專利名稱：一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于污染防治領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)發(fā)展，城市污水管線及工業(yè)污水管線越來越密集。受使用年限及其他因素影響，污水管線會(huì)出現(xiàn)滲漏問題，造成污水外泄，影響周邊環(huán)境甚至造成污染事故，所以對(duì)于管道滲漏的監(jiān)測日趨重要。由于污水管線是無壓管線，對(duì)于常用的有壓監(jiān)測方法并不適用。目前污水管線泄漏的監(jiān)測常常是以是否發(fā)現(xiàn)泄漏出的污水為依據(jù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)泄漏后，在受污染區(qū)域進(jìn)行勘察。 另一種方法是在管線附近取樣后進(jìn)行化驗(yàn)分析，對(duì)污染程度分析準(zhǔn)確但是效率低。這些方法均無法在管線泄漏的初期即監(jiān)測到泄漏源，目前仍缺乏一種能自動(dòng)監(jiān)測地下污水管線泄漏點(diǎn)及泄漏程度的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。本發(fā)明基于電阻率原位監(jiān)測，其技術(shù)構(gòu)思是根據(jù)管線內(nèi)污水與管線埋設(shè)環(huán)境的電阻率有顯著差別情況下實(shí)現(xiàn)管線泄漏的監(jiān)測。一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于控制的上位機(jī)，其特征在于還包括底部設(shè)有錐頭的電阻率探桿；所述的電阻率探桿包括至少5個(gè)中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)；且電阻率探桿頂部設(shè)有通過導(dǎo)線與每個(gè)銅電極環(huán)連接的內(nèi)含控制程序的采集控制電路，和與采集控制電路相連的數(shù)據(jù)傳輸模塊。上述電阻率探桿由5 201個(gè)中空的可插拔的尼龍模塊和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊的對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)插接而成。為了保證電極之間的間距一致，使測量位置與高程的換算更加方便，每個(gè)銅電極環(huán)的厚度相同，為0. 5 1mm。為了便于組裝并有利于貫入，上述可插拔的尼龍模塊可以套置在1根或2根承力軸上，承力軸表面可以帶有螺紋，且管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠，而使尼龍模塊、銅電極環(huán)以及導(dǎo)線成為整體。采集控制電路經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至內(nèi)含客戶端服務(wù)程序的上位機(jī)，所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊是在900MHz/1800MHz網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPRS模塊，且?guī)в蠫SM發(fā)射天線。監(jiān)測時(shí)，下位機(jī)部分埋設(shè)在管線附近的土體中，電阻率探桿放入到指定的測量位置，通過數(shù)據(jù)排線與采集控制電路相連，采集控制電路將采集處理好的數(shù)據(jù)通過串口線發(fā)送到數(shù)據(jù)傳輸模塊，由數(shù)據(jù)傳輸模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送至遠(yuǎn)程服務(wù)器。上位機(jī)內(nèi)含的客戶端軟件可安裝到任何一臺(tái)能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上。主要功能有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，曲線繪制，采集參數(shù)設(shè)置和歷史數(shù)據(jù)的自動(dòng)保存，自動(dòng)預(yù)警。用戶可以通過該軟件設(shè)置下位機(jī)工作狀態(tài)，查看監(jiān)測結(jié)果，并接受自動(dòng)預(yù)警。一種利用上述監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)地下污水管線泄漏進(jìn)行原位自動(dòng)監(jiān)測的方法，包括1、在地下污水管沿線泄漏易發(fā)點(diǎn)選取樣點(diǎn)；其特征在于還包括以下步驟2、判斷所選取的樣點(diǎn)是否適合作為監(jiān)測點(diǎn)；3、將銅電極環(huán)與尼龍模塊相互插接而構(gòu)成電阻率探桿；4、在所有監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)或貫入電阻率探桿；5、通過上位機(jī)的客戶端軟件設(shè)置監(jiān)測參數(shù)并開啟自動(dòng)監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)，在泄漏發(fā)生達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。