基于物联网的管道安全监管系统

本发明涉及安全监管的，具体为基于物联网的管道安全监管系统。

背景技术：

1、基于物联网的管道安全监管系统属于工业物联网领域的一部分，在工业控制和安全监测方面有着广泛的应用，该系统专注于管道安全管理，涵盖了从管道地形获取到管道状态监测再到安全分析的全过程。具体而言，管道监管处于工业物联网的范畴，而工业物联网又是物联网技术在工业生产领域的应用，涵盖了传感器数据采集、远程监控以及数据分析等方面。

2、然而，目前在管道安全管理中存在一些问题和不足之处。传统的管道监管方式往往依赖于人工巡检和定期检测，人工巡检的周期性可能导致了对于实时性问题的反应不够迅速，尤其是在管道交叉处，由于长时间存在相互交错挤现象，造成管道受损，而这种受损难以及时发现和处理，存在监管盲区和延迟发现问题的情况；并且多数管道会埋设于地下，往往需要耗费大量人力物力进行监测和维护，且在问题发生时反应不及时，可能会对管道的安全运行和环境保护造成严重影响。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了基于物联网的管道安全监管系统，解决了上述背景技术中的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于物联网的管道安全监管系统，包括位置锁定模块、管道信息监测模块、通信传输模块、安全分析模块以及报修管理模块；

3、所述位置锁定模块用于预先获取电子管道地形图，并基于电子管道地形图，建立三维管道模型，并分别对若干组管道以及管道之间的交叉处进行序号标识；

4、所述管道信息监测模块用于在管道之间的交叉处设立监测点，实时监测与记录交叉处相关管道微变数据信息，生成第一数据组，并对管道整体的相关环境变化信息进行监测，生成第二数据组；

5、所述通信传输模块用于将第一数据组和第二数据组均进行预处理，再将其传输至监管数据集，实时生产与发送监管指令；

6、所述安全分析模块用于将监管数据库内相关数据信息进行特征提取，以获取凹陷面积oxmj、裂纹长度lwcd、泄漏物浓度xlnd、流体压力差值ylcz、土壤含氧量hytz以及湿度值sdz，结合经过训练后的治管态势模型，计算分析获取形变因子xbyz、外泄影响系数wxxs和腐蚀程度系数fsxs，并通过将所述外泄影响系数wxxs与所述腐蚀程度系数fsxs相关联，经过无量纲处理后，获取报修指数bxzs；

7、所述报修管理模块用于预先设置安全阈值k和响应阈值w，通过将外泄影响系数wxxs与响应阈值w对比，以估判当前管道是否存在泄漏现象，并将所述报修指数bxzs与所述安全阈值k进行比对分析，获取报修清单，根据报修清单采取相应维修计划。

8、优选的，所述位置锁定模块包括建模单元和标注单元；

9、所述建模单元用于对电子管道地形图进行地形特征提取，包括地势趋势、土质情况以及水文条件，并在建模过程中添加管道的材质信息和几何形状，确定管道的走向、深度和埋设情况；

10、所述标注单元用于通过三维管道模型，对管道和管道之间的交叉处进行序号标识，同时对相应序号标识的管道直径、壁厚、使用年限以及实际运行状态进行更新与记录，其中，实际运行状态包括但不限于正常运行、维修中以及暂停使用。

11、优选的，所述管道信息监测模块包括一号监测单元和二号监测单元；

12、所述一号监测单元用于通过检测点监测管道之间交叉处的相关管道微变数据信息，其中，相关管道微变数据信息包括管道之间交叉处的凹陷深度oxsd、凹陷面积oxmj、裂纹深度lwsd、裂纹长度lwcd以及裂纹分布状态；

13、所述二号监测单元用于监测管道内部和管道外部的相关环境变化信息，其中，相关环境变化信息包括振动幅度zdfd、流体压力差值ylcz、泄漏物浓度xlnd、土壤含氧量hytz、温度值wdz、流体流量差值ltsc、湿度值sdz、土壤ph值ph以及泄漏物浓度xlnd。

14、优选的，所述通信传输模块包括处理单元和通信单元；

15、所述处理单元用于收集检测点处所获取的第一数据组和第二数据组，并将第一数据组和第二数据组进行预处理和数据解析，预处理包括去除噪音、校正数据以及数据滤波，再以xml格式将解析后的数据格式进行转化；

16、所述通信单元用于将处理后的第一数据组和第二数据组均传输至监管数据集，并实时生成与发送监管指令，对相应监管指令采取相应维修计划，再将维修结果反馈至操作后台。

17、优选的，所述安全分析模块包括形变分析单元、整体环境分析单元和综合分析单元；

18、所述形变分析单元用于根据相关管道微变数据信息，将所述凹陷面积oxmj与所述裂纹长度lwcd相关联，并经过无量纲处理后，获取形变因子xbyz，所述形变因子xbyz通过以下公式获取：；式中，lwsd表示为裂纹深度，oxsd表示为凹陷深度，o表示为凹陷深度oxsd和裂纹深度lwsd之和的预设比例系数，l1和l2分别表示为凹陷面积oxmj和裂纹长度lwcd的预设比例系数，p表示为第一修正常数。

