专利名称：一种无线远程漏水探测设备与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及管路监测领域，具体涉及一种供水管网上的漏水监测系统。
背景技术：
水是生命之源，日常生产和生活过程中，水无时无刻不和人类保持着紧密联系。我 国是一个水资源严重贫乏的国家，人均占有的水资源还不到世界平均水平的四分之一，而 且地域分布极不均衡，资源性缺水和水质污染性缺水是摆在我们面前的两大课题。因此，合 理的开发并有效地利用好现有有限的水资源是关系到国民经济是否可持续发展的头等大事。目前，我国供水行业普遍存在管网漏水问题，平均水损率约20 %，其中漏损约占水 损的50%，有的地方管网漏水问题甚至非常严重，这就大大地降低了供水企业的供水效益， 也给水资源造成严重浪费，有些甚至影响到人们的正常生产和生活。管道漏损现象已成为供水行业普遍存在的严重问题，长时间未排除的供水管道泄 漏，除了浪费水资源造成巨大的经济损失外，还可能危害道路、桥梁以及房屋建筑的地基从 而引发灾难性事故。自上世纪八十年代以来，国内大多数自来水公司对管网漏水问题都非常重视，而 且建立了自己的专业漏水检测队伍，也配置了一些专业的漏水检测设备。然而，目前自来水 公司对漏水控制并没有达到理想的效果，这是因为目前采用的测漏手段主要用传统的测漏 方法——声波检测，包括阀栓听音、路面听音、相关分析、地面钻孔等方法。这种方法对于具 体的漏点定位比较有效(微观方面)，而对于漏水控制(宏观方面)有一定的局限性，原因 在于1、管网漏水形成的原因是复杂的，外力作用、年久失修，管网老化，温度变化、水压 变化、地面沉降、腐蚀等因素都有可能造成管网漏水。所以管网漏水产生是不确定的，也就 是说，管网漏水是随时随地都可能发生。这就要求我们要在第一时间内迅速及时掌握哪一 区域、哪几段管网存在漏水？才能及时组织人员和设备到现场进行漏点定位。而我们大多 数自来水公司依靠现有的设备很难做到这一点，往往是当发现地面渗水或沉降、水压下降 这些现象时才去检漏，这时管网可能已经漏水几天甚至几十天了。长此以往，漏水损失就很 严重，这样就不利于漏水的宏观控制。2、由于自来水测漏工作是一项长期而艰苦的工作，依靠传统的测漏手段需要投入 大量的人力和物力，而且工作效率较低。往往是测漏人员花去大量的时间和精力在一些根 本不漏水的管网工作，而没有把主要精力投入到具体的漏点定位工作中去，这样就大大影 响了测漏工作效率。3、目前，国内外漏水检测仪器设备和技术大多数采用声波检测的原理——通过检 测承压水从漏点喷出而产生的噪声来确定管道是否漏水和漏点的位置。漏水噪声的传播途 径分为三种沿管材管壁传播、沿土壤介质传播、沿水传播。沿水传播的噪声检测技术尚未 成熟，现有技术主要检测沿管壁传播和沿土壤介质传播的噪声。这类噪声衰减受漏点大小、水压、管材材质、管材长度、管径、土壤介质等因素影响而衰减强度不同，因而有的漏水点产 生的噪声我们通过人的耳朵很难判别。这样有的漏点就可能被疏漏——譬如非金属管漏 点、离阀门较远的漏点等，这些漏点如果不能被及时检测出来，就会造成不小的漏水损失。4、于以上种种原因，为了更加有效地控制漏损，我们应从宏观(迅速及时发现漏 水问题)和微观(定位漏点)两个方面去考虑漏水检测这项工作，把漏水检测工作作为一 项系统工程来做。由于供水管道属于压力管道，一旦发生泄漏，由于管道内外存在压力差，所以水会 以一定的速度从漏水点漏出，同时在漏孔边缘产生泄露摩擦噪声，而噪声会通过管道向两 侧传播.这种泄露一般具有稳定性和长期性，而且这种噪声声波经过土壤等各种传播介质 的衰减之后，具有一定的频率范围，而且距离远时信号幅度衰减越大。这种漏水的音频特性 是目前地下管线漏水检测和定位的基本原理所在，所以需要长期稳定，精确地获取阀栓声 波检测数据，并能够对单点的长期数据以及多点数据的融合分析，而且由于探测点往往位 于地下，安装和拆卸，以及读取操作都不适合频繁进行人工操作，而且布线不便，所以需要 设计一种能够自带电源，方便安装，而且可以通过无线方式将数据传送回数据处理中心的 探测节点设备，仅仅依靠自带电源就能工作数年的时间。然而，无线信号传输距离与功耗的 要求是一对矛盾，目前的检测设备仅仅支持近距离的数据数据传输，所以需要每天人工巡 检管线收集数据，增加了维护费用。因此有必要通过软硬件结合的方式设计一种极低功耗，同时支持远距离无线通信 的供水管网输水管线泄漏探测设备与系统，全面代替目前的人工巡检。

