一种施工区域管网监测方法

1.本发明属于城市施工区域管网监测领域，特别涉及一种施工区域管网监测方法。


背景技术：

2.城市各类管网被誉为城市的生命线。随着城市管网体系不断发展的同时，城市基础建设也在不断扩大和升级，以此带来的频繁施工给城市管网设备和系统的安全带来新的挑战。
3.传统的施工区域管网安全运行监管手段多以人工巡检为主，但随着管网容量的增加，人手投放不足、人员专业能力不够等问题逐渐突显，施工区域管网的安全变得难以保证。因此，如何在进行城市基础建设的同时，使用先进的管网监测方法，及时发现城市管网设备潜在的施工开挖风险，确保城市管网设备安全，是急需解决的重要工程问题。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种施工区域管网监测方法，能够实时监测施工区域管道处的振动信号数据，在发现疑似各种施工器械的振动信号时进行报警，从而保障施工区域管网安全，防止施工对管网管道造成破坏。
5.本发明采用的技术方案是：一种施工区域管网监测方法，包括以下步骤：
6.步骤1：设定带有运动检测中断的mems三轴加速度传感器的输出数据速率和运动检测阈值；当所述加速度传感器所处环境的振动超过运动检测阈值时，所述加速度传感器触发中断；
7.步骤2：所述加速度传感器监测所处环境的振动，在时间t1内，若中断触发a1次，则从所述加速度传感器连续收集b1组三轴加速度值，得到一个收集数据；
8.步骤3：从b1组三轴加速度值中截取中间区间的多组数据，并分别合成为矢量坐标；
9.步骤4：分别对多个矢量坐标的加速度值进行分析，计算其标准差和峭度因子，标准差用于判断振动信号的离散程度，峭度因子用于判断是否存在冲击性振动，将多个矢量坐标的加速度值及其标准差、峭度因子进行采集时间标记并存储，得到一个样本数据；
10.步骤5：对步骤4的样本数据与最近已存储的a2个样本数据的采集时间进行判断，若采集时间均位于时间t2内，则判断存在产生连续性振动的施工器械或其它振动源，进行连续性振动报警标记，并进入步骤6；
11.否则对步骤4的样本数据与之前已存储的所有样本数据的相似性进行判断，相似性比较方法结合样本数据的加速度值及其标准差、峭度因子，若步骤4的样本数据与之前已存储的a3个样本数据均相似，则判断存在产生间断性振动的施工器械或其它振动源，进行间断性振动报警标记，并进入步骤6；否则直接进入步骤6；
12.步骤6：将步骤4的样本数据进行上报，若存在连续性振动报警标记或间断性振动报警标记，则同时进行上报；连续性振动报警标记或间断性振动报警标记上报后的时间t3
内，不再进行步骤5，避免重复报警。
13.进一步的，步骤1中，输出数据速率为800hz，运动检测阈值为12mg。
14.进一步的，步骤2中，t1为1s，a1为10，b1为320。
15.进一步的，步骤3中，从b1组三轴加速度值中截取28％-65％区间的数据。
16.进一步的，步骤3中，对截取后的三轴加速度值进行矢量坐标合成，坐标合成公式为：
[0017][0018]
式中，v为合成矢量坐标的模，x,y,z分别为三维坐标系的三个坐标值，x,y,z分别对应三个轴方向的振动值。
[0019]
进一步的，步骤5中，t2为2min，a2为2，a3为3。
[0020]
进一步的，步骤5中，相似性比较方法为：首先以直接相减的方式比较两个样本数据的标准差和峭度因子，若误差均小于设定的阈值，即标准差相差小于较大值的30％，峭度因子差值小于5(无量纲)，则以步骤4的样本数据的加速度值为参数估计值，以已存储的样本数据的加速度值为参数真值，进行均方误差计算，计算公式为：
[0021][0022]
式中，mse为均方误差，n为加速度值总数，vo为参数估计值，v
p
为参数真值；若均方误差大于0.1且小于0.5，则判断为两个样本数据相似；
[0023]
否则判断两个样本数据不相似。
[0024]
进一步的，步骤6中，t3为1h。
[0025]
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
[0026]
1.本发明一旦检测到超出阈值的异常振动信号就会将振动数据上传，一旦发现异常振动信号疑似各类施工器械的振动信号就会进行报警上报，稳定可靠，保障管网安全。
[0027]
2.本发明调整各项阈值和用于数据比较的量纲参数，可以提高报警速度和报警准确率，同时可以应对各种不同的管网环境，从而在不同的施工区域都能得到应用，保障管网安全。