步驟2中，判斷所選取的樣點(diǎn)是否適合作為監(jiān)測點(diǎn)，是對(duì)上述樣點(diǎn)的預(yù)埋設(shè)環(huán)境進(jìn)行土壤取樣，測其電阻率值并與地下管線內(nèi)污水的電阻率值進(jìn)行比較；若結(jié)果差距超過 20%，則可選取該樣點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)，S卩若管線污水電阻率為K，當(dāng)樣點(diǎn)土壤環(huán)境的電阻率值L > 1. ^(或L < 0. 8K，該樣點(diǎn)即可確立為監(jiān)測點(diǎn)。L和K也將作為設(shè)置報(bào)警閾值的依據(jù)，推薦報(bào)警閾值=min (L，K) +1 (L-K) /2 |，事實(shí)上一般情況下，L > K。步驟3中，可以根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測要求選擇包括電極間距、電極數(shù)量、探桿長度在內(nèi)的電阻率探桿的硬件參數(shù)，所述的現(xiàn)場監(jiān)測要求包括監(jiān)測范圍，監(jiān)測精度，監(jiān)測點(diǎn)土壤環(huán)境。具體方法為在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)至少埋設(shè)1根1米長探桿，根據(jù)監(jiān)測精度選擇電極間距 (如要求精度達(dá)到5mm可以選用5mm電極間距)，電極數(shù)量可在確定上述兩個(gè)參數(shù)基礎(chǔ)上計(jì)算得出，即電極數(shù)量=探桿長度/電極間距。一般推薦使用電極間距20mm，總長度lm，50電極的電阻率探桿。步驟4中，可以根據(jù)布設(shè)要求埋設(shè)或貫入電阻率探桿，貫入方式主要是液壓貫入。步驟5中，所述的監(jiān)測參數(shù)包括監(jiān)測頻率和報(bào)警閾值(即將何種程度的滲漏判定為泄漏事故)。本發(fā)明借助于電阻率方法對(duì)地下污水管線進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，克服了傳統(tǒng)方法在實(shí)時(shí)性和精確性上的缺陷，且使用簡單，穩(wěn)定可靠。工作時(shí)可自動(dòng)采集，遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)保存，智能化處理，自動(dòng)報(bào)警，遠(yuǎn)程控制控制工作狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)全程無人監(jiān)控，自動(dòng)化程度較高，且實(shí)時(shí)定位的準(zhǔn)確性和可靠性較好的優(yōu)點(diǎn)，易于廣泛安裝使用。


圖1本發(fā)明的電阻率探桿及采集控制電路與數(shù)據(jù)傳輸模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3本發(fā)明的兩個(gè)尼龍模塊及其之間的銅電極環(huán)的分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖4本發(fā)明的尼龍模塊的俯視圖(圖中含有承力軸)。圖5本發(fā)明的監(jiān)測方法流程圖。圖6本發(fā)明的客戶端軟件流程圖。其中，1.錐頭，2.銅電極環(huán)，3.尼龍模塊，4.導(dǎo)線，5.采集控制電路，6.數(shù)據(jù)傳輸模塊，7.發(fā)射天線，8.承力軸，9.電阻率探桿，10.污水管線，11.信號(hào)接收器，12.上位機(jī)。
具體實(shí)施例方式如圖1 3所示，一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于控制的上位機(jī)12，和底部設(shè)有錐頭1的電阻率探桿9 ；所述的電阻率探桿9包括至少5個(gè)中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊3和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊3對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)2 ；且電阻率探桿 9頂部設(shè)有通過導(dǎo)線4與每個(gè)銅電極環(huán)2連接的內(nèi)含控制程序的采集控制電路5，和與采集控制電路5相連的數(shù)據(jù)傳輸模塊6。如圖3所示，上述電阻率探桿9由5 201個(gè)中空的可插拔的尼龍模塊3和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊3的對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)2插接而成。上述尼龍模塊3的高度與內(nèi)外直徑分別在5 100mm、20 60mm和30 70mm范圍內(nèi)。為了保證電極之間的間距一致，使測量位置與高程的換算更加方便，每個(gè)銅電極環(huán)2的厚度相同，為0. 5 Imm ；外徑為31 71mm，內(nèi)徑為27 67mm，且外表面可以鍍銀。如圖4所示，為了便于組裝并有利于貫入，上述可插拔的尼龍模塊3可以套置在1 根或2根承力軸8上，承力軸8表面可以帶有螺紋，且管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠，而使尼龍模塊3、銅電極環(huán)2以及導(dǎo)線4成為整體。