发明内容
本发明的目的是提供一种无线远程漏水探测设备与系统，它能实现全自动无人自 动检测；解决探测设备的功耗要求和无线通信距离之间的矛盾，并以此设计一种软硬件结 合的极低功耗，自带电池供电，能够进行数据远距离回送的输水管道检测设备；以吸附或者 其它方式固定在输水管线上面，并且连续长时间的自动工作；在监控中心的监控系统上以 可视化方式实时显示整个供水管网的漏水状况，并能够将漏水信息发送到检测人员携带的 移动终端。为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案它包含输水管漏 水检测无线设备和输水管远程漏水监控系统；输水管漏水检测无线设备为全密封的防水封 装，固定与输水管壁的安装方式(吸附式、钢带固定式等)，外接自适应长度可伸缩天线；且 自供电式的全自动探漏设备无需外部电源，使用电池供电，设备由探测传感器、传感器信号 调理电路模块，数字信号处理模块，检测结果存储模块以及无线通信模块构成；以预先设定 的间隔实时采集沿管壁传播的漏水信号，并对该信号进行判别，将判别结果通过无线网络 发送到远程监控中心。远程漏水监控系统为集成了所有供水管网的GIS系统，包含所有监测节点信息以 及管网运行信息，并对所有监测节点进行实时监测，并且以地图方式显示出来；该系统能够 对所有的监测节点按日、月、年进行漏水信息的存储、统计、报表汇总以及打印输出；还能够 实时接收所有漏水探测节点发来的漏水信息，并进行报警；且所发出的报警信息可以通过 无线网络发送到检测人员携带的移动终端(如手机)上。
本发明具有以下有益效果输水管漏水检测无线设备使用极低功耗且带有增强 DSP功能的嵌入式处理器，设备在每天固定时间段，以固定时间间隔进行泄漏音频数据采 集，本地处理采集数据，根据检测到的泄漏音频信号的连续性，结合累计存储的背景噪声水 平进行泄漏判别，增强了检测的可靠性。数据传输通过无线网络传输，能够实现大范围，远 距离的无线数据通信。设备采用全防水密封，吸附式安装，安装简便，使用可靠。设备采用 电池供电，工作时间达到3年以上，平均使用维护成本极低。输水管远程漏水监控系统能够 根据接收到的漏水信息，采用供水管网的GIS系统，以可视化方式实时显示供水管网的运 行状况，并能够自动统计各种信息。


图1是本发明输水管检测无线设备组成的结构示意图；图2是本发明输水管检测无线设备软件流程示意图； 图3是本发明输水管远程监控系统的结构示意图。
具体实施例方式参看图1-3，本具体实施方式
采用以下技术方案它包含输水管漏水检测无线设 备和输水管远程漏水监控系统；输水管漏水检测无线设备，固定与输水管壁的安装方式 (吸附式、钢带固定式等)，外接自适应长度可伸缩天线；且自供电式的全自动探漏设备无 需外部电源，使用电池供电，设备由探测传感器、传感器信号调理电路模块，数字信号处理 模块，检测结果存储模块以及无线通信模块构成；以预先设定的间隔实时采集沿管壁传播 的漏水信号，并对该信号进行判别，将判别结果通过无线网络发送到远程监控中心。远程漏水监控系统为集成了所有供水管网的GIS系统，包含所有监测节点信息以 及管网运行信息，并对所有监测节点进行实时监测，并且以地图方式显示出来；该系统能够 对所有的监测节点按日、月、年进行漏水信息的存储、统计、报表汇总以及打印输出；还能够 实时接收所有漏水探测节点发来的漏水信息，并进行报警；且所发出的报警信息可以通过 无线网络发送到检测人员携带的移动终端(如手机)上。