远传模块；(4)第二报警模块；
(5)电源。
[0038]所述光纤损耗测试模块连接所述光缆1，用以检测光缆I沿线各点的损耗数据，并获得光缆I沿线各点空间位置与损耗数据的关系曲线。
[0039]所述数据采集与存储模块与第一编码模块连接，通过第一编码模块实现与光纤损耗测试模块的数据通信，获取光缆I沿线各点的损耗数据并存储于数据采集与存储模块内。
[0040]所述数据远传模块连接所述数据采集与存储模块，用以将数据采集与存储模块中保存的损耗数据发送到所述报警管理中心主机3 ;所述的数据远传模块发送损耗数据的频率能够设定，如10分钟、I小时等。
[0041]所述第二报警模块通过第三编码模块与所述报警管理中心主机3连接，其收到该报警管理中心主机3反馈的第一预警信号后在现场报警器2的现场进行报警。
[0042]所述电源提供所述现场报警器2的用电，与现场报警器2的各模块连接；该电源为内置蓄电池或干电池，同时具有外接电源接口，以在条件允许时实现直接外部供电。
[0043]所述报警管理中心主机3包括三大部分:(I)数据库；(2)第一预警模块；(3)第一报警|吴块。
[0044]所述数据库与第二编码模块连接，通过第二编码模块实现与所述现场报警器2的数据远传模块的数据通信，接收并保存检测到的光缆I沿线各点的损耗数据。
[0045]所述第一预警模块连接所述数据库，该第一预警模块分析所述数据库中的损耗数据并识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，之后将分析和判定的结果存入所述数据库；并且该第一预警模块通过第三编码模块实现与所述现场报警器2的第二报警模块的数据通信，将包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第一预警信号反馈至该第二报警模块。
[0046]所述第一报警模块连接所述第一预警模块并接收来自该第一预警模块的第一预警信号，收到该第一预警模块输送的第一预警信号后在报警管理中心进行报警。
[0047]本实施例一的工作原理如下:
[0048]现场报警器2的光纤损耗测试模块以I分钟I次的设定频率检测光缆I沿线的损耗数据，并通过串口协议与数据采集与存储模块实现数据通信和存储，同时，数据远传模块按照3G通讯协议以10分钟I次的频率将数据采集与存储模块中存储的损耗数据存入报警管理中心主机3的数据库，报警管理中心主机3的第一预警模块以10分钟I次的设定频率从数据库中读取损耗数据并分析是否有异常。
[0049]当地下管线周边某处发生侵扰事件造成光缆I截断或损伤时，损耗数据经光缆I和现场报警器2传至报警管理中心主机3的数据库，第一预警模块读取并分析数据库中的损耗数据，识别出反映侵扰事件的异常值，生成第一预警信号(包括报警指令、侵扰事件发生的位置和发生时间)并保存至数据库，另一方面将第一预警信号传给报警管理中心主机3的第一报警模块进行中心报警，同时将第一预警信号反馈到现场报警器2的第二报警模块进行现场报警。
[0050]实施例二
[0051]请参阅图2，图示地下管线周界侵扰预警系统的结构与实施例一所述系统的结构的不同之处在于现场报警器2，其余结构相同。
[0052]实施例二的现场报警器2还包括有第二预警模块，即，包括六大部分:(I)光纤损耗测试模块；⑵数据采集与存储模块；(3)数据远传模块；(4)第二报警模块；(5)第二预警模块(6)电源。
[0053]所述的第二预警模块分别与所述数据采集与存储模块、数据远传模块和第二报警模块连接，第二预警模块接收和分析由所述数据采集与存储模块输送来的光缆I沿线各点的损耗数据，识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，生成包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第二预警信号；并且第二预警模块将该第二预警信号输送给所述第二报警模块，同时将该第二预警信号通过所述数据远传模块和第二编码模输送给所述报警管理中心主机3的数据库进行存储；所述第二报警模块收到所述报警管理中心主机3反馈的第一预警信号或者收到所述第二预警模块输送来的第二预警信号后(“或门”关系)进行现场报警。
[0054]本实施例二的工作原理如下:
[0055]当外部侵扰事件造成光缆I截断或损伤时，损耗数据经以上途径传至第一预警模块，第一预警模块给出第一预警信号并保存至数据库，同时，一方面传给报警管理中心主机3的第一报警模块进行中心报警，另一方面反馈到现场报警器2的第二报警模块。
[0056]与此同时，现场报警器2的第二预警模块以10分钟I次的设定频率从数据采集与存储模块中读取损耗数据并分析是否有异常。当外部侵扰事件造成光缆I截断或损伤时，第二预警模块给出第二预警信号(包括报警指令、侵扰事件发生的位置和发生时间)；一方面，第二预警信号经数据远传模块存入报警管理中心主机3的数据库，另一方面第二预警信号反馈给现场报警器2的第二报警模块，第二报警模块收到报警管理中心主机3反馈的第一预警信号或者收到第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警，也就是说，只要第一预警信号和第二预警信号中的任一个给出报警指令(“或门”关系)，第二报警模块就在现场报警器2的现场进行报警。
