一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统

摘要

本发明公开了一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统，包括指挥中心模块、设备管理模块、设备监测模块、视频监控模块、安全运行模块、预警中心模块、综合评分模块及智能警示带/保护板、燃气智能警示桩，所述智能警示带/保护板包括警示带/PE板，所述警示带/PE板上设置有定向耐高温膜层，且所述警示带/PE板、定向耐高温膜层之间沿纵向间隔设置有两根报警线，所述报警线为隔热金属导线；所述燃气智能警示桩分为地面安装警示桩、地埋安装警示桩两种。本发明不仅可有效提高燃气管道安全防护质量与效率，提升燃气工程建设信息化管理水平，还可以降低燃气工程建设与运行维护成本。

说明书

技术领域

本发明涉及地下管线安全预警技术领域，尤其涉及一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统。

背景技术

随着城市建设的快速发展，路面施工所使用的大型机械设备和盲目施工都有可能造成地下管线不同程度的破坏。近年来，燃气管道受第三方破坏事故时有发生，其破坏分布广，时间不确定，呈现散发性与随机性特征。目前，燃气集团管网常规运行无法提供市政管线全路段实时监控与全方位立体保护，且人工运行无法保证24小时不间断巡逻，存在管理盲区、人工使用过多、管理流程多、管控难度大等特点。

当前，燃气集团管线防破坏主要采用“物防”手段，即使用警示带/保护板，其铺设于管道上方0.5米，主要分为两种，一种为钢管上方敷设的警示带为普通PE警示带，它仅起到一个警示作用。另外一种为PE管上方敷设的警示保护板，它为塑料板内夹金属薄板，起到了警示和管道追踪的作用。现在燃气管道上方使用的警示桩，多为玻璃钢材质，仅起到一个管线走向标志作用。因此，其本质上还是“事后告知”的“被动防御”手段，很难快速有效规避第三方破坏对燃气管网造成的破坏。

目前，基于“物防+技防”的地下管线防外破预警系统，能全天候实时有效感知燃气管道受第三方潜在破坏行为，可对部分潜在风险进行预警，解决了地下管线安全预警难题。在现有技术中，通常采用分布式光纤传感技术来实现管道第三方破坏等事故预警，但是，经过多年的油气行业的推广与使用过程中发现，存在诸多问题，一方面，由于光纤传感系统存在较高的灵敏度，且管道现场环境复杂，第三方破坏事件多种多样，从而导致光纤传感系统预警算法设计存在较大困难，存在较高的误报率。另一方面，分布式光纤传感系统主要适用于长距离管道监测，对于城市区域燃气管道而言，通常是错综复杂的短距离管线，因此，分布式光纤传感系统就存在单公里分摊成本高、误报率高、维护费用较高的问题。

此外，分布式光纤系统主机存在复杂的解调与运算，因此，系统主机体积较大且功耗较高，难以在野外燃气管道附近固定安装与长期供电。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，如：当前的分布式光纤传感系统就存在单公里分摊成本高、误报率高、维护费用较高的问题，此外，分布式光纤系统主机存在复杂的解调与运算，因此，系统主机体积较大且功耗较高，难以在野外燃气管道附近固定安装与长期供电，进而提出的一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统，包括指挥中心模块、设备管理模块、设备监测模块、视频监控模块、安全运行模块、预警中心模块、综合评分模块及智能警示带/保护板、燃气智能警示桩，所述智能警示带/保护板包括警示带/PE板，所述警示带/PE板上设置有定向耐高温膜层，且所述警示带/PE板、定向耐高温膜层之间沿纵向间隔设置有两根报警线，所述报警线为隔热金属导线。

优选的，所述燃气智能警示桩分为地面安装警示桩、地埋安装警示桩两种，所述燃气智能警示桩采用型号为STM32F103的微控制器为主控芯片。

优选的，所述指挥中心模块主要包括集团公司、分公司以及下属所三层管理结构，通过结合GIS地理信息及管线监测业务数据，以三维地理信息坐标为基准，通过一张图能够清楚、直观、精确地显示燃气管线防破坏系统管理数据，实现运行人员信息、预警信息(断线)、环境信息(倾斜、振动、视频、温湿度等)的全面三维融合，实现燃气地下管线防破坏预警的动态立体化管理与显示。

优选的，所述设备管理模块主要包括设备名称、设备编号、安装位置、运行人员信息、设备状态、设备查看以及新增设备等信息。

优选的，所述设备监测模块主要包括智能警示带/保护板长度、断线状态、温湿度、倾斜、振动、电池电量信息等。

优选的，所述视频监控模块主要包括在燃气管线断线预警条件下，对管线附近进行拍照上传或通过平台进行视频监控、以及智能警示桩周围环境产生预警信息时，通过拍照上传或系统视频监控观测智能警示桩周边环境视频，进而指导运行与应急处置。

优选的，所述安全运行模块主要包括智能警示桩设备信息、维护区段、运行人、运行地址、设备类型、运行时间、运行内容、运行状态等。所述安全运行模块主要是对燃气管线定期运行计划中发现的问题进行在线填报，主要包括运行问题描述、问题地点、发现日期、发现人、处置情况(已完成、未完成)、整改期限日期、整改人以及验收人。

