基于北斗的長輸管道溢油監控系統、監控站點及監控中心的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于北斗的長輸管道溢油監控系統、監控站點及監控中心，該系統包括：多個監測站點以及監控中心；監測站點，設置于長輸管道監測點周邊，用于將多個油膜監測傳感器采集到的信號進行一級處理，確定待上報的數據，采用GPRS通信模式或北斗衛星通信模式將待上報的數據發送至將監控中心；監控中心，分別與各個監測站點相連接，采用GPRS通信模式或北斗衛星通信模式接收來自于監測站點上報的數據，對接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比。根據本實用新型的技術方案，能夠及時準確的獲取實時現場信息，可靠性高，能實際有效地應用到長輸管道溢油污染監控處理工作中。
【專利說明】
基于北斗的長輸管道溢油監控系統、監控站點及監控中心
技術領域
[0001]本實用新型涉及通信領域，具體而言，涉及一種基于北斗的長輸管道溢油監控系統、監控站點及監控中心。
【背景技術】
[0002]跨區域的全國性管道運輸管網已成為國內能源輸送的最重要通道，發揮著無法替代的支撐作用。在長輸油氣管道的施工中，上萬公里的長輸管道無可避免地需要穿越河流。數量繁多的管道河流穿越點和頻繁發生的泄漏對水體造成重大的環境污染風險，使管道應急工作面臨著巨大挑戰。在事故緊急狀態下，制定快速、合理、有效的應急決策是事故應急救援成敗的關鍵。成功的應急決策包括:合理的判斷泄漏量和油膜厚度、及時追蹤和匯報油頭位置、準確的選取圍油欄布設位置、合理的選取圍控設備等。
[0003]管道泄漏的應急決策通常依靠主觀判斷和人工決策，因而無法保證決策及時性和準確性，造成事故救援的遲緩及后果的嚴重。不僅如此，泄漏事故情況往往十分復雜，水文條件和泄漏參數變化很快，需要的決策信息及時調整更新，信息量很大，依靠傳統的方式已無法及時準確的獲取實時現場信息，更無法保證人工決策的可信賴性。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的主要目的在于公開一種基于北斗的長輸管道溢油監控系統、監控站點及監控中心，以解決相關技術中無法及時準確的獲取實時現場信息，更無法保證人工決策的可信賴性的問題。
[0005]根據本實用新型的一個方面，提供了一種基于北斗的長輸管道溢油監控系統。
[0006]根據本實用新型的基于北斗的長輸管道溢油監控系統包括:多個監測站點以及監控中心;所述監測站點，設置于長輸管道周邊，用于將多個油膜監測傳感器采集到的信號進行一級處理，確定待上報的數據，采用通用分組無線服務(GPRS)通信模式或北斗衛星通信模式將所述待上報的數據發送至將所述監控中心;所述監控中心，分別與各個所述監測站點相連接，采用所述GPRS通信模式或北斗衛星通信模式接收來自于所述監測站點上報的數據，對接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比。
[0007]根據本實用新型的另一方面，提供了一種基于北斗的長輸管道溢油監控站點。
[0008]根據本實用新型的基于北斗的長輸管道溢油污染監控站點包括:多個油膜監測傳感器;水文氣象監測單元，包括:水文氣象監測浮標;多通道數據采集單元，與所述傳感器和所述水文氣象監測單元相連接，用于對所述傳感器和所述水文氣象監測單元輸出的信號進行模數轉換;第一數據處理單元，與所述多通道數據采集單元相連接，用于對所述多通道數據采集單元輸出的數字信號與預定閾值進行判比處理，確定需要上報的數據;第一通信單元，與所述數據處理單元相連接，包括:第一 GPRS通信模塊、第一北斗衛星通信模塊。
[0009]根據本實用新型的又一方面，提供了一種基于北斗的長輸管道溢油監控中心。
