本發(fā)明涉及管網定位領域，具體的說，涉及了一種管網巡查維護管理系統(tǒng)。

背景技術：

目前管網巡查維護還是主要以人工巡查為主，而現(xiàn)有管網內部衛(wèi)星信號無法到達，以至于無法實現(xiàn)巡查人員的實時高精度定位，而現(xiàn)有的一些室內定位技術精度較低、數(shù)據(jù)傳輸能力較差等一些問題，都使得管網巡查維護成本較高，而且效果較差，嚴重影響了我國管網系統(tǒng)智慧化應用推廣的進程。

為了解決以上存在的問題，人們一直在尋求一種理想的技術解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，從而提供了一種管網巡查維護管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了管網中工作人員的精準定位和管網中多種環(huán)境參數(shù)的實時采集，具有設計科學、效果好的優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種管網巡查維護管理系統(tǒng)，包括管網地圖數(shù)據(jù)構建單元、超寬帶一維定位導航單元、高清視頻監(jiān)控單元、環(huán)境信息檢測單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、中心服務器和終端顯示單元；

所述管網地圖數(shù)據(jù)構建單元，用于構建管網內部地圖并與管網外部地圖連接；

所述超寬帶一維定位導航單元，采用超寬帶脈沖信號測距模式的定位方法，實現(xiàn)管網內部人員巡查維護的定位、導航以及跟蹤，并輸出超寬帶脈沖定位數(shù)據(jù)；

所述視頻監(jiān)控單元，用于采集管網內部的視頻圖像數(shù)據(jù)；

所述環(huán)境信息檢測單元，用于采集管網內部的環(huán)境數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將所述時間戳數(shù)據(jù)、所述視頻圖像數(shù)據(jù)和所述環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至中心服務器；

所述中心服務器，分析處理所述時間戳數(shù)據(jù)、所述視頻圖像數(shù)據(jù)和所述環(huán)境數(shù)據(jù)，確定所述超寬帶定位標簽的位置和隧道內環(huán)境信息并輸出調度命令給工作人員；

所述終端顯示單元，用于顯示所述超寬帶定位標簽的位置和所述視頻圖像數(shù)據(jù)。

基于上述，所述中心服務器包括定位引擎處理子單元、傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元、視頻信息結構化處理子單元以及指揮調度子單元；

所述定位引擎處理子單元，根據(jù)所述超寬帶定位節(jié)點的信號強度以及時間戳數(shù)據(jù)構建多個距離方程并通過一維定位測距算法獲得所述超寬帶定位標簽的坐標數(shù)據(jù)；

所述傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元，將所述環(huán)境數(shù)據(jù)進行多組數(shù)據(jù)平滑濾波，并根據(jù)閾值范圍判斷管網內環(huán)境狀況；

所述視頻信息結構化處理子單元，將所述視頻圖像數(shù)據(jù)進行結構化處理，并根據(jù)所述超寬帶定位標簽的實時坐標進行跟蹤聯(lián)動監(jiān)控；

所述指揮調度子單元將所述定位引擎處理子單元、所述傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元、所述視頻信息結構化處理子單元處理過的數(shù)據(jù)進行整合，并根據(jù)判斷結果輸出調度指令給工作人員。

基于上述，所述管網地圖數(shù)據(jù)構建單元，包括管網外部地圖子單元、管網內部地圖子單元、絕對坐標校準單元和管網內外一體化地圖平滑過渡子單元；

所述管網外部地圖子單元，用于將管網外部地圖導入到中心服務器；

所述管網內部地圖子單元，用于構建二維管網內部地圖和三維管網內部地圖；

所述絕對坐標校準單元，包括設置在管網的進出口處的絕對坐標校準器，所述絕對坐標校準單元利用高精度RTK測量管網進出口處的絕對三維坐標，并將通過所述絕對三維坐標將管網內部地圖轉換后導入中心服務器；

