专利名称：一种管道安全预警监控系统的制作方法
技术领域：
本发明是管道第三方破坏多发区安全预警监控的一种管道安全预警监控系 统。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。
背景技术：
近年来，由于非法,开挖和人工盗油等对管道的破坏事件时有发生，这些 破坏偷盗事件如果不能够及时遏制，轻则造成财产损失，重则产生人员伤亡，使 管道运输企业产生较大的负面社会和政治影响。针对这种情况，目前常用的技术手段是在管线上安装泄漏检测系统，但这种 检测手段只能是在泄漏后进行报警，却不能够起到预警的作用。分布式光纤传感 预警技术目前还处于实验阶段，红外摄像镜头监控方式安装困难，自我保护能力很差，设备本身也会有一定的视野死角，无法起到很好的监控目的。2005年4月 20曰授权的科创三思科技发展有限公司"输油气管道防盗预警装置"实用新型专 利，公开了一种利用沿管道每隔1公里在管道上安装的声波传感器测取声音信号， 经地面发射天线传至主机予以处理、报警。该专利可以对输油气管道进行全程防 盗预警监控，但由于每隔1公里就设置有信号发射天线,不仅需要大量投资，而且 大量发射天线暴露在外，极易首先受到偷盗者的破坏，造成设备故障与破坏事件的 混淆，为防盗预警监控的正确判断带来麻烦。何况，对于长输管道而言，第三方 破坏基本上都集中在一些特定的、容易作业的风险区段，其余大部分管段由于沿 线本身车辆和行人无法进入，第三方破坏很难产生。因此，实际上花费大量投入 采用上述技术对输油气管道进行全程防盗预警监控是不适宜的。 发明内容本发明的目的是发明一种输油气管道防盗预警系统的配置、安装更加灵活、 隐蔽、安全的主动式管道第三方破坏多发区一种管道安全预警监控系统。本发明针对已有振动传感式输油气管道防盗预警装置存在的不足，在包括振 动传感器、无线通信装置、监控中心的基础上，提出一种解决的技术方案，就是 它由监控中心和监控单元组成，监控单元分布安装在需要保护的管遒危险区域， 由高灵敏度振动传感器接中央处理单元经模式识别，将识别出的信号特征和位置 信息输出接至GPRS通讯系统传递到监控中心，监控中心计算机进行二次判断后给出具体的报^^言息和位置。具体是(见图l)上述的监控单元包括顺序连接的多路高灵敏度振动传感器、中央处理单元的信号调理模块、逻辑控制模块、DSP数字信号处理中心以及GPRS 通讯模块。传感信号经信号调理模块进行放大、滤波、整形、A/D转换，输入到 逻辑控制模块，选择合适信号输入到DSP数字信号处理中心，DSP数字信号处理 中心对信号进行提纯处理后，从时域和频域两方面进行判断，把有效的数据转换 成定义的格式后通过GPRS通讯模块传送到监控中心。监控中心为GPRS通讯模 块输出接计算机输入，计算机输出分别接显示终端、打印机、报警音响或通讯模 块再接GSM。其中信号调理模块直接接收来自低功耗、髙灵敏度振动传感器的输出，GPRS 通讯模块直接与监控中心通讯。而髙灵敏度振动传感器直接安装在管道上,GPRS 通讯模块直接埋设在地下。其中监控单元的供电模式采用锂电池、直流电压转换模块和充电接口组成， 锂电池组通过电压转换器向整个系统供电，电池组可保证在不充电的情况下连续 工作至少八个月以上。其中监控中心由GPRS通讯模块输出接计算机输入，计算机输出分别接显示 终端、打印机、报警音响及通讯模块再接GSM，计算机还可接不间断电源以及可 以与手机直接通讯的接口设备等。监控中心的计算机接收到信息后，经过对数据 的二次判断，把符合判断条件的异常情况给出相应的声光报警和文本报警信息。 同时，计算机还可以通过GSM模块把报警信息送到相应的一个和多个移动手机 中。监控中心的计算机还会把报警纪录存放到数据库中，供用户随时查询、打印。其中高灵敏度振动传感器为加速度振动传感器；信号调理模块为具有进行放 大、滤波、整形、A/D转换电路的模块；逻辑控制模块为可编程逻辑芯片;DSP数 字信号处理中心为数字信号处理芯片；以上均有巿销通用产品可供选择;GPRS通 讯模块为巿销通用产品；而监控中心的计算机选用工控机，显示终端、打印机、 报警音响均选用巿销通用产品;GSM模块选用巿销通用产品。本发明与现有技术相比具有明显的特点和优点，由以上方案可知，本系统采 用监控第三方破坏振动声音的方式进行报警和定位，属于主动式的威胁事件预警 系统，可以在人工打孔、非法机械挖掘的同时进行报警和定位，为制止和避免灾 害的进一步恶化赢得宝贵时间。系统采用高能锂电池供电和GPRS通讯系统确保了整个监控单元的隐蔽性和安全性。另外，系统采用较为先进的数字信号模式识 别算法保证了极髙的报警准确率。可见，本发明对管道附近的土壤振动检测灵敏、准确、可靠，系统隐蔽、安 全，搡作使用方便，维护保养简单，经济实用。
