水毁监测浮球和管道水毁监测方法与流程

1.本发明涉及管道防洪技术领域，特别涉及一种水毁监测浮球和管道水毁监测方法。


背景技术：

2.近年来，全球气候变暖，极端天气异常，几十年不遇甚至百年不遇的暴雨时有发生，山区河谷等地形狭窄、地势陡峭地区，季节性洪水频发。随着我国能源管道的快速发展，洪水灾害造成的管道事故逐渐增多，尤其在山区季节性河道内，管道长距离敷设或反复穿越地段受洪水威胁最为严重，因此，管道防洪形势极为严峻。针对油气管道洪水灾害通常采取大量的监测及防护措施，但仍不可避免地发生了大量由于洪水冲刷导致的管道事故，河流穿越段洪水冲刷问题仍是影响管道安全运行的重大难题。
3.管道水毁主要表现为河沟道水毁和坡面水毁，管道发生水毁后极易造成管道悬空，导致管道抢修极为困难，影响严重时往往需要耗巨资进行防护。因此，对于管道水毁应以监测预防为主，持续监测管道埋深，以便在管道埋深不足时及时采取防护措施，避免管道埋深不足造成大规模管道冲刷悬空。
4.目前，国内外已有很多管道埋深监测与检测技术，如探地雷达、探管仪等，但是这些设备主要用于埋地管道定位，无法实现水下管道的埋深监测。在穿河管道埋深监测技术领域，通常通过管道穿河段河床下游的无线电接收站检测河床预埋的浮动传感器漂浮后发出的信号，从而判断河床的冲刷深度，但该方法无法实时监测管道水毁以及监测装置的工作状态，后期维护存在一定不确定性。或者采用美国的one-pass穿越管道埋深检测系统，利用声呐和gps技术实现了穿河管道埋深高精度测量，对管道精确定位，但该系统需要操作员乘船在水上检测并进行后期数据分析处理，检测周期较长，仅适用于穿河管道埋深的例行检测，一般1-3年检测一次，不具备预警功能，也无法满足穿河管道埋深的日常自动监测。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提出一种水毁监测浮球和管道水毁监测方法，旨在解决现有技术中河道内管道水毁不能实时监控的技术问题。
6.为实现上述目的，所述水毁监测浮球包括：外壳，包括底壳和盖设于所述底壳的中空上浮盖，所述中空上浮盖和所述底壳围成密闭空腔；监测机构，容置于所述底壳内，所述监测机构包括数据采集卡和供电模块，所述数据采集卡上设置有报警模块、远程通讯模块和倾斜启动模块，所述供电模块、所述报警模块、所述远程通讯模块和所述倾斜启动模块串联形成监测电路，所述倾斜启动模块用于检测所述外壳倾斜角度，并根据所述倾斜角度闭合或断开所述监测电路，所述报警模块用于通过所述远程通讯模块向终端发送远程报警信息。
7.可选的，所述调节底座包括：所述底壳靠近所述中空上浮盖的一端开设有安装口，所述中空上浮盖呈空心半球形并盖设于所述安装口，所述底壳的截面尺寸自所述所述安装
口向远离所述中空上浮盖的方向逐渐减小，所述供电模块远离所述中空上浮盖设置，所述数据采集卡位于所述供电模块和所述中空上浮盖之间。
8.可选的，所述底壳包括弧形内凹部以及连接于所述弧形内凹部和所述上浮盖之间的外凸安装部，所述数据采集卡安装于所述外凸安装部内靠近所述弧形内凹部的位置，所述供电模块安装于所述弧形内凹部内且呈长条状，所述弧形内凹部长度和所述供电模块长度相匹配。
9.可选的，所述监测机构还包括和所述远程通讯模块通讯连接的外置天线，所述弧形内凹部向所述密闭空腔凹陷形成天线安装槽，且所述天线安装槽位于所述数据采集卡和所述供电模块之间，所述外置天线部分安装所述天线安装槽内并向外伸出。
10.可选的，所述水毁监测浮球还罩设于外置天线外的天线保护罩。
11.可选的，所述监测机构还包括连接于所述供电模块和所述倾斜启动模块之间的磁敏开关，所述弧形内凹部向所述密闭空腔凹陷形成用于安装磁性件的凹槽，所述磁性件用于闭合所述磁敏开关，所述凹槽位于所述数据采集卡和所述供电模块之间。
12.可选的，所述监测机构还包括设置于所述数据采集卡并与所述远程通讯模块通讯连接的内置天线。
13.可选的，所述倾斜启动模块包括至少两个并联连接的翻转触发开关；或者，所述倾斜启动模块包括至少两个并联连接的倾斜触发开关。
14.可选的，所述水毁监测浮球还包括设置于所述底壳远离所述中空上浮盖的i/o接口和可拆卸封堵于所述i/o接口的防水堵头，所述i/o接口用于和配置工具连接，并对所述所述报警模块、所述倾斜启动模块进行参数配置。