参看图1，为本发明输水管漏水检测无线设备组成的结构示意图，它是由信号传感 器、信号放大及带通滤波电路、嵌入式处理器模块、无线通信模块、通信电路电源模块、信号 调理电路电源控制模块、电源模块组成；信号传感器与信号放大及带通滤波电路连接，信号 放大及带通滤波电路与嵌入式处理器模块连接，无线通信模块通过异步串行接口与嵌入式 处理器模块，完成更处理结果通过无线运营商的网络向监控中心的发送过程，嵌入式处理 器模块分别与信号调理电路电源控制模块和通信电路电源控制模块连接，信号调理电路电 源控制模块和通信电路电源控制模块通过电池模块分别与信号放大及带通滤波电路和无 线通信模块连接。所述的嵌入式处理器模块选用低功耗处理器，完成电信号的采样及处理，并且完 成数据存储和电源开关控制，其中电源模块对信号调理电路和无线通信电路分别使用带有 使能控制的供电，使能端由嵌入式处理器模块控制。输水管漏水检测无线设备各组成部分被放置在防水密闭外壳之内，并且采用防水 填充，通讯天线通过天线座及馈线引出；且通过强磁底座或者其它固定方式与管壁吸合，泄漏信号沿管壁传播到压电陶瓷振动传感器，传感器输出信号经过放大和带通滤波之后，被嵌入式处理器通过模数转换接口进行采集。参看图2，为本发明输水管检测无线设备软件流程示意图；采用了 16位长的定点 运算。运算过程是通过对采样信号进行时_频变换，得到信号的频谱特征，基于漏水点的音 频特征集中在200-2000HZ频段这一基本原理，我们搜索此频段内连续出现超过背景噪声 幅度的频段，从而判断是否存在漏水，并根据频段的位置和幅度，判断漏水量的大小。具体 算法流程如下1处理器平常处于低功耗模式，在每天的固定时间，一般是凌晨2:00-4:00被唤 醒，唤醒后进入间隔采样工作模式，每隔30秒钟采样一次沿管道传播的音频特征信号；2每一次间隔采样，处理器首先被唤醒，然后使能信号调理电路的供电电源，之后 以IOKHz的采样频率进行信号采集，采集256个样点；3采集的信号经过预设参数的数字滤波之后，进行FFT变换成为频谱信号，之后将 计算得到的频域信息保存到非易失存储器，优选地，在本例中是SPI接口的串行FLASH存储 器；保存完毕之后系统进入到低功耗的休眠状态；4每次采集之后处理器进入休眠状态。在240次采样结束之后，处理器读取所存储 的当天历史信息，对位于漏水频段频点，且频谱幅度大于预设判别门限的信号存在的连续 性进行判断，当连续次数大于预设判别门限时，判断设备处于漏水判别状态；5开启GSM/GPRS的供电，在系统连接网络之后，通过PPP协议连接公众网络，通过 SOCKET方式连接预先设定的数据中心服务器，将结果上传后重新进入休眠。本发明的软件工作还包括一个背景噪声探测的自适应工作模式，在该模式下，软 件默认当前无漏水发生，所有频谱信息均来自于干扰和噪声。在该模式下，软件流程完成上 述1-3的步骤；之后进入步骤6 6在240次采样结束之后，对当天采样历史数据进行累计平均，将数据上传，并且 在设备的FLASH内和之前的每日数据进行累加平均，并在进入漏水探测工作模式时以次值 作为漏水判别的基本幅度门限。输水管漏水检测无线设备的数据上传采用GPRS方式连接到数据中心服务器并通 过TCP/IP协议传输数据。同时，上位机可以通过SMS的方式来将数字滤波器参数、频谱幅 度判别门限、连续性判别门限、以及设备每天的工作时间，工作间隔等参数设置到本发明中的 漏水检测无线设备。漏水检测无线设备的GSM/GPRS模块在休眠时处于切断电源状态以达到 最低功耗，在每天上电工作时，一旦注册到运营商的网络，就可以接收到SMS信息并处理。参看图3，本发明输水管远程监控系统的结构示意图；它是由无线信号接收模块、 漏水信息存储与判别模块、报警与移动终端模块、GIS与用户界面模块构成。无线信号接收 模块实时接收来自探测设备发来的供水管网漏水信息以及管网运行信息，并将该信息传输 到漏水信息存储与判别模块。漏水信息存储与判别模块对接收到的信息进行存储、并且根 据当前信息和历史信息，判别管网的综合运行状况，然后输出判别结果。如果漏水信息存储 与判别模块传过来的是泄漏结果，那么报警模块将会启动报警程序，把报警信息传递给持 有移动报警终端的探测人员以及GIS和用户界面模块。GIS与用户界面模块将判别结果实 时显示在远程监控中心的显示设备上，包括地图信息以及文字信息，并且进行信息的统计、 汇报以及打印输出。