19、优选的，所述整体环境分析单元包括内环境分析子单元和外环境分析子单元；

20、所述内环境分析子单元用于利用第二数据组，并结合第一数据组，经过无量纲处理后，获取外泄影响系数wxxs，所述外泄影响系数wxxs通过以下公式获取：；式中，xlnd表示为泄漏物浓度，ylcz表示为流体压力差值，ltsc表示为流体流量差值，zdfd表示为振动幅度，a1、a2、a3、a4和a5分别表示为形变因子xbyz、流体压力差值ylcz、泄漏物浓度xlnd、振动幅度zdfd和流体流量差值ltsc的预设比例系数，a表示为第二修正常数。

21、优选的，所述外环境分析子单元用于依据第二数据组，通过将所述土壤含氧量hytz与所述湿度值sdz相关联，并经过无量纲处理后，获取腐蚀程度系数fsxs，所述腐蚀程度系数fsxs通过以下公式获取：；式中，wdz表示为温度值，ph表示为土壤ph值，w1、w2、w3、w4和w5分别表示为土壤含氧量hytz、湿度值sdz、土壤ph值ph、温度值wdz和泄漏物浓度xlnd的预设比例系数，b表示为第三修正常数。

22、优选的，所述综合分析单元用于结合形变分析单元和整体环境分析单元，获取报修指数bxzs，所述报修指数bxzs通过以下公式获取：；式中，ywxc表示为已维修次数，和均表示为预设比例系数，ln2表示为以2为底的对数运算。

23、优选的，所述报修管理模块包括初步评估单元和二次诊断单元；

24、所述初步评估单元用于预先设置响应阈值w，通过将外泄影响系数wxxs与响应阈值w对比，以估判当前管道是否存在泄漏现象；

25、若外泄影响系数wxxs≥响应阈值w时，表示为当前管道存在泄漏现象，此时向外发送红色监管指令；

26、若外泄影响系数wxxs＜响应阈值w时，表示为当前管道未存在泄漏现象，此时无需向外发送额外指令。

27、优选的，所述二次诊断单元用于将所述报修指数bxzs与所述安全阈值k进行比对分析，获取报修清单，并根据报修清单采取相应维修计划，其中，所述安全阈值k包括一号阈值k1和二号阈值k2，且一号阈值k1大于二号阈值k2，具体报修清单内容如下：

28、若所述报修指数bxzs≤所述二号阈值k2时，表示为当前管道处于正常运行状态，此时无需发送额外指令，继续保持当前监管计划；

29、若所述二号阈值k2＜所述报修指数bxzs≤所述一号阈值k1时，表示为当前管道处于非正常运行状态，此时向外发送橙色监管指令，同时检查管道各部分的运行情况，根据序号标识锁定管道故障位置，修复潜在问题，以防止进一步恶化，加强对管道的监控和管理。

30、若所述报修指数bxzs＞所述一号阈值k1时，表示为当前管道处于非正常运行状态，此时向外发送红色监管指令，此时将紧急停机并隔离管道，对管道进行全面检查与紧急维修，排除故障，恢复正常运行，同时更新管道状态记录。

31、本发明提供了基于物联网的管道安全监管系统，具备以下有益效果：

32、通过位置锁定模块和管道信息监测模块，系统可以实时监测管道交叉处的微变数据和整体环境变化信息，提高了对实时性问题的反应速度，避免了传统人工巡检周期性带来的延迟，通过位置锁定模块建立的三维管道模型和交叉处的序号标识，系统能够覆盖并监测到传统方式容易忽略的监管盲区，提高了管道监管的全面性和准确性；基于物联网的管道安全监管系统能够实现远程监控和自动化处理，减少了人力物力成本，特别是对于埋设于地下的管道，节省了大量的监测和维护资源；通过安全分析模块和报修管理模块的综合分析，获取报修指数bxzs，并根据报修指数bxzs和安全阈值k进行分析和维修计划，进一步提升管道的安全运行水平，同时保护了环境免受管道问题可能造成的影响；报修管理模块的智能化维修计划能够根据实际情况自动调整维修计划，实现对不同管道问题的有针对性的管理和维护，提高了维修效率和效果。

33、（2）外环境分析子单元的工作流程有助于及时发现管道周围环境对管道的腐蚀影响，通过计算得出的腐蚀程度系数fsxs，提供了对管道健康状态的全面评估和预警能力，为管道维护和保护提供了科学依据。

34、（3）通过标注单元的设计，有助于对三维管道模型进行序号标识，确保每个管道和每个交叉处的唯一性和识别性，进一步减少了因交叉处识别不清晰而导致的监管混乱和错误判断，从而提高管道管理的准确性和可靠性。