图1一种管道安全预警监控系统原理框围图2 —种管道安全预警监控系统主程序流程图具体实施方式
实施例.以本实施例说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。 本例是一工业试验样机，其构成如图l所示。具体是:高灵敏度振动传感器选用北 京东方振动与噪声技术研究生产的INV9818 (灵敏度为158.06Pc/ms-2)型加速度 传感器，信号调理选用北京昆仑海岸传感技术中心的KLM-3014型信号调理模块， 逻辑控制模块主芯片选用美国Lattice公司研制生产的ispMACH4A5-128/64可编 程逻辑芯片(CPLD)， DSP数字信号处理中心芯片选用TMS320F240，GPRS通讯 模块选用BENQM22型号，监控中心计算机选用DELLGX3280台式机。当埋地钢管或者靠近钢管附近的土壤遭到撞击后，高灵敏度的振动传感器会接 收到撞击发出的振动信号，这种信号经信号调理模块进行放大、滤波、整形、A/D 转换等处理后，输入到逻辑控制模块，选择合适信号输入到DSP处理中心，DSP 处理中心对信号进行提纯处理后，从时域和频域两方面进行判断，把有效的数据 转换成定义的格式后通过GPRS通讯模块传送到监控中心，监控中心的计算机接 收到信息后，经过对数据的二次判断，把符合判断条件的异常情况给出相应的声 光报警和文本报警信息。同时，计算机还可以通过GSM模块把报警信息送到相 应的 一个和多个移动手机中。监控中心的计算机还会把报警纪录存放到数据库中， 供用户随时查询、打印。 各模块具体实现如下1、 髙灵敏度、低功耗的加速度振动传感器收取外界各种噪声，利用一种特制 的底座安装在管线上，可以收取到500米-2000米以外的人或者机械在钢管上震 击的信号；2、 信号调理模块接收到传感器信息后，首先进行带通滤波，频带根据威胁信 号的范围定为50-80磁lz，然后进行放大处理，放大倍数可以调节，调节倍数根据 现场实际情况选择；另外，信号调理模块的功能还包括14位的多通遒A/D转换;3、 逻辑控制模块主芯片逸用美国Lattice公司研制生产的 ispMACH4森5-128/64可编程邀辑芯片(CPLD),主要完成各种输入输出状态的逻 辑组态和控制，包括从多路的信号中选取不饱和且信号最强的通道数据作为分析对象进入DSP信号处理中心；4、 DSP处理中心是监控单元的核心部分，它是以逻辑控制模块所选择数据 为分析对象，先对这些数据进行幅值判断和频谱预判断后，满足要求的进行模式 识别二次判断，并从中提取有效的特征信息，然后经由GPRS通讯模块发回到监 控中心的计算机中，然后与所建立的专家数据库进行总体分析判断，最终确定报 警级别；5、 供电系统由锂电池组、直流电压转换模块和充电接口组成，锂电池组通过 电压转换器向整个系统供电，电池组可保证在不充电的情况下连续工作至少八个 月以上；6、 监控中心由GPRS通讯设备、计算机、显示器、报警音响、打印机、GSM 模块、不间断电源等都分组成。监控计算机对各个分站进行监控，包括定时对各 个监控单元进行巡检、对监控单元发回来的报警数据进行最终判断，保存各种报 警数据和报警后的信息，给用户提供查询和打印输出；当所保护区域出现异常情 况后，监控中心显示器显示报警信息和报警级别，并在管道平面图上显示相应位 置；报警音响进行声音提示报警，打印机用来输出报警信息；GSM模块可以把报 警信息发送到指定的手机中。系统工作方式及特点本系统由一个监控中心和多个监控单元组成，监控单元的数量可根据具体保 护的危险区域个数、每个区域的保护管道长度、保护地段地理信息状况等因素决 定。监控中心每间隔一段时间对各个监控单元进行巡检，巡检的方式釆用字节代 号方式，发送不同字节表示不同的命令，如关闭和开启电台、调试系统、实时传 输数据、关词和开启通讯模块等。