[0057]实施例三
[0058]本实施例三的结构与实施例二的结构基本相同，不同之处在于现场报警器2的第二报警模块，该第二报警模块同时收到所述报警管理中心主机3反馈的第一预警信号和所述第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警。本实施例三的工作原理与实施例二也基本相同，不同之处在于，必须要第一预警信号和第二预警信号同时给出报警指令(“与门”关系)，第二报警模块才能在现场报警器2的现场进行报警。
【权利要求】
1.一种地下管线周界侵扰预警系统，用于对地下管线周边侵扰事件的监测和报警，包括光缆、现场报警器和报警管理中心主机，其特征在于: 所述光缆沿所述地下管线的附近布置； 所述现场报警器设置于所述地下管线的沿线，该现场报警器包括: 光纤损耗测试模块，连接所述光缆，检测光缆沿线各点的损耗数据并获得光缆沿线各点空间位置与损耗数据的关系曲线； 数据采集与存储模块，通过第一编码模块实现与所述光纤损耗测试模块的数据通信，获取所述光缆沿线各点的损耗数据并进行存储； 数据远传模块，连接所述数据采集与存储模块，将该数据采集与存储模块中保存的损耗数据发送到所述报警管理中心主机； 第二报警模块，通过第三编码模块与所述报警管理中心主机连接，收到该报警管理中心主机反馈的第一预警信号后进行现场报警； 电源，提供所述现场报警器中各模块的用电； 所述报警管理中心主机包括: 数据库，通过第二编码模块实现与所述现场报警器的数据远传模块的数据通信，接收并保存所述光缆沿线各点的损耗数据； 第一预警模块，连接所述数据库，分析所述损耗数据并识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，将分析和判定的结果存入所述数据库，并且通过第三编码模块实现与所述现场报警器的第二报警模块的数据通信，将包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第一预警信号反馈至该第二报警模块。 第一报警模块，连接所述第一预警模块，收到该第一预警模块输送的第一预警信号后进行中心报警。
2.如权利要求1所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的现场报警器还包括有第二预警模块，该第二预警模块分别与所述数据采集与存储模块、数据远传模块和第二报警模块连接，接收和分析由所述数据采集与存储模块输送来的光缆沿线各点的损耗数据，识别反映侵扰事件的异常值，判定侵扰事件是否发生以及与该侵扰事件对应的空间位置和发生时间，生成包括报警指令、侵扰事件对应的空间位置和发生时间的第二预警信号，并将该第二预警信号输送给所述第二报警模块，同时将该第二预警信号通过所述数据远传模块和第二编码模输送给所述报警管理中心主机的数据库进行存储；所述第二报警模块收到所述报警管理中心主机反馈的第一预警信号或者收到所述第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警。
3.如权利要求2所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的第二报警模块同时收到所述报警管理中心主机反馈的第一预警信号和所述第二预警模块输送来的第二预警信号后进行现场报警。
4.如权利要求1、2或3所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的光缆沿所述地下管线的警示带布设，或者浅埋在地表以下，或者搁置在地表上。
5.如权利要求1、2或3所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的现场报警器安置在与所述地下管线连接的阀井或检修井内，或者安置在该地下管线上方地表的设备箱中。
6.如权利要求1、2或3所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的电源为内置蓄电池或干电池。
7.如权利要求1、2或3所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的电源具有外接电源接口。
8.如权利要求1、2或3所述的地下管线周界侵扰预警系统，其特征在于:所述的现场报警器与报警管理中心主机 采用无线方式实现数据通信。
【文档编号】G08B13/18GK103927834SQ201410184418
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年5月4日 优先权日:2014年5月4日
【发明者】李素贞 申请人:李素贞