一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及市政行業(yè)的管道檢測(cè)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管 道的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)和極端氣候現(xiàn)象的頻發(fā)，城市排水系統(tǒng)發(fā)展相對(duì)滯后，一 場(chǎng)大雨過(guò)后，城市里常常是一片澤國(guó)，一些局部區(qū)域總是被淹，該些已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人民的 生命財(cái)產(chǎn)安全。若能對(duì)城市主要排水系統(tǒng)之一的市政雨水管道系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，就能及 時(shí)掌握整個(gè)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，出現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)預(yù)警，并采取相應(yīng)應(yīng)對(duì)措施，W保障城 市排水安全。
[0003] 目前針對(duì)城市排水管道系統(tǒng)的監(jiān)控技術(shù)尚不是十分成熟，實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)更是鮮見(jiàn) 于各種城市雨水管網(wǎng)系統(tǒng)之中。目前相近的技術(shù)主要有；針對(duì)管道內(nèi)部結(jié)構(gòu)健康狀況的管 道機(jī)器人視頻攝錄檢測(cè)、聲響檢測(cè)、管道潛望鏡檢測(cè)等。該些檢測(cè)都是通過(guò)將一些檢測(cè)設(shè)備 放入管道內(nèi)部，通過(guò)人工判讀檢測(cè)圖像（信號(hào)），來(lái)判斷管道的健康狀況。無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)管道 內(nèi)部積水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的智能化監(jiān)測(cè)。部分學(xué)者提出了城市內(nèi)潰實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，且探討了 通過(guò)在道路下方安裝水深監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)淹沒(méi)路段的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)際上由于道路上方的行 人、車(chē)輛、積雪等荷載的影響可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)誤判，導(dǎo)致系統(tǒng)可靠度降低。
[0004] 由于我國(guó)市政排水管網(wǎng)大多建設(shè)于改革開(kāi)放初期，許多管道的輸送能力有限，面 臨擴(kuò)容或修縷，而該些也需要管網(wǎng)在日常排水和行洪排潰時(shí)的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。除此之外，實(shí) 時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)于城市洪潰災(zāi)害的預(yù)警W及管道的日常維護(hù)工作均具有十分重要的意義。 因此發(fā)明一種市政排水管道實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。
[0005] 根據(jù)我國(guó)市政排水管道系統(tǒng)的現(xiàn)狀，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其是對(duì)其內(nèi)部流量的 實(shí)時(shí)監(jiān)控需要解決W下一些技術(shù)難題：
[0006] 1.流量（液面）測(cè)試，如何對(duì)管道內(nèi)部的水流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是首先要解決的問(wèn)題， 由于排水管道內(nèi)部常常伴有雜物，常規(guī)的測(cè)試設(shè)備（傳感器）常常會(huì)由于該些雜物的存在 而不能正常工作，如何開(kāi)發(fā)出一種幾乎不受管道內(nèi)部水流中雜物干擾的傳感測(cè)試設(shè)備是首 先要解決的問(wèn)題；另外需要注意的是該些測(cè)試設(shè)備不能夠在管道內(nèi)部形成明顯阻礙水流的 因素，那樣會(huì)降低管道的排泄能力。
[0007] 2.數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)，從管道系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)控中屯、，該樣就 需要解決數(shù)據(jù)從管道內(nèi)部實(shí)時(shí)可靠地傳輸?shù)降孛娌⒆罱K傳輸?shù)娇刂浦型?、的?wèn)題。
[000引3.由于目前市政排水管線多分布于道路、廣場(chǎng)下方，且管道系統(tǒng)內(nèi)部及周?chē)赡?無(wú)法提供電源，該樣就需要開(kāi)發(fā)為管道內(nèi)測(cè)試及信號(hào)傳輸系統(tǒng)供電的供電裝置。
[0009] 在解決W上技術(shù)問(wèn)題的同時(shí)，要考慮我國(guó)市政管道系統(tǒng)目前的現(xiàn)狀及城市發(fā)展現(xiàn) 狀，盡量在不影響目前城市運(yùn)行的情況下能夠建立起本監(jiān)控系統(tǒng)且同時(shí)考慮成本造價(jià)問(wèn) 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，W實(shí)現(xiàn)管道系統(tǒng) 檢查井內(nèi)液面高度的測(cè)試并排除了管道內(nèi)雜物的干擾。
[0011] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，包括水面高程測(cè)試裝置，所述水面高程測(cè)試 裝置包括測(cè)試裝置外罩和其內(nèi)串聯(lián)的儲(chǔ)能電池和水壓力傳感器，所述水壓力傳感器上下兩 面分別為上壓力測(cè)試面和下壓力測(cè)試面；所述水面高程測(cè)試裝置通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)將水壓 力傳感器的輸出信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中屯、。