采集控制電路5經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸模塊6將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機(jī)12，上位機(jī)12帶有信號(hào)接收器11 ；所述的數(shù)據(jù)傳輸模塊是在900MHz/1800MHz網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的GPRS模塊，且?guī)в蠫SM發(fā)射天線7。如圖5所示，利用上述原位監(jiān)測裝置對(duì)地下污水管線泄漏進(jìn)行原位自動(dòng)監(jiān)測的方法，包括以下步驟1、在地下污水管沿線泄漏易發(fā)點(diǎn)選取樣點(diǎn)；步驟1中，需要先對(duì)管線10沿線進(jìn)行泄漏風(fēng)險(xiǎn)勘察評(píng)估，以評(píng)估結(jié)果(如泄漏發(fā)生可能性，泄漏發(fā)生后的危害程度和治理難度等)作為客觀依據(jù)，以使用者的監(jiān)測要求(如監(jiān)測風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，監(jiān)測密度等項(xiàng)目要求)作為主觀依據(jù)，結(jié)合專家意見，選取沿線泄漏易發(fā)點(diǎn)作為樣點(diǎn)。但主要是根據(jù)沿線地下土壤成分對(duì)其電導(dǎo)率值做出經(jīng)驗(yàn)判斷，將作為選擇樣點(diǎn)的重要依據(jù)。2、判斷所選取的樣點(diǎn)是否適合作為監(jiān)測點(diǎn)對(duì)上述樣點(diǎn)的預(yù)埋設(shè)環(huán)境進(jìn)行土壤取樣，測其電阻率值并與地下管線內(nèi)污水的電阻率值進(jìn)行比較；若結(jié)果差距超過20%，則可選取該樣點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)；由于普遍情況下管線污水與埋設(shè)管線的土壤環(huán)境兩者電阻率必定存在較大差異， 樣點(diǎn)的土壤取樣主要是指樣點(diǎn)在雨水滲透后形成的土壤溶液，測試其電阻率并與管線污水電阻率進(jìn)行對(duì)比，若結(jié)果差距超過20%，則本方法的可行。3、將銅電極環(huán)與尼龍模塊相互插接而構(gòu)成電阻率探桿；根據(jù)使用者的現(xiàn)場監(jiān)測要求選擇電阻率探桿參數(shù)。具體方法為根據(jù)監(jiān)測范圍選擇探桿長度(例如監(jiān)測半徑1米的圓平面可以選擇3根1米長探桿水平埋設(shè)呈120度夾角的輻射狀布設(shè))，根據(jù)監(jiān)測精度選擇電極間距(如要求精度達(dá)到5mm可以選用5mm電極間距)，電極數(shù)量可在確定上述兩個(gè)參數(shù)基礎(chǔ)上計(jì)算得出，即電極數(shù)量=探桿長度/電極間距。一般推薦使用電極間距20mm，總長度lm，50電極的電阻率探桿。
4、在所有監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)或貫入電阻率探桿；根據(jù)布設(shè)要求埋設(shè)或貫入電阻率探桿。埋設(shè)或貫入時(shí)應(yīng)注意實(shí)地條件，特別是附近有地下水等敏感區(qū)域，應(yīng)防止因埋設(shè)或貫入造成土壤環(huán)境發(fā)生變化而導(dǎo)致監(jiān)測點(diǎn)土壤電阻率發(fā)生變化。5、通過上位機(jī)的客戶端軟件設(shè)置監(jiān)測參數(shù)并開啟自動(dòng)監(jiān)測，系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)，在泄漏發(fā)生達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。如圖6所示，通過上位機(jī)客戶端服務(wù)程序設(shè)置參數(shù)并啟動(dòng)服務(wù)，自動(dòng)監(jiān)測運(yùn)行開始。參數(shù)設(shè)置主要包括采集時(shí)間間隔即監(jiān)測頻率，報(bào)警閾值和報(bào)警方式。推薦采集時(shí)間間隔為10分鐘，報(bào)警閾值=min(L, K) + | (L-K)/2 |，短信報(bào)警方式，具體參數(shù)可根據(jù)實(shí)際情況作出調(diào)整。之后各點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)會(huì)直接傳回下位機(jī)軟件送呈客戶端并自動(dòng)保存作為歷史記錄，并根據(jù)預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值和報(bào)警方式在監(jiān)測結(jié)果出現(xiàn)異常時(shí)進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警。
實(shí)施例對(duì)某小區(qū)污水管線總線分支點(diǎn)處的泄漏監(jiān)控。樣點(diǎn)處為干燥粉砂質(zhì)土，電阻率值為100個(gè)單位，管線內(nèi)污水電阻率范圍為5-40個(gè)單位。電阻率探桿選擇垂直埋設(shè)，電極環(huán)間距為30mm，30個(gè)電極(全長約為Im)，每3分鐘進(jìn)行一次全程采集，報(bào)警閾值=min(L， K) +1 (L-K) /2 I，在52. 5 70范圍內(nèi)，因此閾值可全部設(shè)置為60個(gè)單位，采用手機(jī)短信報(bào)警的方式，并由客戶端啟動(dòng)。當(dāng)管線一旦發(fā)生泄漏，監(jiān)測點(diǎn)電阻率值將急劇降低并迅速達(dá)到閾值，系統(tǒng)會(huì)向預(yù)設(shè)手機(jī)號(hào)碼發(fā)送報(bào)警短信。