[0010]根據本實用新型的基于北斗的長輸管道溢油污染監控中心包括:第二通信單元，與多個長輸管道溢油污染監控站點進行通信，包括:第二 GPRS通信模塊、第二北斗衛星通信模塊;第二數據處理單元，與所述第二通信單元相連接，對所述第二通信單元接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比；所述安全預警單元，安裝在所述長輸管道上，與所述第二數據處理單元相連接，用于對所述長輸管道的安全狀態進行預警;報警單元，與所述第二數據處理單元相連接，用于在所述第二數據處理單元判定發生泄漏污染時，輸出聲、光、和/或電報警。
[0011]與現有技術相比，本實用新型實施例至少具有以下優點:本實用新型公開了傳感器采集數據的處理與傳輸方式，也公開了其泄漏監測中心的工作方式與原理，針對數據實時傳輸過程中存在的數據傳輸量大的問題，在監控站點側進行數據一級處理，對于設定閾值范圍內的數據并不進行傳輸，從而可以有效降低數據傳輸量，針對溢油時刻及時判斷與預警問題，本實用新型實施例在數據監控中心進行數據二級處理，并調用管道安全預警單元的數據進行比對，從而提高溢油預警的準確性與及時性，以便為溢油響應動作爭取更多的應急時間。上述系統可靠性高，能實際有效地應用到長輸管道溢油污染監控處理工作中。
【附圖說明】
[0012]圖1是根據本實用新型實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的結構框圖；
[0013]圖2是根據本實用新型優選實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的結構示意圖；
[0014]圖3是根據本實用新型優選實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的工作流程圖；
[0015]圖4是根據本實用新型實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控站點的結構框圖；以及
[0016]圖5是根據本實用新型優選實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控中心的結構框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合說明書附圖對本實用新型的具體實現方式做一詳細描述。
[0018]圖1是根據本實用新型實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的結構框圖。如圖1所示，該基于北斗的長輸管道溢油監控系統包括:多個監測站點10以及監控中心12;所述監測站點10，設置于長輸管道周邊，用于將多個油膜監測傳感器采集到的信號進行一級處理，確定待上報的數據，采用通用分組無線服務GPRS通信模式或北斗衛星通信模式將所述待上報的數據發送至將所述監控中心;所述監控中心12，分別與各個所述監測站點相連接，采用所述GPRS通信模式或北斗衛星通信模式接收來自于所述監測站點上報的數據，對接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比。
[0019]在圖1所示的基于北斗的長輸管道溢油監控系統，公開了傳感器采集數據的處理與傳輸方式，也公開了其泄漏監測中心的工作方式與原理，針對數據實時傳輸過程中存在的數據傳輸量大的問題，在監控站點側進行數據一級處理，對于設定閾值范圍內的數據并不進行傳輸，從而可以有效降低數據傳輸量，針對溢油時刻及時判斷與預警問題，本實用新型實施例在數據監控中心進行數據二級處理，并調用管道安全預警單元的數據進行比對，從而提高溢油預警的準確性與及時性，以便為溢油響應動作爭取更多的應急時間。上述系統可靠性高，能實際有效地應用到長輸管道溢油污染監控處理工作中。
[0020]優選地，各個監測站點均可以包括:多個油膜監測傳感器100;水文氣象監測單元102，包括:水文氣象監測浮標;多通道數據采集單元104，與所述傳感器和所述水文氣象監測單元相連接，用于對所述傳感器和水文氣象監測單元輸出的信號進行模數轉換;第一數據處理單元106，與所述多通道數據采集單元相連接，用于對所述多通道數據采集單元輸出的數字信號與預定閾值進行判比處理，確定需要上報的數據;第一通信單元108，與所述數據處理單元相連接，包括:第一 GPRS通信模塊1080、第一北斗衛星通信模塊1082。
