專利名稱：一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是管道第三方破壞多發(fā)區(qū)安全預(yù)警監(jiān)控的一種管遒安全預(yù)警監(jiān)控 系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于非法機(jī)械開挖和人工盜油等對(duì)管道的破壞事件時(shí)有發(fā)生，這些 破壞偷盜事件如果不能夠及時(shí)遏制，輕則造成財(cái)產(chǎn)損失，重則產(chǎn)生人員傷亡，使 管道運(yùn)輸企業(yè)產(chǎn)生較大的負(fù)面社會(huì)和政治影響。
針對(duì)這種情況，目前常用的技術(shù)手段是在管線上安裝泄漏檢測(cè)系統(tǒng)，但這種 檢測(cè)手段只能是在泄漏后進(jìn)行報(bào)警，卻不能夠起到預(yù)警的作用。分布式光纖傳感 預(yù)警技術(shù)目前還處于實(shí)驗(yàn)階段，紅外攝像鏡頭監(jiān)控方式安裝困難，自我保護(hù)能力
很差，設(shè)備本身也會(huì)有一定的視野死角，無(wú)法起到很好的監(jiān)控目的。2005年4月 20曰授權(quán)的科創(chuàng)三思科技發(fā)展有限公司"輸油氣管道防盜預(yù)警裝置"實(shí)用新型專 利，公開了一種利用沿管道每隔1公里在管道上安裝的聲波傳感器測(cè)取聲音信號(hào)， 經(jīng)地面發(fā)射天線傳至主機(jī)予以處理、報(bào)警。該專利可以對(duì)輸油氣管道進(jìn)行全程防 盜預(yù)警監(jiān)控，但由于每隔1公里就設(shè)置有信號(hào)發(fā)射天線，不僅需要大量投資，而且 大量發(fā)射天線暴露在外，極易首先受到偷盜者的破壞,造成設(shè)備故障與破壞事件的 混淆，為防盜預(yù)警監(jiān)控的正確判斷帶來(lái)麻煩。何況，對(duì)于長(zhǎng)輸管道而言，第三方 破壞基本上都集中在一些特定的、容易作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段，其余大部分管段由于沿 線本身車輛和行人無(wú)法進(jìn)入，第三方破壞很難產(chǎn)生。因此，實(shí)際上花費(fèi)大量投入 釆用上述技術(shù)對(duì)輸油氣管道進(jìn)行全程防盜預(yù)警監(jiān)控是不適宜的。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是發(fā)明一種輸油氣管道第三方破壞多發(fā)區(qū)防盜預(yù)警配置、 安裝更加靈活、隱蔽、安全的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)。
本實(shí)用新型針對(duì)已有振動(dòng)傳感式輸油氣管道防盜預(yù)警裝置存在的不足，在包 括振動(dòng)傳感器、無(wú)線通信裝置、監(jiān)控中心的基礎(chǔ)上，提出一種解決的技術(shù)方案，就 是它由監(jiān)控中心和監(jiān)控單元組成，監(jiān)控單元分布安裝在需要保護(hù)的管道危險(xiǎn)區(qū) 域，由高靈敏度振動(dòng)傳感器接中央處理單元經(jīng)模式識(shí)別，將識(shí)別出的信號(hào)特征和 位置信息輸出接至GPRS通訊系統(tǒng)傳遞到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次判 斷后給出具體的報(bào)警信息和位置。
具體是(見圖l)上述的監(jiān)控單元包括順序連接的多路髙靈敏度振動(dòng)傳感器、中央處理單元的信號(hào)調(diào)理模塊、邏輯控制模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理中心以及GPRS 通訊模塊。傳感信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大、濾波、整形、A/D轉(zhuǎn)換，輸入到 邏輯控制模塊，選擇合適信號(hào)輸入到DSP數(shù)字信號(hào)處理中心，DSP數(shù)字信號(hào)處理 中心對(duì)信號(hào)進(jìn)行提純處理后，從時(shí)域和頻域兩方面進(jìn)行判斷，把有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 成定義的格式后通過(guò)GPRS通訊模塊傳送到監(jiān)控中心。監(jiān)控中心為GPRS通訊模 塊輸出接計(jì)算機(jī)輸入，計(jì)算機(jī)輸出分別接顯示終端、打印機(jī)、報(bào)警音響或通訊模 塊再接GSM。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次判斷后給出具體的報(bào)警信息和位置。其中信號(hào)調(diào)理模塊直接接收來(lái)自低功耗、高靈敏度振動(dòng)傳感器的輸出，GPRS 通訊模塊直接與監(jiān)控中心通訊。而高靈敏度振動(dòng)傳感器直接安裝在管道上,GPRS 通訊模塊直接埋設(shè)在地下。其中監(jiān)控單元的供電模式由鋰電池、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊和充電接口組成，鋰 電池組通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換器向整個(gè)系統(tǒng)供電，電池組可保證在不充電的情況下連續(xù)工 作至少八個(gè)月以上。其中監(jiān)控中心由GPRS通訊模塊輸出接計(jì)算機(jī)輸入，計(jì)算機(jī)輸出分別接顯示 終端、打印機(jī)、報(bào)警音響及通訊模塊再接GSM，計(jì)算機(jī)還可接不間斷電源以及可 以與手機(jī)直接通訊的接口設(shè)備等。