优选的，所述预警中心模块主要包括展示管道报警类型、报警原因、报警时间与地点、现场图像信息以及是否处置等信息，提醒管理人员及时对相关问题进行处置，避免或提前化解各类潜在安全事件。

优选的，所述综合评分模块主要包括展示设备总体运行状态、安全预警频次，基于大数据分析技术，统计与分析燃气警示桩产品质量问题、潜在燃气管道事故高发的警示桩信息以及运行人员运行质量，提醒管理人员指导与制定运行方案，避免或提前化解各类潜在安全事件。

本发明的有益效果为：

在前端，在燃气管道附近每隔600米左右，安装燃气智能警示桩，实时采集智能警示带/保护板的断线信息及周边环境信息，并通过自带太阳能与蓄电池实现自供电；在后端，综合运用智能监测、物联网、云计算、人工智能及大数据技术，搭建预警与运行管理平台，当智能警示带/保护板遭到潜在破坏，燃气公司生产运营管理部门与运行人员可通过预警平台第一时间得到破坏点位置信息，进而指导快速现场处置，实现由原来的“被动告知”变为现在的“主动预警”，从而可减少燃气管道破坏事件发生。同时，由于本项目预警系统具备主动断线功能，可减少管线日常巡线频次，可节省大量人工成本。

综上所述，本发明采用智能传感、物联网、云计算及大数据技术，对既有智能警示带/保护板的防护手段进行创新性地升级改造，可实现燃气管线全天候实时综合监控与运行管理，实现对各类第三方破坏的预警与超前防控；因此，本发明不仅可有效提高燃气管道安全防护质量与效率，提升燃气工程建设信息化管理水平，还可以降低燃气工程建设与运行维护成本。

附图说明

图1为本发明中智能警示带/保护板的示意图；

图2为本发明中两种燃气智能警示桩的示意图；

图3为本发明中燃气地下管线防破坏预警云系统架构图；

图4为本发明中智慧燃气地下管线防破坏预警云系统指挥中心示意图。

图中：1智能警示带/保护板、1-1警示带/PE板、1-2定向耐高温膜层、1-3报警线、2燃气智能警示桩、2-1地面安装警示桩、2-2地埋安装警示桩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1-4，一种基于智能保护板的城市燃气管道防破坏预警系统，包括指挥中心模块、设备管理模块、设备监测模块、视频监控模块、安全运行模块、预警中心模块、综合评分模块及智能警示带/保护板1、燃气智能警示桩2，智能警示带/保护板1包括警示带/PE板1-1，警示带/PE板1-1上设置有定向耐高温膜层1-2，且警示带/PE板1-1、定向耐高温膜层1-2之间沿纵向间隔设置有两根报警线1-3，报警线1-3为隔热金属导线，使用时将智能警示带/保护板1铺设在地下管道的上方大约300-500mm处，将两根报警线1-3的同侧一端相互连接，另一端分别与外设警示装置连接，使两根警示线报警线1-3与外设的燃气智能警示桩2构成电回路。

同时，对与智能警示带/保护板1的转向、三通等节点位置，采用分段压接对插的敷设方案，即在转向、三通等特殊环节，通过多段警示带/PE板1-1进行连接，连接处采用防水接线盒进行相邻两块警示带/PE板1-1的连接，确保可靠性和使用寿命；

燃气智能警示桩2分为地面安装警示桩2-1、地埋安装警示桩2-2两种，燃气智能警示桩2采用型号为STM32F103的微控制器为主控芯片。每个燃气智能警示桩2能监测600米的智能警示带/保护板1，即左右各带2条300米的智能警示带/保护板1，实现断线报警功能。地面安装警示桩2-1的1/4敷设于地面下，3/4敷设于地面上，敷设在不妨碍交通及人员通行，且阳光可以照射地方。地埋安装警示桩2-2表面与路面齐平，采用长效电池供电，顶部采用防盗螺丝，确保地埋安装警示桩2-2内部的设备安全。

燃气智能警示桩2的主要设计思路是：基于物联网的信息采集与回传技术，采用微控制器STM32F103为主控芯片，并设计外围接口电路与电源管理电路实现低功耗管理。同时采用自身携带的太阳能电池板与蓄电池，实现燃气智能警示桩2自供电。系统将高频次实时采集左右两个通道的智能警示带/保护板1的断线信息，同时低频次采集燃气智能警示桩2的红外、振动、倾角、摄像头、温湿度等传感器信息，主动感知燃气智能警示桩2周围环境，并对传感数据信息进行缓冲、滤波等处理后，进行预警算法设计，最后通过NB-IOT无线传输模块，将预警信息远传至监控大数据系统。