[0013] 進(jìn)一步的，所述信號(hào)傳輸系統(tǒng)包括無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置和無(wú)線信號(hào)接收裝置，所述 無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置與水面高程測(cè)試裝置線纜連接；所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置通過(guò)無(wú)線信號(hào)接 收裝置與監(jiān)控中屯、進(jìn)行無(wú)線通信。
[0014] 進(jìn)一步的，所述儲(chǔ)能電池與一發(fā)電裝置連接。
[0015] 進(jìn)一步的，所述發(fā)電裝置包括發(fā)電機(jī)、發(fā)電裝置葉片、葉片罩和金屬支架，多個(gè)所 述發(fā)電裝置葉片均勻分布在發(fā)電機(jī)上，發(fā)電裝置葉片外設(shè)置葉片罩，發(fā)電機(jī)通過(guò)金屬支架 與測(cè)試裝置外罩固定連接，所述發(fā)電機(jī)與儲(chǔ)能電池電連接。
[0016] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)具有W下優(yōu)勢(shì)：
[0017] (1)本發(fā)明通過(guò)在管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的管道系統(tǒng)檢查井安裝具有兩個(gè)測(cè)試面的水壓傳感 器，巧妙地實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道系統(tǒng)檢查井液面高度的測(cè)試并排除了管道內(nèi)雜物的干擾，并通過(guò) 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸；還通過(guò)自供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了管道系統(tǒng)檢查井內(nèi)設(shè)備 的電源自給自足，無(wú)需額外提供供電系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)成本造價(jià)。
[0018] (2)本發(fā)明可W為城市洪潰災(zāi)害預(yù)警，為管網(wǎng)的日常維護(hù)提供支持，同時(shí)也可積累 大量管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為城市管網(wǎng)改造和設(shè)計(jì)提供可信賴(lài)的科學(xué)依據(jù)。
[0019] 本發(fā)明的另一目的在于提出一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的方法，能夠?yàn)槌鞘杏晁?管網(wǎng)的日常維護(hù)、城市防洪減災(zāi)及管網(wǎng)的后期改造升級(jí)提供科學(xué)依據(jù)，具有重大實(shí)際意義。
[0020] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該樣實(shí)現(xiàn)的：
[0021] 一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的方法，包括如下步驟：
[0022] 1)通過(guò)帶有兩個(gè)測(cè)試面的水壓力傳感器測(cè)試管道系統(tǒng)檢查井底部的水壓力，水壓 力傳感器將壓力信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，
[0023] 2)電信號(hào)通過(guò)線纜傳輸?shù)焦艿老到y(tǒng)檢查井上部靠近其檢查井井蓋附近的無(wú)線信 號(hào)發(fā)射裝置；所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置將接收到的信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信，將信息傳遞給固定在 地面上位于管道系統(tǒng)檢查井附近的無(wú)線信號(hào)接收裝置，無(wú)線信號(hào)接收裝置通過(guò)有線數(shù)據(jù)傳 輸系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中屯、；
[0024] 3)所述監(jiān)控中屯、通過(guò)對(duì)接收到的水壓力信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算得到管道系統(tǒng)檢查井 及整個(gè)排水管道系統(tǒng)內(nèi)水位的情況。
[0025] 進(jìn)一步的，步驟3)中的得到水位情況的具體算法如下：通過(guò)水壓力傳感器的上下 兩個(gè)測(cè)試面分別測(cè)得所在位置處的水壓力Pi和P2,根據(jù)物理學(xué)知識(shí)可知Pi和P2分別為：
[0026] Pi=P曲！ （1)
[0027] 口2=P曲 2 似
[002引式（1)、式（2)中的P-管道內(nèi)液體的密度，g-重力加速度，hi-水壓傳感器上測(cè) 試面（附圖中的'G')到液面頂部的高程差，h2-水壓傳感器下測(cè)試面（附圖中的'H')到 液面頂部的高程差；
[0029] Pi和P2的差值：
[0030] AP=P2_Pi=Pgh2-Pghi=Pg化 2_hi) =PgXAh(3)
[0031] 上式中P-管道內(nèi)液體的密度，g-重力加速度，Ah-水壓傳感器上下兩個(gè)測(cè)試 面（附圖中的'G'和'H')的高程之差；