所述管網內外一體化地圖平滑過渡子單元，用于將管網內部地圖與管網外部大地圖平滑放大整合，并通過硬切模式在管網內部三維地圖和管網外部地圖間切換。

基于上述，還包括應急設備，所述應急設備包括蓄電池和管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備，所述蓄電池分別與所述超寬帶定位節(jié)點和所述環(huán)境信息檢測單元連接，用于為所述超寬帶定為節(jié)點和所述環(huán)境信息檢測單元供電；所述管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備分別與所述超寬帶定位節(jié)點和所述環(huán)境信息檢測單元連接，用于將所述超寬帶定位節(jié)點輸出的超寬帶定位數(shù)據(jù)通過3G/4G通信模塊發(fā)送至中心服務器。

基于上述，還包括手持移動終端，所述手持移動終端用于實時查詢自身位置，實時導航或者實時上傳檢修情況和環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)給所述中心服務器。

基于上述，所述數(shù)據(jù)傳輸單元為光纖通信模塊或以太網通信模塊。

本發(fā)明相對現(xiàn)有技術具有突出的實質性特點和顯著的進步，具體的說，本發(fā)明利用超寬帶定位技術和視頻采集處理技術相結合的方法，利用三維管網內部地圖模式實時顯示巡查維護人員的位置以及其在任意時間內的歷史軌跡，并聯(lián)合多種傳感器，采用智能監(jiān)管模式，將管網環(huán)境參數(shù)加以分析，滿足了管網內巡查維護人員的點名、定位、導航、追蹤以及救援等一系列的功能需求，實現(xiàn)了高精準的智能預警防范機制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結構示意圖。

圖2是管網內人員巡查維護示意圖。

圖3是管網內超寬帶定位節(jié)點布設示意圖。

圖4是管網內彎道處超寬帶定位節(jié)點和超寬帶定位標簽的分布圖。

圖5是管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送示意圖。

圖6是突發(fā)事件快速定位方法流程圖。

具體實施方式

下面通過具體實施方式，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

如圖1所示，一種管網巡查維護管理系統(tǒng)，包括管網地圖數(shù)據(jù)構建單元、超寬帶一維定位導航單元、高清視頻監(jiān)控單元、環(huán)境信息檢測單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、中心服務器和終端顯示單元；

所述管網地圖數(shù)據(jù)構建單元，用于構建管網內部地圖并與管網外部地圖連接；

所述超寬帶一維定位導航單元，采用超寬帶脈沖信號測距模式的定位方法，實現(xiàn)管網內部人員巡查維護的定位、導航以及跟蹤，并輸出超寬帶脈沖定位數(shù)據(jù)；

所述視頻監(jiān)控單元，用于采集管網內部的視頻圖像數(shù)據(jù)；

所述環(huán)境信息檢測單元，用于采集管網內部的環(huán)境數(shù)據(jù)；

所述數(shù)據(jù)傳輸單元，用于將所述時間戳數(shù)據(jù)、所述視頻圖像數(shù)據(jù)和所述環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸至中心服務器；優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)傳輸單元為光纖通信模塊或以太網通信模塊；

所述中心服務器，分析處理所述時間戳數(shù)據(jù)、所述視頻圖像數(shù)據(jù)和所述環(huán)境數(shù)據(jù)，確定所述超寬帶定位標簽的位置和隧道內環(huán)境信息并輸出調度命令給工作人員；

所述終端顯示單元，用于顯示所述超寬帶定位標簽的位置和所述視頻圖像數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，如圖2所示，所述管網巡查維護管理系統(tǒng)還包括手持移動終端，所述手持移動終端用于實時查詢自身位置，實時導航或者實時上傳檢修情況和環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)給所述中心服務器。

具體的，所述中心服務器包括定位引擎處理子單元、傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元、視頻信息結構化處理子單元以及指揮調度子單元；

所述定位引擎處理子單元，根據(jù)所述超寬帶定位節(jié)點的信號強度以及時間戳數(shù)據(jù)構建多個距離方程并通過一維定位測距算法獲得所述超寬帶定位標簽的坐標數(shù)據(jù)；

所述傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元，將所述環(huán)境數(shù)據(jù)進行多組數(shù)據(jù)平滑濾波，并根據(jù)閾值范圍判斷管網內環(huán)境狀況；

所述視頻信息結構化處理子單元，將所述視頻圖像數(shù)據(jù)進行結構化處理，并根據(jù)所述超寬帶定位標簽的實時坐標進行跟蹤聯(lián)動監(jiān)控；