[0021]優選地，所述第一北斗衛星通信模塊1082，可以進一步包括:相連接的北斗定位子模塊和北斗短報文通信子模塊，其中，所述北斗定位子模塊用于定位長輸管道的溢油點位置，所述北斗短報文通信子模塊用于將攜帶有所述溢油位置的短報文進行發送。
[0022]一般情況下，各個監測站點采用GPRS通信模式與監控中心進行通信。但由于長輸管道跨越區域較為廣泛，對于一些偏遠地帶，網絡通信信號差，在電信、移動、聯通等運營商通信網絡中斷時，為了保證通信正常，可以采用北斗短報文通信作為通信手段。
[0023]北斗衛星通信模塊集成北斗衛星無線電測定業務(Rad1 Determinat1nSatellite Service，簡稱為RDSS)射頻收發芯片、功放芯片、基帶電路等。可完整實現北斗RDSS收發信號、調制解調等全部功能。短報文通信就是采用摩斯信號代碼進行無線電報通信，摩斯信號是將字母和數字用長短小同的一組代碼表示，長信號用短劃表示，短信號用點表示。北斗短報文相當于現在平時用的“短信息”，它可以發布140個字的信息，在沒有通信網絡的區域，也能夠向外界發布文字信息。由于北斗用戶數的限制，這里發送短報文服務頻度只能達到20?60s/次。
[0024]優選地，在當前網絡信號強度大于預定閾值時，所述第一GPRS通信模塊設置為主通道，所述北斗衛星通信模塊設置為備用通道;在當前無網絡覆蓋或者當前網絡信號強度小于或等于預定閾值時，所述北斗衛星通信模塊設置為主通道，所述第一GPRS通信模塊設置為備用通道。
[0025]優選地，所述監控中心12可以進一步包括:第二通信單元120，與所述第一通信單元相連接，包括:第二 GPRS通信模塊1200、第二北斗衛星通信模塊1202;第二數據處理單元122，與所述第二通信單元相連接，對所述第二通信單元接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比；所述安全預警單元124，安裝在所述長輸管道上，與所述第二數據處理單元相連接，用于對所述長輸管道的安全狀態進行預警;報警單元126，與所述第二數據處理單元相連接，用于在所述第二數據處理單元判定發生泄漏污染時，輸出聲、光、和/或電報警。
[0026]優選地，所述監控中心還可以包括:應急響應指令庫128，與所述第二數據處理單元相連接，用于確定與所述第二數據處理單元的輸出結果相匹配的應急響應策略并輸出。
[0027]優選地，上述系統還可以包括:至少一個具有定位功能的手持終端14，與所述監控中心相連接，接收來自于所述監控中心的所述應急響應策略和溢油點位置，以便于用戶根據所述手持終端的定位信息以及所述應急響應策略進行現場處理。
[0028]以下結合圖2進一步描述上述優選實施過程。
[0029]圖2是根據本實用新型優選實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的結構示意圖。如圖2所示，該基于北斗的長輸管道溢油監控系統包括:多個監測站點以及監控中心。
[0030]上述監測站點(如圖2所示，即監測站點1、監測站點2、監測站點η)，包括:
[0031]多個油膜監測傳感器(如圖2所示，即傳感器1、傳感器2、傳感器η)，形成傳感器陣列，安裝在長輸管道監測點周邊，結合水文數據與地形情況選取傳感器安裝的關鍵點。
[0032]水文氣象監測單元:在長輸管道監測點周邊水域(河流、湖泊等)布設水文氣象監測浮標，實時監控監測點周邊波浪、水位、風速、風向、溫度、濕度、氣壓等參數。
[0033]多通道數據采集單元(DataAcquisit1n Unit):最多支持32個模擬輸入，支持Modbus和web接口，進行A/D模數變換，將模擬信號轉換成數字信號。
[0034]數據處理單元:優選實施過程中，可以采用數字信號處理器(DSP)，對采集數據進行一級處理。當然也可以采用單片機或者ARM。
