基本信息
- 項目名稱：
- 基于新型通信總線的城市地井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 目前城市地井環(huán)境的監(jiān)測及管理主要依靠人工巡檢，效率低、耗費大量人力資源，而且當遇到水管爆裂、燃氣泄漏、井蓋丟失等事故時不能及時報警；而目前尚沒有一種通訊總線或應用系統(tǒng)能完全滿足城市地井環(huán)境監(jiān)測的實際要求。本作品設計了一種適合該系統(tǒng)要求的總線供電、長距離、多點、全雙工通訊的新型通信總線，設計由管理（PC）機、通訊總線、現(xiàn)場機組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測地井環(huán)境的水位、可燃氣泄漏、有無人員進入等狀態(tài)和報警等，也可以推廣應用在長距離、多采集點、易燃、易爆、總線供電等場合，具有廣泛的應用前景和使用價值。為數(shù)字化城市的實現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎。
- 詳細介紹：
- 目前城市地井環(huán)境的監(jiān)測及管理主要依靠人工巡檢，效率低、耗費大量人力資源，而且當遇到水管爆裂、燃氣泄漏、井蓋丟失等事故時不能及時報警；而目前尚沒有一種通訊總線或應用系統(tǒng)能完全滿足城市地井環(huán)境監(jiān)測的實際要求。針對以上現(xiàn)狀，本作品主要設計由管理（PC）機、通訊總線、現(xiàn)場機組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)： 1）設計管理機監(jiān)控軟件及監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫； 2）設計現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測和燃氣泄漏、水位、人員進入檢測、井蓋是否丟失等功能的現(xiàn)場機軟硬件系統(tǒng)； 3）設計能通過總線供電的新型通信總線，使其適合長距離、多點、全雙工通訊； 本作品設計了一種適合該系統(tǒng)要求的總線供電、長距離、多點、全雙工通訊的新型通信總線，設計由管理（PC）機、通訊總線、現(xiàn)場機組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測地井環(huán)境的水位、可燃氣泄漏、有無人員進入等狀態(tài)和報警等，也可以推廣應用在長距離、多采集點、易燃、易爆、總線供電等場合，具有廣泛的應用前景和使用價值。為數(shù)字化城市的實現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：設計基于新型通信總線的地井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)方案；設計通信總線的鏈路層通信協(xié)議；完成系統(tǒng)現(xiàn)場機軟硬件設計、系統(tǒng)管理機（PC）監(jiān)控軟件設計；最終實現(xiàn)由管理機、通訊總線、現(xiàn)場機組成的地井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對地井環(huán)境的水位、可燃氣是否泄漏、有無人員進入、井蓋是否丟失等狀態(tài)進行在線監(jiān)測和報警，并可以利用監(jiān)測數(shù)據(jù)庫查詢歷史數(shù)據(jù)，為數(shù)字化城市的實現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎。 思路： 1）功能設計、系統(tǒng)設計采用模塊化設計方法，增強系統(tǒng)的可擴展性； 2）基于M-BUS協(xié)議通信，重新設計總線鏈路層，使其滿足本系統(tǒng)長距離、總線供電、不能加中繼的要求； 3）使用阻、容、感性負載模擬現(xiàn)場通信介質(zhì)做通信實驗，逐步增加現(xiàn)場機的數(shù)量來測試新型通信總線的可靠性； 4）連接系統(tǒng)，進行測試。 創(chuàng)新點： 1）提出一種在線監(jiān)測城市地井環(huán)境的思路及其基本的實現(xiàn)方法； 2）采用改進的M-BUS總線，將系統(tǒng)改造為多主系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程供電，實時報警。 3）建立地井環(huán)境監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)數(shù)字化城市及信息化管理奠定堅實的基礎。 技術(shù)關鍵：現(xiàn)有的通信規(guī)范的通信距離限制和供電方式限制等使現(xiàn)有的總線通信規(guī)范不適合本系統(tǒng)，基于M-BUS總線通信規(guī)范，可以實現(xiàn)總線供電，通信距離可以到4公里左右，但通信方式為單主系統(tǒng)，本系統(tǒng)中現(xiàn)場機需要主動發(fā)送報警信息，需要對其鏈路層進行重新設計。 指標： 1）總線可掛接64個現(xiàn)場機； 2）新型通信總線實現(xiàn)總線供電、多主系統(tǒng)。 3) 可接入溫度、水位、人員監(jiān)測傳感器。
科學性、先進性