權(quán)利要求
1.一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于控制的上位機(jī)(12)，其特征在于還包括底部設(shè)有錐頭(1)的電阻率探桿(9)；所述的電阻率探桿(9)包括至少5個(gè)中空的可插拔的圓筒狀尼龍模塊C3)和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊C3)對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)O)； 且電阻率探桿(9)頂部設(shè)有通過導(dǎo)線(4)與每個(gè)銅電極環(huán)( 連接的內(nèi)含控制程序的采集控制電路(5)，和與采集控制電路(5)相連的數(shù)據(jù)傳輸模塊(6)。
2.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述電阻率探桿(9)由5 201個(gè)中空的可插拔的尼龍模塊( 和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊( 的對(duì)接縫內(nèi)的銅電極環(huán)( 插接而成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述尼龍模塊的高度與內(nèi)外直徑分別在5 100mm、20 60mm和30 70mm范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述銅電極環(huán)厚度為0.5 1mm，外徑為31 71_，內(nèi)徑為27 67_。
5.如權(quán)利要求1所述的監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于上述可插拔的尼龍模塊(3)套置在1根或2根承力軸(8)上，且尼龍模塊C3)套成的管腔內(nèi)澆筑有硫化橡膠而使尼龍模塊(3)、銅環(huán)電極O)以及導(dǎo)線⑷成為整體。
6.一種利用權(quán)利要求1所述監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)地下污水管線泄漏進(jìn)行原位自動(dòng)監(jiān)測的方法， 包括(1)在地下污水管沿線泄漏易發(fā)點(diǎn)選取樣點(diǎn)；其特征在于還包括以下步驟(2)判斷所選取的樣點(diǎn)是否適合作為監(jiān)測點(diǎn)；(3)將銅電極環(huán)與尼龍模塊相互插接而構(gòu)成電阻率探桿；(4)在所有監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)或貫入電阻率探桿；(5)通過上位機(jī)的客戶端軟件設(shè)置監(jiān)測參數(shù)并開啟自動(dòng)監(jiān)測，根據(jù)預(yù)設(shè)的參數(shù)，在泄漏發(fā)生達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。
7.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于上述步驟2中，判斷所選取的樣點(diǎn)是否適合作為監(jiān)測點(diǎn)，是對(duì)上述樣點(diǎn)的預(yù)埋設(shè)環(huán)境進(jìn)行土壤取樣，測其電阻率值并與地下管線內(nèi)污水的電阻率值進(jìn)行比較；若結(jié)果差距超過20%，則選取該樣點(diǎn)作為監(jiān)測點(diǎn)。
8.如權(quán)利要求6所述的監(jiān)測方法，其特征在于步驟5中，所述的監(jiān)測參數(shù)包括監(jiān)測頻率和報(bào)警閾值。
9.如權(quán)利要求6或8所述的監(jiān)測方法，其特征在于所述的報(bào)警閾值如下若管線污水電阻率為K，樣點(diǎn)土壤環(huán)境的電阻率值為L，則報(bào)警閾值=min(L, K) + | (L-K)/2 |。
全文摘要
一種地下污水管線泄漏的原位自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)及方法，包括用于控制的上位機(jī)和底部設(shè)有錐頭的電阻率探桿；電阻率探桿由不少于5個(gè)可插拔的尼龍模塊和夾在相鄰兩個(gè)尼龍模塊對(duì)接縫內(nèi)外表面鍍銀的銅電極環(huán)插接而成；且電阻率探桿頂部設(shè)有通過導(dǎo)線與每個(gè)銅電極環(huán)連接的內(nèi)含控制程序的采集控制電路和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相匹配的公網(wǎng)服務(wù)器及其客戶端軟件。其監(jiān)測方法包括在地下污水管沿線選取監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè)或貫入電阻率探桿；通過客戶端軟件控制系統(tǒng)工作，在泄漏發(fā)生達(dá)到閾值時(shí)自動(dòng)報(bào)警。本發(fā)明集自動(dòng)采集，遠(yuǎn)程傳輸，數(shù)據(jù)保存，智能化處理，自動(dòng)報(bào)警和遠(yuǎn)程控制于一體，使用簡單且自動(dòng)化程度高，克服了傳統(tǒng)方法在實(shí)時(shí)性和精確性上的缺陷。
文檔編號(hào)F17D5/06GK102287620SQ20111013678
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月25日
發(fā)明者單紅仙, 賈永剛, 郭磊 申請(qǐng)人:中國海洋大學(xué)