[0035]第一通信單元，第二通信單元:均可以包括:GPRS通信模塊、北斗衛星通信模塊，SP可以采用GPRS通信和北斗衛星通信雙冗余模式。針對長輸管道途經路由長，涉及環境復雜，存在通信盲區的問題，本實用新型實施例引入北斗衛星通信模塊進行定位和通信。
[0036]其中，上述GPRS通信模塊:具有短信和GPRS兩種信道，一級可最多收發999字節，長短信功能一級可收發500字節。支持大數據包(2M字節)緩存收發功能。
[0037]其中，上述北斗衛星通信模塊:具有北斗定位和北斗短報文功能，通信頻度民用I分鐘/條(因數據進行一級處理，僅在超過閾值范圍后進行數據傳輸，因此可滿足需求)，通信長度:< 120漢字。定位功能可直接定位漏油泄漏危險點位置，短報文功能用于通信。
[0038]在優選實施過程中，按照以下方式進行通信信道的選擇與切換:在通信網絡較好區域，可將GPRS通信模塊設為主通道，北斗衛星通信模塊設為備用通道。在無人區等通信網絡不佳區域，可直接將北斗衛星通信模塊設為主通道。但無論如何設置主通道，在通信網絡發生故障時，均可自動切換備用網絡通道。
[0039]上述監測中心可以進一步包括:
[0040]第二數據處理單元:在監控中心的計算機(服務器)上進行二級數據處理，依據特征信號進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元124的輸出進行判比。
[0041]安全預警單元:在優選實施過程中，可以采用一種安裝在長輸管道上的對管道安全狀態進行提前預警的設備系統，可針對不同工況的長輸管道采用多種不同的技術，較常用的有光纖預警系統和聲音振動預警系統。例如，采用安裝在長輸管道上的振動傳感器，或采用長輸管道周邊的通信光纖作為光纖傳感器，則可以根據傳感器采集到的信號來判定是否存在管道周邊有人員在進行打孔或進行施工破壞的警情。如果沿途所有布設傳感器陣列的監測點，或者超過預定數量的監測點，都向監控中心發送警報信息，則需要緊急響應，進行應急處置。
[0042]報警單元:如果數據處理結果指示已發生泄漏污染，則輸出聲、光、和/或電報警。
[0043]應急響應指令庫:數據處理結果也包括泄漏時的水文信息，可同時發送到應急響應指令庫，應急響應指令庫可根據獲得的信息輸出應急響應策略。當用戶攜帶具有定位功能的手持終端，手持終端接收到來自于監控中心輸出的應急響應策略以及泄漏危險點位置，用戶可以根據手持終端定位的位置信息以及上述應急響應策略進行現場處理。其中，手持終端也可以采用GPRS通信和北斗衛星通信雙冗余模式與監控中心進行通信。手持終端可以是手機、PAD、數碼相機、筆記本電腦等便攜式設備。
[0044]以下結合圖3進一步描述上述基于北斗的長輸管道溢油監控系統的優選工作方式。
[0045]圖3是根據本實用新型優選實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控系統的工作流程圖。如圖3所示，該流程包括以下處理:
[0046]步驟S301:多個油膜監測傳感器和水文氣象監測單元監測被測量的信息，并變換成為模擬信號發送給多通道數據采集單元。
[0047]步驟S303:多通道數據采集單元將模擬信號轉換為數字信號。
[0048]步驟S305:數據處理單元對接收到的數字信號進行一級處理，確定需要發送給監控中心的數據。
[0049]步驟S307:第一通信單元基于采用GPRS通信模式或北斗衛星通信模式將上述數據進行發送，第二通信單元采用GPRS通信模式或北斗衛星通信模式接收上述數據。
[0050]步驟S309:第二數據處理單元對第二通信單元接收到的數據進行二級處理，從上述數據中提取特征參數，判定上述特征參數是否處于預定范圍內，如果在預定范圍內，則不再進行響應，結束流程。如果不在預定范圍內，則再調用管道安全預警單元的輸出進行判定，優選實施過程中，還可以采用小波變換、特征信號匹配、噪聲消除等方式提高系統判定的準確性。
[0051]步驟S311:如果數據處理結果指示已發生泄漏污染，則輸出聲、光、和/或電報警。
[0052]步驟S313:上述數據處理結果也包括泄漏時的水文信息，可同時發送到應急響應指令庫，應急響應指令庫可根據獲得的信息輸出應急響應策略。