- 地下管線的長度往往有可能超過10公里。即使實行分區(qū)規(guī)劃其半徑也大約在5公里左右。經(jīng)典的通信方式如RS-232、RS-485、20mA電流環(huán)和現(xiàn)場總線：Profibus、FF、Lonworks、CAN等通信距離較短及以太網(wǎng)等結(jié)構(gòu)復雜均不能滿足現(xiàn)代化城市地下管線系統(tǒng)的監(jiān)測需求。地井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中，監(jiān)測距離長、監(jiān)測點數(shù)多、結(jié)構(gòu)復雜，不能加中繼，另外還需要總線供電，這使得許多總線都不能滿足要求。 本作品提出一種新型通信總線，基于M-BUS總線重新設計了滿足地井環(huán)境監(jiān)測要求總線供電、不能加中繼設備、長距離等特性的鏈路層通訊協(xié)議，采用主機到從機電壓調(diào)制、從機到主機電流調(diào)制的通信方式，將通信信號疊加至下位機的供電電源中實現(xiàn)總線供電。實現(xiàn)了通信信號和電源疊加在一起的三線制系統(tǒng)連接方式，從而使這種在線監(jiān)測具有其他方案無法實現(xiàn)的遠距離無中繼實時在線監(jiān)測以及三電纜方式不需要其他設備的低成本問題。而借助地理信息系統(tǒng)監(jiān)測城市管網(wǎng)是斷續(xù)的，需要移動采集或工作人員攜帶PDA巡檢，投資大，耗費人力物力多。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 在2008年某大學第十二屆學生科技節(jié)上被評為學生科技制作類二等獎; 在2009年第十屆“挑戰(zhàn)杯”某市大學生課外學術(shù)科技作品競賽終審決賽中獲科技制作類一等獎;
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實物、可現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 目前，城市地下管線體系龐大，結(jié)構(gòu)錯綜復雜，給日常管理和維護帶來了極大的不便。本作品針對地井環(huán)境特殊要求，如管線長，結(jié)構(gòu)復雜，不能加中繼設備、其他現(xiàn)場總線都不合適的特性，提出了適合于地井環(huán)境監(jiān)測的新型總線通信方式，并在實驗室中加以實現(xiàn)。所有現(xiàn)場設備總線供電，實現(xiàn)地井環(huán)境的遠距離無中繼實時監(jiān)測與報警，并具有地井環(huán)境的自動監(jiān)測及管理、歷史數(shù)據(jù)存儲與管理等功能。 本設計開發(fā)研究的基于新型通信總線的地井環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，配合各種傳感器可以監(jiān)測地井環(huán)境的溫度、水位、可燃氣是否泄漏、有無人員進入、井蓋是否丟失等狀態(tài)和報警信息等，具有重大的實際意義；也可以推廣應用在長距離、多采集點、易燃、易爆、總線供電等場合，由于采用新型總線通信模式，設備采用總線供電，便于管理、適合現(xiàn)場條件惡劣無法供電的環(huán)境，系統(tǒng)采用電纜連接，可靠性較高，不需要其他設備，所以成本較低，具有廣泛的應用前景和使用價值。為數(shù)字化城市的實現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎。
同類課題研究水平概述
- 在國家倡導“數(shù)字市政”項目啟動下，我國的城市地下管線監(jiān)控工作也有了進展，主要體現(xiàn)在以下幾種： 1、借助地理信息系統(tǒng)（GIS）將地下管線網(wǎng)絡納入到管理系統(tǒng)中來，然后采用移動巡查員攜帶的便攜監(jiān)測儀器監(jiān)測地下管線工作情況，由現(xiàn)場監(jiān)測儀器將監(jiān)測數(shù)據(jù)無線發(fā)送到巡查員PDA上送到信息管理系統(tǒng)。如廣州市用地理信息系統(tǒng)（GIS）把地下管線的分布情況“透視”清楚，有效減小了挖斷地下管線的概率。精確提供了地下管線資料，實現(xiàn)了“零投訴”開挖。對于緊急事故，開辟了全天候咨詢、投訴、建議和反饋的交流渠道，24小時接受市民電話投訴和巡查員PDA無線問題上報，及時處理事故。長春市啟動GIS系統(tǒng)后，長春市的一切燃氣管網(wǎng)將實施在電腦畫面上，工作人員將根據(jù)地理位置查清一切地下管道發(fā)生的情況。同時，對于新開發(fā)的用戶，只要點擊用戶地理位置，就能看清新開發(fā)用戶家是否能安裝燃氣管道等服務。遇到交叉施工的設施，有了GIS系統(tǒng)，只要查詢，就能一目了然。 2、采用單一監(jiān)測系統(tǒng)，如自來水管網(wǎng)監(jiān)測或燃氣管網(wǎng)監(jiān)測等。如北京市自來水公司增添了3181臺自來水管網(wǎng)漏失監(jiān)測儀，這3181臺自來水管網(wǎng)漏失監(jiān)測記錄中，固定記錄儀2737臺，流動記錄儀444臺，以加強對供水管網(wǎng)的監(jiān)控和管理。在市自來水集團的監(jiān)控大廳里，工作人員24小時嚴密監(jiān)控著城區(qū)自來水管網(wǎng)的運行情況。這套監(jiān)測系統(tǒng)的記錄器像探頭一樣具有高靈敏度傳感器，它能自動采集管線的聲波信號并將數(shù)據(jù)存儲下來。它可以自動識別是否存在漏點，并每隔5秒向外發(fā)射信號。當工作人員攜帶主接收機到達記錄器附近位置時，主接收機就能自動接收到記錄器發(fā)出的信息，從而使工作人員能在第一時間內(nèi)判定供水管線是否存在漏水現(xiàn)象。該套系統(tǒng)與以往檢漏設備相比，最大特點是可以實行區(qū)域化監(jiān)控，并且在無人值守的情況下，能夠自動收集供水管網(wǎng)的漏水信息。 合以上兩種系統(tǒng)，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）監(jiān)測地井環(huán)境可以對地下管線的分布情況“透視”清楚，給地下管線的管理帶來了方便，但是地理信息系統(tǒng)投資巨大，而且對于緊急事故還需要依靠市民電話投訴和巡查員PDA無線問題上報，需要詢查人員巡檢，實時性差；采用單一監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)在線監(jiān)測，目前只能實現(xiàn)自來水管網(wǎng)監(jiān)測，而地下管線種類繁多，各部門分別監(jiān)測勢必給管理、協(xié)調(diào)、維修帶來不便。