15.本发明还提出一种管道水毁监测方法，所述管道水毁监测方法应用于所述水毁监测浮球，所述管道水毁监测方法包括：
16.确定水毁监测区域的目标监测点，对所述目标监测点按预设埋深进行钻孔开挖获得目标监测孔；
17.对水毁监测浮球的报警模块和倾斜启动模块进行参数配置，将所述水毁监测浮球倒置放入所述目标监测孔内，使所述水毁监测浮球重心朝上，对所述目标监测孔进行土壤回填。
18.本发明的技术方案中，采用水毁监测浮球对河道内或坡面的管道进行水毁监测时，将水毁监测浮球的底壳朝上、中空上浮盖朝下，竖直埋入指定位置，使水毁监测浮球的重心位于顶部，倾斜启动模块处于断开监测电路的状态。数据采集卡可采集供电模块的当前电源电压并通过远程通讯模块发送至远程终端。当水毁发生时，由于水毁监测浮球的重心在埋地状态时位于顶部，落入水中后将一百八十度翻转处于漂浮状态或重心倾斜，此时倾斜启动模块处于闭合监测电路的状态，同时触发数据采集卡的报警模块，水毁监测浮球仅在水毁后触发报警，正常监测时处于休眠状态，可有效降低设备功耗，提高使用寿命；报警模块可将报警信息按照一定格式通过内置天线通过远程通讯模块发送至终端，管理人员可通过终端收到的远程报警信息确定水毁发生的时间及位置，实现了管道水毁自动实时监测，通过合理布置水毁监测浮球可持续监测管道水毁过程及所在位置管道埋深变化，为管道水毁灾害风险管理提供决策依据。本发明中的水毁监测浮球通过重心集中底壳配合中空上浮盖，能使水毁监测浮球随水毁时倾斜或倾倒，并配合倾斜启动模块闭合或断开监测电
路，能使报警模块向终端实时发送远程报警信息，实现了水毁的实时监测和报警。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
20.图1为本发明一实施例水毁监测浮球的结构示意图；
21.图2为本发明一实施例水毁监测浮球的监测电路结构示意图；
22.图3为本发明一实施例河道内的水毁监测浮球一状态下的结构示意图；
23.图4图3中水毁监测浮球的放大结构示意图；
24.图5为本发明一实施例河道内的水毁监测浮球另一状态下的结构示意图；
25.图6为本发明一实施例坡面的水毁监测浮球一状态下的结构示意图；
26.图7为本发明一实施例坡面的水毁监测浮球另一状态下的结构示意图；
27.图8为图7中水毁监测浮球的放大结构示意图。
28.附图标号说明：
29.[0030][0031]
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0032]
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的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0034]
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
[0035]
本发明提出一种水毁监测浮球。
[0036]
如图1和图2所示，在本发明一实施例中，水毁监测浮球100包括外壳1和监测机构2；外壳1包括底壳11和盖设于底壳11的中空上浮盖12，中空上浮盖12和底壳11围成密闭空腔13；监测机构2容置于底壳11内，监测机构2包括数据采集卡21和供电模块22，数据采集卡21上设置有报警模块、远程通讯模块23和倾斜启动模块24，供电模块22、报警模块、远程通讯模块23和倾斜启动模块24串联形成监测电路25，倾斜启动模块24用于检测外壳1倾斜角度，并根据倾斜角度闭合或断开监测电路25，报警模块用于通过远程通讯模块23向终端发送远程报警信息。
[0037]
可以理解地，本实施例中的水毁监测浮球100主要用于管道200的河道300水毁监测和管道200的坡面水毁监测，不受环境影响，可有效解决油气管道200水毁位置无法实时自动监测的问题。数据采集卡21可采用现有技术中的采集板卡，为方便监测电路25的连接和安装，数据采集卡21上设置有用于连接倾斜启动模块24的启动接线端口211和用于连接供电模块22的电源接线端口215。本实施例中的终端可采用手机或电脑，远程通讯模块23为4g通讯模块或5g通讯模块。