[0053]根據本實用新型的實施例，還提供了一種長輸管道溢油污染監控站點。
[0054]圖4是根據本實用新型實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控站點的結構框圖。如圖4所示，該長輸管道溢油污染監控站點包括:多個油膜監測傳感器40;水文氣象監測單元42，包括:水文氣象監測浮標;多通道數據采集單元44，與所述傳感器相連接，用于對所述傳感器40和水文氣象監測單元42輸出的信號進行模數轉換；第一數據處理單元46，與所述多通道數據采集單元相連接，用于對所述多通道數據采集單元輸出的數字信號與預定閾值進行判比處理，確定需要上報的數據;第一通信單元48，與所述數據處理單元相連接，包括:第一 GPRS通信模塊480、第二北斗衛星通信模塊482。
[0055]上述實施例，公開了傳感器采集數據的處理與傳輸方式，能夠及時準確的獲取實時現場信息發送給監控中心，與監控中心協同工作，可靠性高，能實際有效地應用到長輸管道溢油污染監控處理工作中。
[0056]根據本實用新型的實施例，還提供了一種長輸管道溢油污染監控中心。
[0057]圖5是根據本實用新型實施例的基于北斗的長輸管道溢油監控中心的結構框圖。如圖5所示，該長輸管道溢油污染監控中心包括:第二通信單元50，與多個長輸管道溢油污染監控站點進行通信，包括:第二 GPRS通信模塊500、第二北斗衛星通信模塊502;第二數據處理單元52，與所述第二通信單元相連接，對所述第二通信單元接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比;所述安全預警單元54，安裝在所述長輸管道上，與所述第二數據處理單元相連接，用于對所述長輸管道的安全狀態進行預警;報警單元56，與所述第二數據處理單元相連接，用于在所述第二數據處理單元判定發生泄漏污染時，輸出聲、光、和/或電報警。
[0058]優選地，如圖5所示，該長輸管道溢油污染監控中心還可以包括:應急響應指令庫58，與所述第二數據處理單元相連接，用于確定與所述第二數據處理單元的輸出結果相匹配的應急響應策略并輸出。
[0059]上述實施例，公開了監測中心的工作方式與原理，能夠及時準確的獲取實時現場信息，與長輸管道溢油污染監控站點協同工作，可靠性高，能實際有效地應用到長輸管道溢油污染監控處理工作中。
[0060]綜上所述，借助本實用新型提供的上述實施例，針對數據實時傳輸過程中存在的數據傳輸量大的問題，在監控站點側采用DSP進行數據一級處理，對于設定閾值范圍內的數據并不進行傳輸，從而降低數據傳輸量;針對長輸管道途經路由長，涉及環境復雜，存在通信盲區的問題，本實用新型實施例采用北斗模塊進行定位和通信;針對溢油時刻及時判斷與預警問題，本實用新型實施例在數據監控中心進行數據二級處理，并調用管道安全預警單元數據進行比對，從而提高溢油預警的準確性與及時性，以便為溢油響應動作爭取更多的應急時間。
[0061]以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是，本實用新型并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種基于北斗的長輸管道溢油監控系統，其特征在于，包括:多個監測站點以及監控中心； 所述監測站點，設置于長輸管道監測點周邊，用于將多個油膜監測傳感器采集到的信號進行一級處理，確定待上報的數據，采用通用分組無線服務GPRS通信模式或北斗衛星通信模式將所述待上報的數據發送至將所述監控中心； 所述監控中心，分別與各個所述監測站點相連接，采用所述GPRS通信模式或北斗衛星通信模式接收來自于所述監測站點上報的數據，對接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比。