所述指揮調度子單元將所述定位引擎處理子單元、所述傳感器數(shù)據(jù)分析比對子單元、所述視頻信息結構化處理子單元處理過的數(shù)據(jù)進行整合，并根據(jù)判斷結果輸出調度指令給工作人員。

優(yōu)選的，所述管網地圖數(shù)據(jù)構建單元，包括管網外部地圖子單元、管網內部地圖子單元、絕對坐標校準單元和管網內外一體化地圖平滑過渡子單元；

所述管網外部地圖子單元，用于將管網外部地圖導入到中心服務器；

所述管網內部地圖子單元，用于構建二維管網內部地圖和三維管網內部地圖；

所述絕對坐標校準單元，包括設置在管網的進出口處的絕對坐標校準器，所述絕對坐標校準單元利用高精度RTK測量管網進出口處的絕對三維坐標，并將通過所述絕對三維坐標將管網內部地圖轉換后導入中心服務器；

所述管網內外一體化地圖平滑過渡子單元，用于將管網內部地圖與管網外部大地圖平滑放大整合，并通過硬切模式在管網內部三維地圖和管網外部地圖間切換。

具體的，管網內地圖子單元的實現(xiàn)方法為：

A.采用全站儀，激光測距儀精細測量管網內部，并通過現(xiàn)有的地圖制作軟件進行制作管網二維地圖；

B.采用三維激光掃描、傾斜攝影等方法進行管網內部前期的數(shù)據(jù)掃描，并利用3DMAX平臺進行數(shù)據(jù)構建。具體的構建方法為：首先利用獲取的CAD的矢量數(shù)據(jù)，根據(jù)CAD底圖，通過3DMAX對建筑物進行三維建模，最后將建筑物的紋理信息、高度信息整合到3DMAX平臺中，完成管網內部三維地圖的構建。

所述超寬帶一維定位系統(tǒng)采用無載波的納秒級脈沖信號進行通信，可實現(xiàn)多種定位要求。具體的，所述超寬帶一維定位系統(tǒng)包括定位標簽子單元、超寬帶定位節(jié)點子單元，所述超寬帶定位標簽，用于發(fā)送超寬帶脈沖數(shù)據(jù)；所述超寬帶定位節(jié)點，用于接收所述超寬帶脈沖數(shù)據(jù)，并輸出接收到所述超寬帶脈沖數(shù)據(jù)的時間戳數(shù)據(jù)。

所述超寬帶一維定位系統(tǒng)的使用步驟如下：

1)如圖3所示，在管網內部內每隔100米設置一個超寬帶定位節(jié)點；

2)巡查維護人員進入管網前，佩戴嵌有超寬帶定位標簽的安全帽和手持終端，并根據(jù)標簽標識輸入人員信息，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享；

3)巡查維護人員進入管網區(qū)域后，所述超寬帶定位標簽向所述超寬帶定位節(jié)點發(fā)送超寬帶脈沖信號，超寬帶定位節(jié)點將接收所述超寬帶脈沖信號后，將時間戳數(shù)據(jù)傳送回中心服務器。

4）所述中心服務器通過一維定位測距算法和超寬帶定位節(jié)點的信號強度聯(lián)合定位，具體步驟如下：

A.超寬帶定位引擎將得到的定位數(shù)據(jù)包按序列號進行排序，然后將得到的各基站信號強度指標進行排序，選出信號強度最大的超寬帶定位節(jié)點

B.超寬帶定位引擎將將選好的超寬帶定位節(jié)點按標號選取對應的數(shù)據(jù)包，從而可以列得多個距離方程，然后通過一維定位算法進行解算，可采用最大似然估計的方法進行多方程的解析，最終得到計算坐標，并將得到坐標與管網地圖進行匹配，得出管網中的絕對位置；

5）在彎曲管網的地方采用測量距離與實際距離相對比的方法近似計算巡查維護人員的位置。

如圖4所示，在彎曲部分，巡查維護人員所攜帶的超寬帶定位標簽向管網兩側的超寬帶定位節(jié)點發(fā)送超寬帶脈沖信號，管網兩側的超寬帶定位節(jié)點根據(jù)所述超寬帶脈沖信號的達到時間生成時間戳信息并發(fā)送至所述中心服務器，所述中心服務器，將管網兩側的超寬帶定位節(jié)點發(fā)送時間戳信息乘以光速得到超寬帶定位標簽與觀測兩側超寬帶定位節(jié)點的距離；為了減少誤差，在精確超寬帶定位標簽的定位時，采用按比例對應的方法，即兩測量距離之比近似等于人員到兩超寬帶定位節(jié)點實際距離之比，并通過比例和兩超寬帶定位節(jié)點的實際距離求出巡查維護人員到兩邊超寬帶定位節(jié)點的近似距離。