[0038]
在采用本实施例中的水毁监测浮球100对河道300内或坡面的管道200进行水毁监测时，将水毁监测浮球100的底壳1朝上、中空上浮盖12朝下，竖直埋入指定位置，使水毁监测浮球100的重心位于顶部，倾斜启动模块24处于断开监测电路25的状态。数据采集卡21可采集供电模块22的当前电源电压并通过远程通讯模块23发送至远程终端。当水毁发生时，由于水毁监测浮球100的重心在埋地状态时位于顶部，落入水中后将一百八十度翻转处于漂浮状态或重心倾斜，此时倾斜启动模块24处于闭合监测电路25的状态，同时触发数据采集卡21的报警模块，水毁监测浮球100仅在水毁后触发报警，正常监测时处于休眠状态，可有效降低设备功耗，提高使用寿命；报警模块可将报警信息按照一定格式通过内置天线3通过远程通讯模块23发送至终端，管理人员可通过终端收到的远程报警信息确定水毁发生的时间及位置，实现了管道200水毁自动实时监测，通过合理布置水毁监测浮球100可持续监测管道200水毁过程及所在位置管道200埋深变化，为管道200水毁灾害风险管理提供决策依据。本实施例中的水毁监测浮球100通过重心集中底壳11配合中空上浮盖11，能使水毁监测浮球100随水毁时倾斜或倾倒，并配合倾斜启动模块24闭合或断开监测电路25，能使报警模块向终端实时发送远程报警信息，实现了水毁的实时监测和报警。
[0039]
如图1所示，底壳11靠近中空上浮盖12的一端开设有安装口111，中空上浮盖12呈空心半球形并盖设于安装口111，底壳11的截面尺寸自安装口111向远离中空上浮盖12的方向逐渐减小，供电模块22远离中空上浮盖12设置，数据采集卡21位于供电模块22和中空上浮盖12之间。为避免远程通讯信号的衰减，本实施例中外壳1的外表面覆盖有疏水层。外壳1可采用工程塑料制件作。且底壳11的大端部开设有横向贯穿底壳11的安装口111，能为内部部件提供足够大的安装入口，从而方便安装。供电模块22可采用锂亚硫酰氯电池，单体电压3.6v，采用多组串并联模式供电，输出电压10.8v。电池模组9位于底壳11底部，可作为配重降低水毁监测浮球100的重心，使得水毁监测浮球100的漂浮姿态稳定性强。外壳1内部器件安装完毕后，可采用超声波焊接方法对底壳11和中空上浮盖12两部分的焊缝15位置进行焊接，焊接后采用密封材料对焊缝15进行密封。
[0040]
在一实施例中，底壳11包括弧形内凹部112以及连接于弧形内凹部112和上浮盖之间的外凸安装部115，数据采集卡21安装于外凸安装部115内靠近弧形内凹部112的位置，供电模块22安装于弧形内凹部112内且呈长条状，弧形内凹部112长度和供电模块22长度相匹配。本实施例中长条状的供电模块22配合弧形内凹部112，能使水毁监测浮球100底部结构更加紧凑，水毁监测浮球100通过空心半球形中空上浮盖12、外凸安装部115和弧形内凹部112配合形成上大下小的灯泡形轮廓，且最大直径20cm，可使水毁监测浮球100的漂浮稳定性进一步增强。并且弧形凸出的外凸安装部115和弧形的弧形内凹部112能分散应力，避免应力集中底壳11变形的情况，提高了底壳11的使用稳定性。
[0041]
如图3至图8所示，监测机构2还包括和远程通讯模块23通讯连接的外置天线26，弧形内凹部112向密闭空腔13凹陷形成天线安装槽113，且天线安装槽113位于数据采集卡21和供电模块22之间，外置天线26部分安装天线安装槽113内并向外伸出。在水毁监测浮球100埋入土层后，可将外置天线26引至地表，从而确保远程通讯模块23远程报警信息的发送。具体地，水毁监测浮球100还罩设于外置天线26外的天线保护罩3。天线保护罩3可采用专用天线保护罩，或将外置天线26布置在管道沿线标志桩内，使管道沿线标志桩作为天线保护罩3，从而保证水毁监测浮球100的使用稳定性。
[0042]