燃气智能警示桩2的功能实现有断线报警：智能警示带/保护板1被破坏可产生断线信号，实现燃气管线预见性保护和破坏点报警；震动感知：在每个燃气智能警示桩2附近埋设两只振动探头，直接感知震动探头周界六米范围内地表侵扰(如：大型机械发动机产生的震动、人力挖掘产生的震动等)，有效预警地下管线附近的活动热点；拍照报警：当产生断线、振动等信号时，燃气智能警示桩2上的微控制器产生控制指令，利用其自带的摄像头进行现场图像抓拍报警；倾斜报警：实时采用燃气智能警示桩2内部的倾角传感器信息，当燃气智能警示桩2倾斜30°即发出报警，可实现燃气智能警示桩2被破坏、山体滑坡、垮塌等报警；温湿度报警：实时采用燃气智能警示桩2内部的温湿度信息，当燃气智能警示桩2温湿度超标即发出报警，可实现燃气智能警示桩2现场恶劣天气(高温、大雪、暴雨)等报警；燃气智能警示桩2采用高强度塑钢材质，太阳能供电，免维护，防摔、防砸、防撞、防腐及耐高低温；

其中的地埋安装警示桩2-2的功能主要为断线报警，采用低功耗设计、长效电池供电，供电时长两到三年，电量降低到标准电量的20％时即触发低电量报警。顶部采用防盗螺丝，确保地埋安装警示桩2-2内部的设备安全。

指挥中心模块主要包括集团公司、分公司以及下属三层管理结构，通过结合GIS地理信息及管线监测业务数据，以三维地理信息坐标为基准，通过一张图能够清楚、直观、精确地显示燃气管线防破坏系统管理数据，实现运行人员信息、预警信息(断线)、环境信息(倾斜、振动、视频、温湿度等)的全面三维融合，实现燃气地下管线防破坏预警的动态立体化管理与显示。生产运营管理人员可通过权限设置，结合集团看板与分公司看板，既可以查看集团燃气管线总体情况，也可以查看各分公司的燃气管线情况，还可以查看某个分公司中某个具体所管线监测情况。项目管理主要实现对管理权限条件下的各项目进行管理，管理员可以对管线信息进行增删改查。

设备管理模块主要包括设备名称、设备编号、安装位置、运行人员信息、设备状态、设备查看以及新增设备等信息。

设备监测模块主要包括智能警示带/保护板1长度、断线状态、温湿度、倾斜、振动、电池电量信息等。设备监控主要对燃气管线的第三方破坏断线信息、现场环境信息进行实时监测，主要包括温湿度、倾斜、振动、电池电量的实时监测与趋势性统计，对指标超标进行预警，指导运维运行，并提供标准接口与燃气公司生产运营管理部门对接。

视频监控模块主要包括在燃气管线断线预警条件下，对管线附近进行拍照上传或通过平台进行视频监控、以及智能警示桩周围环境产生预警信息时，通过拍照上传或系统视频监控观测智能警示桩周边环境视频，进而指导运行与应急处置。

安全运行模块主要包括智能警示桩设备信息、维护区段、运行人、运行地址、设备类型、运行时间、运行内容、运行状态等。

预警中心模块主要包括展示管道报警类型、报警原因、报警时间与地点、现场图像信息以及是否处置等信息，提醒管理人员及时对相关问题进行处置，避免或提前化解各类潜在安全事件。

综合评分模块主要包括展示设备总体运行状态、安全预警频次，基于大数据分析技术，统计与分析燃气警示桩产品质量问题、潜在燃气管道事故高发的警示桩信息以及运行人员运行质量，提醒管理人员指导与制定运行方案，避免或提前化解各类潜在安全事件。

本发明首先解决管线第三方破坏的可靠预警问题，减少燃气管道破坏事件发生：提出的智能警示带/保护板1的智能改造与升级使智能警示带/保护板1具备主动“断线报警”功能，可第一时间上传生产运营部门管线运行系统，并通知相关管理部门与运行人员手机APP，快速有效化解各类管道安全事故的发生。

其次解决管线第三方破坏的误报率高问题：燃气管线第三方破坏预警系统依据的是智能警示带/保护板1的“断线报警”信息，也就是说只有智能警示带/保护板1存在“挖断”的情形下才会报警，而不是通过其他的振动信号产生预警，从而可有效解决各类误报问题。

然后解决燃气公司管线运行人工运行工作量大、存在盲区的问题：燃气管线第三方破坏预警系统，可全天候、全路段、实时监控燃气管线的断线状况，运行人员可每周1-2次采用手持APP进行警示桩扫描巡检，不必每天重复繁重的运行管线工作，一个运行人员一天可运行管线达100公里。现有方式下，运行人员每天运行管线约35公里。因此，本系统有效解决了运行人员的工作压力，降低了劳动强度。

最后解决管线第三方破坏投资成本高的问题：第三方破坏预警系统，主要是对既有智能警示带/保护板1进行智能化设计与改造，随着智能警示带/保护板1进行正常敷设就完成了，不仅不增加施工工作量，且不需要重复增加新的管道防护终端硬件设施投资。同时，采用物联网与大数据技术进行集成与创新，最终可有效降低运行人员数量达1/3，总投资成本可降低约10％-15％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。