[003引根據(jù)（3)式可得；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，其特征在于：包括水面高程測(cè)試裝置，所述水 面高程測(cè)試裝置包括測(cè)試裝置外罩和其內(nèi)串聯(lián)的儲(chǔ)能電池和水壓力傳感器，所述水壓力傳 感器上下兩面分別為上壓力測(cè)試面和下壓力測(cè)試面； 所述水面高程測(cè)試裝置通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)將水壓力傳感器的輸出信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中 心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，其特征在于：所述信號(hào)傳輸 系統(tǒng)包括無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置和無(wú)線信號(hào)接收裝置，所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置與水面高程測(cè)試 裝置線纜連接；所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置通過(guò)無(wú)線信號(hào)接收裝置與監(jiān)控中心進(jìn)行無(wú)線通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，其特征在于：所述儲(chǔ)能電池 與一發(fā)電裝置連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，其特征在于：所述發(fā)電裝置 包括發(fā)電機(jī)、發(fā)電裝置葉片、葉片罩和金屬支架，多個(gè)所述發(fā)電裝置葉片均勻分布在發(fā)電機(jī) 上，發(fā)電裝置葉片外設(shè)置葉片罩，發(fā)電機(jī)通過(guò)金屬支架與測(cè)試裝置外罩固定連接，所述發(fā)電 機(jī)與儲(chǔ)能電池電連接。
5. -種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的方法，其特征在于包括如下步驟： 1) 通過(guò)帶有兩個(gè)測(cè)試面的水壓力傳感器測(cè)試管道系統(tǒng)檢查井底部的水壓力，水壓力傳 感器將壓力信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)， 2) 電信號(hào)通過(guò)線纜傳輸?shù)焦艿老到y(tǒng)檢查井上部靠近其檢查井井蓋附近的無(wú)線信號(hào)發(fā) 射裝置；所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置將接收到的信號(hào)通過(guò)無(wú)線通信，將信息傳遞給固定在地面 上位于管道系統(tǒng)檢查井附近的無(wú)線信號(hào)接收裝置，無(wú)線信號(hào)接收裝置通過(guò)有線數(shù)據(jù)傳輸系 統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送到監(jiān)控中心； 3) 所述監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)接收到的水壓力信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算得到管道系統(tǒng)檢查井及整 個(gè)排水管道系統(tǒng)內(nèi)水位的情況。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的方法，其特征在于：步驟3)中對(duì)接 收到的水壓力信號(hào)進(jìn)行分析計(jì)算得到管道系統(tǒng)檢查井及整個(gè)排水管道系統(tǒng)內(nèi)水位的情況 的具體算法如下：通過(guò)水壓力傳感器的上下兩個(gè)測(cè)試面分別測(cè)得所在位置處的水壓力PjP P 2，根據(jù)物理學(xué)知識(shí)可知PJP P 2分別為： Pi = P gh ! (1) P2= f gh 2 (2) 式（1)、式⑵中的P-管道內(nèi)液體的密度，g-重力加速度，hf水壓傳感器上測(cè)試面 (附圖中的'G'）到液面頂部的高程差，匕一水壓傳感器下測(cè)試面（附圖中的'H'）到液面 頂部的高程差； PjP P 2的差值： AP = P2-P1= Pgh2-Pgh1= pg(h2-h!) = PgXAh (3) 上式中P-管道內(nèi)液體的密度，g-重力加速度，Ah-水壓傳感器上下兩個(gè)測(cè)試面 (附圖中的'G'和'H'）的高程之差； 根據(jù)（3)式可得：
由于水壓傳感器上下兩個(gè)測(cè)試面的絕對(duì)高程h1(l和h2(l在安裝調(diào)試設(shè)備時(shí)可以精確測(cè)得 (即兩個(gè)測(cè)試面距離管道系統(tǒng)檢查井底部的高度），因此液面頂部的絕對(duì)標(biāo)高H(即液面頂 部到系統(tǒng)檢查井底部的高度）為：
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的方法，其特征在于：所述水壓傳感 器和無(wú)線信號(hào)發(fā)射裝置所需要的電源由管道系統(tǒng)檢查井內(nèi)部安裝的與水壓傳感器相連靠 水流驅(qū)動(dòng)的小型發(fā)電機(jī)所發(fā)電能提供。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)城市排水管道的系統(tǒng)，包括水面高程測(cè)試裝置，所述水面高程測(cè)試裝置包括測(cè)試裝置外罩和其內(nèi)串聯(lián)的儲(chǔ)能電池和水壓力傳感器，所述水壓力傳感器上下兩面分別為上壓力測(cè)試面和下壓力測(cè)試面；所述水面高程測(cè)試裝置通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)將水壓力傳感器的輸出信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。本發(fā)明系統(tǒng)通過(guò)在管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)處的管道系統(tǒng)檢查井安裝具有兩個(gè)測(cè)試面的水壓傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道系統(tǒng)檢查井液面高度的測(cè)試并排除了管道內(nèi)雜物的干擾，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸。
【IPC分類(lèi)】G01F23-18, G08C17-02
【公開(kāi)號(hào)】CN104864935
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510228925
【發(fā)明人】呂耀志, 譚儒蛟, 徐鵬逍, 張鴻斌
【申請(qǐng)人】天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院
【公開(kāi)日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年5月7日