权利要求
一种无线远程漏水探测设备与系统，其特征在于它包含输水管漏水检测无线设备和输水管远程漏水监控系统；输水管漏水检测无线设备，固定与输水管壁的安装方式，外接自适应长度可伸缩天线；且自供电式的全自动探漏设备无需外部电源，使用电池供电，设备由探测传感器、传感器信号调理电路模块，数字信号处理模块，检测结果存储模块以及无线通信模块构成；以预先设定的间隔实时采集沿管壁传播的漏水信号，并对该信号进行判别，将判别结果通过无线网络发送到远程监控中心；远程漏水监控系统为集成了所有供水管网的GIS系统，包含所有监测节点信息以及管网运行信息，并对所有监测节点进行实时监测，并且以地图方式显示出来；该系统能够对所有的监测节点按日、月、年进行漏水信息的存储、统计、报表汇总以及打印输出；还能够实时接收所有漏水探测节点发来的漏水信息，并进行报警；且所发出的报警信息可以通过无线网络发送到检测人员携带的移动终端上。
2.根据权利要求1所述的一种无线远程漏水探测设备与系统，其特征在于所述的输水 管漏水检测无线设备是由信号传感器、信号放大及带通滤波电路、嵌入式处理器模块、无线 通信模块、通信电路电源模块、信号调理电路电源控制模块、电源模块组成；信号传感器与 信号放大及带通滤波电路连接，信号放大及带通滤波电路与嵌入式处理器模块连接，无线 通信模块通过异步串行接口与嵌入式处理器模块，完成更处理结果通过无线运营商的网络 向监控中心的发送过程，嵌入式处理器模块分别与信号调理电路电源控制模块和通信电路 电源控制模块连接，信号调理电路电源控制模块和通信电路电源控制模块通过电池模块分 别与信号放大及带通滤波电路和无线通信模块连接。
3.根据权利要求2所述的一种无线远程漏水探测设备与系统，其特征在于所述的所述 的嵌入式处理器模块选用低功耗处理器，完成电信号的采样及处理，并且完成数据存储和 电源开关控制，其中电源模块对信号调理电路和无线通信电路分别使用带有使能控制的供 电，使能端由嵌入式处理器模块控制。
4.根据权利要求1所述的一种无线远程漏水探测设备与系统，其特征在于所述的输水 管远程监控系统是由无线信号接收模块、漏水信息存储与判别模块、报警与移动终端模块、 GIS与用户界面模块构成；无线信号接收模块实时接收来自探测设备发来的供水管网漏水 信息以及管网运行信息，并将该信息传输到漏水信息存储与判别模块；漏水信息存储与判 别模块对接收到的信息进行存储、并且根据当前信息和历史信息，判别管网的综合运行状 况，然后输出判别结果；如果漏水信息存储与判别模块传过来的是泄漏结果，那么报警模块 将会启动报警程序，把报警信息传递给持有移动报警终端的探测人员以及GIS和用户界面 模块；GIS与用户界面模块将判别结果实时显示在远程监控中心的显示设备上，包括地图 信息以及文字信息，并且进行信息的统计、汇报以及打印输出。
全文摘要
一种无线远程漏水探测设备与系统，它涉及管路监测领域。输水管漏水检测无线设备使用极低功耗且带有增强DSP功能的嵌入式处理器，设备在每天固定时间段，以固定时间间隔进行泄漏音频数据采集，本地处理采集数据，根据检测到的泄漏音频信号的连续性，结合累计存储的背景噪声水平进行泄漏判别，增强了检测的可靠性。设备采用电池供电，工作时间达到3年以上，平均使用维护成本极低。输水管远程漏水监控系统能够根据接收到的漏水信息，采用供水管网的GIS系统，以可视化方式实时显示供水管网的运行状况，并能够自动统计各种信息。
文档编号G01M3/24GK101871834SQ20101015388
公开日2010年10月27日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者刘瑞祯, 李学恩 申请人:北京中科通视科技有限公司