2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，各個所述監測站點均包括: 多個油膜監測傳感器； 水文氣象監測單元，包括:水文氣象監測浮標； 多通道數據采集單元，與所述傳感器和所述水文氣象監測單元相連接，用于對所述傳感器和所述水文氣象監測單元輸出的信號進行模數轉換； 第一數據處理單元，與所述多通道數據采集單元相連接，用于對所述多通道數據采集單元輸出的數字信號與預定閾值進行判比處理，確定需要上報的數據； 第一通信單元，與所述數據處理單元相連接，包括:第一 GPRS通信模塊、第一北斗衛星通信模塊。3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于， 所述第一北斗衛星通信模塊，包括:相連接的北斗定位子模塊和北斗短報文通信子模塊，其中，所述北斗定位子模塊用于定位長輸管道的溢油位置，所述北斗短報文通信子模塊用于將攜帶有所述溢油位置的短報文進行發送。4.根據權利要求2所述的系統，其特征在于， 在當前網絡信號強度大于預定閾值時，所述第一GPRS通信模塊設置為主通道，所述北斗衛星通信模塊設置為備用通道； 在當前無網絡覆蓋或者當前網絡信號強度小于或等于預定閾值時，所述北斗衛星通信模塊設置為主通道，所述第一 GPRS通信模塊設置為備用通道。5.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述監控中心包括: 第二通信單元，與所述第一通信單元相連接，包括:第二 GPRS通信模塊、第二北斗衛星通信模塊； 第二數據處理單元，與所述第二通信單元相連接，對所述第二通信單元接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比； 所述安全預警單元，安裝在所述長輸管道上，與所述第二數據處理單元相連接，用于對所述長輸管道的安全狀態進行預警； 報警單元，與所述第二數據處理單元相連接，用于在所述第二數據處理單元判定發生泄漏污染時，輸出聲、光、和/或電報警。6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述監控中心還包括: 應急響應指令庫，與所述第二數據處理單元相連接，用于確定與所述第二數據處理單元的輸出結果相匹配的應急響應策略并輸出。7.根據權利要求1至6中任一項所述的系統，其特征在于，所述系統還包括: 至少一個具有定位功能的手持終端，與所述監控中心相連接，接收來自于所述監控中心的應急響應策略和溢油點位置，以便于用戶根據所述手持終端的定位信息以及所述應急響應策略進行現場處理。8.一種基于北斗的長輸管道溢油監控站點，其特征在于，包括: 多個油膜監測傳感器； 水文氣象監測單元，包括:水文氣象監測浮標； 多通道數據采集單元，與所述傳感器相連接，用于對所述傳感器和所述水文氣象監測單元輸出到的信號進行模數轉換； 第一數據處理單元，與所述多通道數據采集單元相連接，用于對所述多通道數據采集單元輸出的數字信號與預定閾值進行判比處理，確定需要上報的數據； 第一通信單元，與所述數據處理單元相連接，包括:第一 GPRS通信模塊、第一北斗衛星通信模塊。9.一種基于北斗的長輸管道溢油監控中心，其特征在于，包括: 第二通信單元，與多個長輸管道溢油污染監控站點進行通信，包括:第二GPRS通信模塊、第二北斗衛星通信模塊； 第二數據處理單元，與所述第二通信單元相連接，對所述第二通信單元接收到的數據進行二級處理，提取特征參數進行預警判定，并調用參考管道安全預警單元的輸出結果進行判比； 所述安全預警單元，安裝在所述長輸管道上，與所述第二數據處理單元相連接，用于對所述長輸管道的安全狀態進行預警； 報警單元，與所述第二數據處理單元相連接，用于在所述第二數據處理單元判定發生泄漏污染時，輸出聲、光、和/或電報警。10.根據權利要求9所述的監控中心，其特征在于，還包括: 應急響應指令庫，與所述第二數據處理單元相連接，用于確定與所述第二數據處理單元的輸出結果相匹配的應急響應策略并輸出。
【文檔編號】G08B21/12GK205541311SQ201620193626
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月14日
【發明人】鄭娟, 祝彬
【申請人】鄭娟