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)接收到信息后，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù) 的二次判斷，把符合判斷條件的異常情況給出相應(yīng)的聲光報(bào)警和文本報(bào)警信息。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)GSM模塊把報(bào)警信息送到相應(yīng)的一個(gè)和多個(gè)移動(dòng)手機(jī) 中。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)還會(huì)把報(bào)警紀(jì)錄存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，供用戶隨時(shí)查詢、打印。其中高靈敏度振動(dòng)傳感器為加速度振動(dòng)傳感器；信號(hào)調(diào)理模塊為具有進(jìn)行放 大、濾波、整形、A/D轉(zhuǎn)換電路的模塊；邏輯控制模塊為可編程邏輯芯片;DSP數(shù) 字信號(hào)處理中心為數(shù)字信號(hào)處理芯片；以上均有巿銷通用產(chǎn)品可供選擇;GPRS通 訊模塊為巿銷通用產(chǎn)品；而監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)選用工控機(jī)，顯示終端、打印機(jī)、 報(bào)警音響均選用巿銷通用產(chǎn)品;GSM模塊選用巿銷通用產(chǎn)品。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，由以上方案可知，本系 統(tǒng)釆用監(jiān)控第三方破壞振動(dòng)聲音的方式進(jìn)行報(bào)警和定位，屬于主動(dòng)式的威脅事件 預(yù)警系統(tǒng)，可以在人工打孔、非法機(jī)械挖掘的同時(shí)進(jìn)行報(bào)警和定位，為制止和避 免災(zāi)害的進(jìn)一步惡化贏得寶貴時(shí)間。系統(tǒng)采用高能鋰電池供電和GPRS通訊系統(tǒng) 確保了整個(gè)監(jiān)控單元的隱蔽性和安全性。另外，系統(tǒng)釆用較為先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)模 式識(shí)別算法保證了極高的報(bào)警準(zhǔn)確率?？梢?，本實(shí)用新型對(duì)管道附近的土壤振動(dòng)檢測(cè)靈敏、準(zhǔn)確、可靠，系統(tǒng)隱蔽、
安全，操作使用方便，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

圖1一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖
圖2 —種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)主程序流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例.以本實(shí)施例說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
并對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一 步的說(shuō)明。本例是一工業(yè)試驗(yàn)樣機(jī)，其構(gòu)成如圖l所示。具體是:高靈敏度振動(dòng)傳 感器選用北京東方振動(dòng)與噪聲技術(shù)研究生產(chǎn)的INV9818(靈敏度為158.06Pc/ms々) 型加速度傳感器，信號(hào)調(diào)理選用北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心的KLM-3014型信號(hào) 調(diào)理模塊，邏輯控制模塊主芯片選用美國(guó)Lattice公司研制生產(chǎn)的 ispMACH4A5-128/64可編程邏輯芯片(CPLD), DSP數(shù)字信號(hào)處理中心芯片選用 TMS320F240, GPRS通訊模塊選用BENQM22型號(hào)，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)選用DELL GX3280臺(tái)式機(jī)。
當(dāng)埋地鋼管或者靠近鋼管附近的土壤遭到撞擊后，高靈敏度的振動(dòng)傳感器會(huì)接 收到撞擊發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，這種信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行放大、濾波、整形、A/D 轉(zhuǎn)換等處理后，輸入到邏輯控制模塊，選擇合適信號(hào)輸入到DSP處理中心，DSP 處理中心對(duì)信號(hào)進(jìn)行提純處理后，從時(shí)域和頻域兩方面進(jìn)行判斷，把有效的數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)換成定義的格式后通過(guò)GPRS通訊模塊傳送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)接 收到信息后，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的二次判斷，把符合判斷條件的異常情況給出相應(yīng)的聲 光報(bào)警和文本報(bào)警信息。同時(shí)，計(jì)算機(jī)還可以通過(guò)GSM模塊把報(bào)警信息送到相 應(yīng)的 一個(gè)和多個(gè)移動(dòng)手機(jī)中。監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)還會(huì)把報(bào)警紀(jì)錄存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中， 供用戶隨時(shí)查詢、打印。 各模塊具體實(shí)現(xiàn)如下