[0028]
3.本发明使用带有运动检测中断的mems三轴加速度传感器，在满足监测要求的情况下，有效降低应用该监测方法的监测装置的成本。
附图说明
[0029]
图1为本发明实施例的流程图。
具体实施方式
[0030]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
[0031]
本发明的实施例提供了一种施工区域管网监测方法，如图1所示，其包括以下步骤：
[0032]
步骤1：带有运动检测中断的mems三轴加速度传感器采用adxl345 mems加速度传感器，其输出数据速率设定为800hz，运动检测阈值设定为12mg。当所述加速度传感器所处环境的振动超过运动检测阈值时，所述加速度传感器触发中断。加速度传感器的中断输出引脚连接至主控制器外部中断引脚，主控制器使用stm32l431rct6，其三轴加速度值缓存区大小设定为320组，采集数据缓存区大小设定为120组，最多存储10组历史样本数据。
[0033]
加速度传感器及主控制器部署于施工区域内需要进行管网监测的管道阀门附近。部署和参数设定完成后，主控制器进入休眠状态。
[0034]
步骤2：所述加速度传感器监测所处环境的振动，当加速度传感器检测到所处环境的振动超过设定的运动检测阈值时，发出中断唤醒主控制器；由主控制器对加速度传感器中的加速度值进行采集，同时累计加速度传感器发出中断的次数，持续2min，若发现在1s内加速度传感器发出了10次中断，则判断发生了异常振动，再次收集210组三轴加速度值，加上先前已有的110组数据，共计320组三轴加速度值。
[0035]
步骤3：主控制器从320组三轴加速度值中截取28％-65％区间的数据，即第91-210组三轴加速度值。对第91-210组三轴加速度值进行坐标合成，以综合考虑三个轴方向的振动，同时降低计算量。
[0036]
对截取后的三轴加速度值进行矢量坐标合成，坐标合成公式为：
[0037][0038]
式中，v为合成矢量坐标的模，x,y,z分别为三维坐标系的三个坐标值，x,y,z分别对应三个轴方向的振动值。
[0039]
步骤4：将坐标合成后的120组矢量坐标的模作为样本，计算样本的标准差、峭度因子，将样本的加速度值及其标准差、峭度因子进行采集时间标记并存储，得到一个样本数据。
[0040]
步骤5：对步骤4的样本数据与之前已存储的2个样本数据的采集时间进行判断，若采集时间均位于1min内，即1min内有了3个样本数据，则判断存在产生连续性振动的施工器械或其它振动源，进行连续性振动报警标记，并进入步骤6。
[0041]
若1min内不存在3个样本数据，则对步骤4的样本数据与之前已存储的所有样本数据的相似性进行判断。相似性比较方法结合样本数据的加速度值及其标准差、峭度因子，具体为首先以直接相减的方式比较两个样本数据的标准差和峭度因子，若标准差相差小于较大值的30％，峭度因子差值小于5，则以步骤4的样本数据的加速度值为参数估计值，以已存储的样本数据的加速度值为参数真值，进行均方误差计算，计算公式为：
[0042][0043]
式中，mse为均方误差，n为加速度值总数，vo为参数估计值，v
p
为参数真值；若均方误差大于0.1且小于0.5，则判断为两个样本数据相似；否则判断两个样本数据不相似。
[0044]
若步骤4的样本数据与之前已存储的3个样本数据均相似，则判断存在产生间断性振动的施工器械或其它振动源，进行间断性振动报警标记，并进入步骤6；否则直接进入步骤6。
[0045]
步骤6：主控制器将步骤4的样本数据上报至云端，若存在连续性振动报警标记或间断性振动报警标记，则同时进行上报，之后清除振动报警标记，主控制器重新进入休眠。连续性振动报警标记或间断性振动报警标记上报后的1h内，不再进行步骤5，即步骤4完成后直接进行步骤6，避免重复报警。
[0046]
以上通过实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的示例性实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。本发明的保护范围由权利要求书限定。凡利用本发明所述的技术方案，或本领域的技术人员在本发明技术方案的启发下，在本发明的实质和保护范围内，设计出类似的技术方案而达到上述技术效果的，或者对申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖保护范围之内。