通過上述步驟，所述中心服務器計算出巡查維護人員的精準實時位置，并經過平滑后在大屏進行實時顯示。

所述管網巡查維護管理系統(tǒng)還包括應急設備，如圖5所示，所述應急設備包括蓄電池和管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備，所述蓄電池分別與所述超寬帶定位節(jié)點和所述環(huán)境信息檢測單元連接，用于為所述超寬帶定為節(jié)點和所述環(huán)境信息檢測單元供電；所述管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備分別與所述超寬帶定位節(jié)點、所述環(huán)境信息檢測單元以及外部天線有線連接，用于將所述超寬帶定位節(jié)點輸出的超寬帶定位數(shù)據(jù)通過3G/4G通信模塊發(fā)送至中心服務器。

由于只有在管網中斷電和有線網絡不通的情況下才會啟動蓄電池，并進行超寬帶無線信號傳輸至管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備端，服務器才能接收到3G/4G信號，所以所述中心服務器一旦接收到3G/4G信號模式發(fā)送過來的信息，就開啟突發(fā)事件處理模式。

在管網內，正常情況下，所述超寬帶定位節(jié)點輸出的所述時間戳信息、所述視頻監(jiān)控單元采集的管網內部的視頻圖像數(shù)據(jù)和所述環(huán)境信息檢測單元視頻采集的環(huán)境信息通過光纖或以太網上傳至中心服務器；而遇到突發(fā)事件則啟用應急設備，自動開啟超寬帶數(shù)據(jù)傳輸模式。

由于受到帶寬和備用電池的容量限制，所述超寬帶定位信息和傳感器采集到的環(huán)境信息通過所述管網外部應急數(shù)據(jù)發(fā)送設備端上傳到地面，再以3G/4G信號模式發(fā)送至中心服務器；

中心服務器對接收的信息進行分類，超寬帶定位信息送進定位引擎進行坐標解算，如圖6所示，具體按如下操作進行：首先，超寬帶定位引擎將得到的定位數(shù)據(jù)包按序列號進行排序；然后將得到的各基站信號強度指標進行排序，選出信號強度最大的超寬帶定位節(jié)點；隨后超寬帶定位引擎將將選好的超寬帶定位節(jié)點按標號選取對應的數(shù)據(jù)包，從而可以列得多個距離方程，通過一維定位算法進行解算，可采用最大似然估計的方法進行多方程的解析，最終得到計算坐標，并將得到坐標與管網地圖進行匹配，得出管網中的絕對位置。

中心控制器將傳感器采集到的測量數(shù)據(jù)，進行多組數(shù)據(jù)平滑濾波，得到最為有效的采集數(shù)據(jù)，然后輸入事先做好的比對模型，根據(jù)閾值范圍進行智能判斷；

中心服務器將最終分析處理后的數(shù)據(jù)進行比對，如果數(shù)據(jù)正常則按定位結果派遣巡查維護人員前去排查，進行確認突發(fā)事件；如果為突發(fā)事件或采集到的環(huán)境傳感器參數(shù)為異常，則根據(jù)計算好的定位結果對突發(fā)事件進行定位，并根據(jù)傳感器測量分析后的參數(shù)進行事故初步判斷；

中心服務器通過大屏地圖展示標記事故發(fā)生的具體地點，并將發(fā)生的地點和相關事故的初步判斷自動發(fā)給救援處理機構，同時發(fā)出警報，并進行對應地區(qū)的智能隔離。

本發(fā)明使得管網管理人員快速、智能的確定突發(fā)事件的發(fā)生地，同時實現(xiàn)了及時報警、危險區(qū)域智能隔離和危險事件智能救援等一系列先進功能，大幅提升了管網管理人員的管理水平和管理效率。

最后應當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案范圍當中。