在一实施例中，监测机构2还包括连接于供电模块22和倾斜启动模块24之间的磁敏开关216，弧形内凹部112向密闭空腔13凹陷形成用于安装磁性件27的凹槽114，磁性件27用于闭合磁敏开关216，凹槽114位于数据采集卡21和供电模块22之间。本实施例中的磁性件27可采用磁铁，水毁监测浮球100在竖直倒放入埋孔后安装磁性件27，使磁性件27将磁敏开关216闭合，水毁监测浮球100供电并处于工作模式。本实施例中是否供电采用磁敏开关216控制，在水毁监测浮球100储存和运输时通过不安装磁性件27的方式对水毁监测浮球100进行断电，安装磁性件27后水毁监测浮球100正常供电，无需在储存和运输时进行高强度防水防尘，能有效降低水毁监测浮球100的防水防尘成本。
[0043]
如图1所示，监测机构2还包括设置于数据采集卡21并与远程通讯模块23通讯连接的内置天线28。数据采集卡21上设置有用于连接外置天线26的第一天线接口212和用于连接内置天线28的第二天线接口213，监测浮球同时设置有内置天线28和外置天线26，监测发生水毁后外置天线26脱离后能自动切换至内置天线28，能够确保信息可靠传输。本实施例中将内置天线28、倾斜启动模块24和远程通讯模块23集成于数据采集卡21上并与各端口相连接，能提高结构的紧凑性。
[0044]
在一实施例中，倾斜启动模块24包括至少两个并联连接的翻转触发开关241，翻转触发开关241采用水银开关；在另一实施例中，倾斜启动模块24包括至少两个并联连接的倾斜触发开关242，倾斜触发开关242可采用4向倾斜开关。倾斜启动模块24采用两路并联的方式，可确保水毁监测浮球100启动的可靠性，避免单个开关损坏而影响监测结果的情况。图3至图5中的河道300中的倾斜启动模块24包括至少两个并联连接的翻转触发开关241，图6至图8中应用于坡面的倾斜启动模块24包括至少两个并联连接的倾斜触发开关242。图3中的水毁监测浮球100处于水毁前的竖直倒立状态，具体结构参照图4所示，图5中的水毁监测浮球100处于水毁后的竖直正立且上大下小状态，可参照图1所示；图6中的水毁监测浮球100处于水毁前的竖直倒立状态，图7中的水毁监测浮球100处于水毁后的倾斜状态，可参见图8所示。
[0045]
具体地，水毁监测浮球100还包括设置于底壳11远离中空上浮盖12的i/o接口141和可拆卸封堵于i/o接口141的防水堵头，i/o接口141用于和配置工具连接，并对报警模块、倾斜启动模块24进行参数配置。为方便数据传输，数据采集卡21上设置有用于连接i/o接口141的i/o接线端子214，i/o接口141用于配置报警模块和上位机传输数据，本实施例中的浮球参数配置可在埋地前通过i/o接口141进行配置，配置内容主要包括报文格式、浮球id、发报频次、报警阈值内容；为提高监测精确性，数据采集卡21在其他实施例中可预留其它传感器接口，如加速度传感器接口、土压力传感器接口或者土壤含水量传感器接口，并将加速度传感器、土压力传感器和土壤含水量传感器集成于数据采集卡21，并进行数据监测。并且，为方便i/o接口141安装，并使水毁监测浮球100结构紧凑，本实施例中的底壳11底部设置有向底部凸出的弧形底部14，i/o接口141设置于弧形底部14。
[0046]
本发明还提出一种管道水毁监测方法，管道水毁监测方法应用于水毁监测浮球100，管道水毁监测方法包括：
[0047]
确定水毁监测区域的目标监测点，对目标监测点按预设埋深进行钻孔开挖获得目标监测孔；
[0048]
对水毁监测浮球100的报警模块和倾斜启动模块24进行参数配置，将水毁监测浮
球100倒置放入目标监测孔内，使水毁监测浮球100重心朝上，对目标监测孔进行土壤回填。
[0049]
本实施例中首先根据管道水毁现场监测需求，按照预设间距确定河道300内或坡面上的目标监测点，接着对目标监测点按预设埋深进行钻孔开挖获得目标监测孔，然后对水毁监测浮球100的报警模块和倾斜启动模块24进行参数配置，接着将水毁监测浮球100倒立埋设于目标监测孔，最后对目标监测孔进行土壤回填，使目标监测点回填至开挖前的初始状态，在一实施例中，可将外置天线26引至地表后进行土壤回填。本实施例中可通过水毁监测浮球100的倾斜角度变化实时检测水毁，其中的参数配置内容包括报警模块的报文格式、id、发报频次和倾斜启动模块24的报警阈值。
[0050]
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。