1、 高靈敏度、低功耗的加速度振動(dòng)傳感器收取外界各種噪聲，利用一種特制 的底座安裝在管線上，可以收取到500米-2000米以外的人或者機(jī)械在鋼管上震 擊的信號(hào)；
2、 信號(hào)調(diào)理模塊接收到傳感器信息后，首先進(jìn)行帶通濾波，頻帶根據(jù)威脅信 號(hào)的范圍定為50-800Hz，然后進(jìn)行放大處理，放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)倍數(shù)根據(jù) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇；另外，信號(hào)調(diào)理模塊的功能還包括14位的多通道A/D轉(zhuǎn)換;
3、 邏輯控制模塊主芯片選用美國(guó)Lattice公司研制生產(chǎn)的 ispMACH4A5-128/64可編程遝輯芯片(CPLD)，主要完成各種輸入輸出狀態(tài)的邏 輯組態(tài)和控制，包括從多路的信號(hào)中選取不飽和且信號(hào)最強(qiáng)的通道數(shù)據(jù)作為分析
對(duì)象進(jìn)入DSP信號(hào)處理中心；
4、 DSP處理中心是監(jiān)控單元的核心部分，它是以邏輯控制模塊所選擇數(shù)據(jù) 為分析對(duì)象，先對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行幅值判斷和頻譜預(yù)判斷后，滿足要求的進(jìn)行模式 識(shí)別二次判斷，并從中提取有效的特征信息，然后經(jīng)由GPRS通訊模塊發(fā)回到監(jiān) 控中心的計(jì)算機(jī)中，然后與所建立的專家數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行總體分析判斷，最終確定報(bào) 警級(jí)別；
5、 供電系統(tǒng)由鋰電池組、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊和充電接口組成，鋰電池組通過(guò) 電壓轉(zhuǎn)換器向整個(gè)系統(tǒng)供電，電池組可保證在不充電的情況下連續(xù)工作至少八個(gè) 月以上；
6、 監(jiān)控中心由GPRS通訊設(shè)備、計(jì)算機(jī)、顯示器、報(bào)警音響、打印機(jī)、GSM 模塊、不間斷電源等部分組成。監(jiān)控計(jì)算機(jī)對(duì)各個(gè)分站進(jìn)行監(jiān)控，包括定時(shí)對(duì)各 個(gè)監(jiān)控單元進(jìn)行巡檢、對(duì)監(jiān)控單元發(fā)回來(lái)的報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行最終判斷，保存各種報(bào) 警數(shù)據(jù)和報(bào)警后的信息，給用戶提供查詢和打印輸出；當(dāng)所保護(hù)區(qū)域出現(xiàn)異常情 況后，監(jiān)控中心顯示器顯示報(bào)警信息和報(bào)警級(jí)別，并在管道平面圖上顯示相應(yīng)位 置；報(bào)警音響進(jìn)行聲音提示報(bào)警，打印機(jī)用來(lái)輸出報(bào)警信息；GSM模塊可以把報(bào) 警信息發(fā)送到指定的手機(jī)中。
系統(tǒng)工作方式及特點(diǎn)
本系統(tǒng)由一個(gè)監(jiān)控中心和多個(gè)監(jiān)控單元組成，監(jiān)控單元的數(shù)量可根據(jù)具體保 護(hù)的危險(xiǎn)區(qū)域個(gè)數(shù)、每個(gè)區(qū)域的保護(hù)管道長(zhǎng)度、保護(hù)地段地理信息狀況等因素決 定。監(jiān)控中心每間隔一段時(shí)間對(duì)各個(gè)監(jiān)控單元進(jìn)行巡檢，巡檢的方式采用字節(jié)代 號(hào)方式，發(fā)送不同字節(jié)表示不同的命令，如關(guān)閉和開啟電臺(tái)、調(diào)試系統(tǒng)、實(shí)時(shí)傳 輸數(shù)據(jù)、關(guān)閉和開啟通訊模塊等。監(jiān)控單元接收到巡檢信息后，如果工作正常即 會(huì)返回一個(gè)應(yīng)答數(shù)據(jù)。巡檢完成后，監(jiān)控中心轉(zhuǎn)入被動(dòng)接收狀態(tài)，監(jiān)控單元進(jìn)行 實(shí)時(shí)的采集、判斷，將符合條件的信號(hào)進(jìn)行特征值的提取，將提取的結(jié)果和位置 信息相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)回監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心進(jìn)行最終判斷(參考圖2系統(tǒng)流程圖)。 監(jiān)控單元的GPRS無(wú)線通訊設(shè)備在不發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候處于關(guān)閉等待狀態(tài)以節(jié)省電 源。如果分站的傳感器出現(xiàn)故障，監(jiān)控單元會(huì)向中心發(fā)送一個(gè)傳感器被破壞的報(bào) 警信息，另外，為了減少電源能量，通過(guò)監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)還可以設(shè)置安全時(shí)間， 即在這段時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。監(jiān)控中心的主界面利用正常管遒的地理信息系 統(tǒng)地圖構(gòu)成，當(dāng)出現(xiàn)威脅事件后，監(jiān)控管道的相應(yīng)地理位置會(huì)出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)，同 時(shí)給出報(bào)警級(jí)別。