监控单元接收到巡检信息后，如果工作正常即 会返回一个应答数据。巡检完成后，监控中心转入被动接收状态，监控单元进行 实时的釆集、判断，将符合条件的信号进行特征值的提取，将提取的结果和位置 信息相关数据发回监控中心，由监控中心进行最终判断(参考图2系统流程图)。 监控单元的GPRS无线通讯设备在不发送数据的时候处于关闭等待状态以节省电 源。如果分站的传感器出现故障，监控单元会向中心发送一个传感器被破坏的报 警信息，另外，为了减少电源能量，通过监控中心的计算机还可以设置安全时间， 即在这段时伺内系统会自动关闭。监控中心的主界面利用正常管道的地理信息系 统地图构成，当出现威胁事件后，监控管道的相应地理位置会出现报警信号，同 时给出报警级别。本例试验样机经试验、测试，对管道附近的土壤振动检测灵敏、准确、可靠,系统的配置、安装更加灵活、隐蔽、安全，搡作使用方便，维护保养简单，使输油 气管道防盗预警的投入下降，是经济实用的主动式管道防盗预警装置。
权利要求
1. 一种管道第三方破坏多发区安全预警监控的一种管道安全预警监控系统，包括振动传感器、无线通信装置、监控中心，其特征是由监控中心和监控单元组成，监控单元分布安装在需要保护的管道危险区域，监控单元包括顺序连接的多路高灵敏度振动传感器、中央处理单元的信号调理模块、逻辑控制模块、DSP数字信号处理中心以及GPRS通讯模块；传感信号经信号调理模块进行处理，输入到逻辑控制模块，选择合适信号输入到DSP处理中心，DSP处理中心对信号进行提纯处理后，从时域和频域两方面进行判断，把有效的数据转换成定义的格式后通过GPRS通讯模块传送到监控中心；监控中心为GPRS通讯模块输出接计算机输入，计算机输出分别接显示终端、打印机、报警音响或通讯模块再接GSM，监控中心计算机进行二次判断后给出具体的报警信息和位置。
2. 根据权利要求1所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是所述高灵敏 度振动传感器为加速度振动传感器，直接安装在管道上。
3. 根据权利要求1所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是监控单元的 供电模式由锂电池、直流电压转换模块和充电接口组成，锂电池组通过电压转换 器向整个系统供电。
4. 根据权利要求1所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是所述监控单 元GPRS通讯模块直接埋设在地下。
5. 根据权利要求l所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是监控中心计 算机还可接不间断电源或可与手机直接通讯的接口设备。
6. 根据权利要求1所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是所述信号调 理模块为具有进行放大、滤波、整形、A/D转换电路的模块。
7. 根据权利要求l所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是所述逻辑控 制模块为可编程逻辑芯片。
8. 根据权利要求l所述的一种管道安全预警监控系统，其特征是所述DSP数 字信号处理中心为数字信号处理芯片。
全文摘要
本发明是管道第三方破坏多发区安全预警监控的一种管道安全预警监控系统。涉及机械振动的测量、冲击的测量和管道系统技术领域。它由监控中心和监控单元组成，监控单元包括顺序连接的多路振动传感器、中央处理单元的信号调理模块、逻辑控制模块、DSP数字信号处理中心以及GPRS通讯模块；监控中心为GPRS通讯模块输出接计算机输入，计算机输出分别接显示终端、打印机、报警音响或通讯模块再接GSM；振动传感器经中央处理单元模式识别，将识别出的信号特征和位置信息输出接GPRS通讯系统传递到监控中心，监控中心计算机进行二次判断后给出具体的报警信息和位置。
文档编号F17D5/00GK101256095SQ20071006412
公开日2008年9月3日 申请日期2007年3月1日 优先权日2007年3月1日
发明者艾慕阳, 蔡永军, 谭东杰, 娟 郑, 陈朋超 申请人:中国石油天然气股份有限公司