本例試驗(yàn)樣機(jī)經(jīng)試驗(yàn)、測(cè)試，對(duì)管道附近的土壤振動(dòng)檢測(cè)靈敏、準(zhǔn)確、可靠，
系統(tǒng)的配置、安裝更加靈活、隱蔽、安全，操作使用方便，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，使輸油 氣管道防盜預(yù)警的投入下降，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的主動(dòng)式管道防盜預(yù)警裝置。
權(quán)利要求1.一種管道第三方破壞多發(fā)區(qū)安全預(yù)警監(jiān)控的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，包括振動(dòng)傳感器、無(wú)線通信裝置、監(jiān)控中心，其特征是由監(jiān)控中心和監(jiān)控單元組成，監(jiān)控單元分布安裝在需要保護(hù)的管道危險(xiǎn)區(qū)域，監(jiān)控單元包括順序連接的多路高靈敏度振動(dòng)傳感器、中央處理單元的信號(hào)調(diào)理模塊、邏輯控制模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理中心以及GPRS通訊模塊；傳感信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行處理，輸入到邏輯控制模塊，選擇合適信號(hào)輸入到DSP處理中心，DSP處理中心對(duì)信號(hào)進(jìn)行提純處理后，從時(shí)域和頻域兩方面進(jìn)行判斷，把有效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成定義的格式后通過(guò)GPRS通訊模塊傳送到監(jiān)控中心；監(jiān)控中心為GPRS通訊模塊輸出接計(jì)算機(jī)輸入，計(jì)算機(jī)輸出分別接顯示終端、打印機(jī)、報(bào)警音響或通訊模塊再接GSM，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次判斷后給出具體的報(bào)警信息和位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述高靈敏 度振動(dòng)傳感器為加速度振動(dòng)傳感器，直接安裝在管道上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是監(jiān)控單元的 供電模式由鋰電池、直流電壓轉(zhuǎn)換模塊和充電接口組成，鋰電池組通過(guò)電壓轉(zhuǎn)換 器向整個(gè)系統(tǒng)供電。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述監(jiān)控單 元GPRS通訊模塊直接埋設(shè)在地下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是監(jiān)控中心計(jì) 算機(jī)還可接不間斷電源或可與手機(jī)直接通訊的接口設(shè)備。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述信號(hào)調(diào) 理模塊為具有進(jìn)行放大、濾波、整形、A/D轉(zhuǎn)換電路的模塊。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述邏輯控 制模塊為可編程邏輯芯片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是所述DSP數(shù) 字信號(hào)處理中心為數(shù)字信號(hào)處理芯片。
專利摘要本實(shí)用新型是管道第三方破壞多發(fā)區(qū)安全預(yù)警監(jiān)控的一種管道安全預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)。涉及機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量、沖擊的測(cè)量和管道系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。它由監(jiān)控中心和監(jiān)控單元組成，監(jiān)控單元包括順序連接的多路振動(dòng)傳感器、中央處理單元的信號(hào)調(diào)理模塊、邏輯控制模塊、DSP數(shù)字信號(hào)處理中心以及GPRS通訊模塊；監(jiān)控中心為GPRS通訊模塊輸出接計(jì)算機(jī)輸入，計(jì)算機(jī)輸出分別接顯示終端、打印機(jī)、報(bào)警音響或通訊模塊再接GSM；振動(dòng)傳感器經(jīng)中央處理單元模式識(shí)別，將識(shí)別出的信號(hào)特征和位置信息輸出接GPRS通訊系統(tǒng)傳遞到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)進(jìn)行二次判斷后給出具體的報(bào)警言息和位置。
文檔編號(hào)F17D5/00GK201014205SQ20072010369
公開日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月1日
發(fā)明者艾慕陽(yáng), 蔡永軍, 譚東杰, 娟 鄭, 陳朋超 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司