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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于新型通信總線的城市地井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 目前城市地井環(huán)境的監(jiān)測(cè)及管理主要依靠人工巡檢，效率低、耗費(fèi)大量人力資源，而且當(dāng)遇到水管爆裂、燃?xì)庑孤?、井蓋丟失等事故時(shí)不能及時(shí)報(bào)警；而目前尚沒有一種通訊總線或應(yīng)用系統(tǒng)能完全滿足城市地井環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際要求。本作品設(shè)計(jì)了一種適合該系統(tǒng)要求的總線供電、長(zhǎng)距離、多點(diǎn)、全雙工通訊的新型通信總線，設(shè)計(jì)由管理（PC）機(jī)、通訊總線、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)地井環(huán)境的水位、可燃?xì)庑孤⒂袩o(wú)人員進(jìn)入等狀態(tài)和報(bào)警等，也可以推廣應(yīng)用在長(zhǎng)距離、多采集點(diǎn)、易燃、易爆、總線供電等場(chǎng)合，具有廣泛的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。為數(shù)字化城市的實(shí)現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎(chǔ)。
- 詳細(xì)介紹：
- 目前城市地井環(huán)境的監(jiān)測(cè)及管理主要依靠人工巡檢，效率低、耗費(fèi)大量人力資源，而且當(dāng)遇到水管爆裂、燃?xì)庑孤⒕w丟失等事故時(shí)不能及時(shí)報(bào)警；而目前尚沒有一種通訊總線或應(yīng)用系統(tǒng)能完全滿足城市地井環(huán)境監(jiān)測(cè)的實(shí)際要求。針對(duì)以上現(xiàn)狀，本作品主要設(shè)計(jì)由管理（PC）機(jī)、通訊總線、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)： 1）設(shè)計(jì)管理機(jī)監(jiān)控軟件及監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫(kù)； 2）設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)和燃?xì)庑孤?、水位、人員進(jìn)入檢測(cè)、井蓋是否丟失等功能的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)軟硬件系統(tǒng)； 3）設(shè)計(jì)能通過總線供電的新型通信總線，使其適合長(zhǎng)距離、多點(diǎn)、全雙工通訊； 本作品設(shè)計(jì)了一種適合該系統(tǒng)要求的總線供電、長(zhǎng)距離、多點(diǎn)、全雙工通訊的新型通信總線，設(shè)計(jì)由管理（PC）機(jī)、通訊總線、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組成的地下管道監(jiān)控系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)地井環(huán)境的水位、可燃?xì)庑孤?、有無(wú)人員進(jìn)入等狀態(tài)和報(bào)警等，也可以推廣應(yīng)用在長(zhǎng)距離、多采集點(diǎn)、易燃、易爆、總線供電等場(chǎng)合，具有廣泛的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。為數(shù)字化城市的實(shí)現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎(chǔ)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：設(shè)計(jì)基于新型通信總線的地井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案；設(shè)計(jì)通信總線的鏈路層通信協(xié)議；完成系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)軟硬件設(shè)計(jì)、系統(tǒng)管理機(jī)（PC）監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)；最終實(shí)現(xiàn)由管理機(jī)、通訊總線、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組成的地井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)地井環(huán)境的水位、可燃?xì)馐欠裥孤?、有無(wú)人員進(jìn)入、井蓋是否丟失等狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警，并可以利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢歷史數(shù)據(jù)，為數(shù)字化城市的實(shí)現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎(chǔ)。 思路： 1）功能設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性； 2）基于M-BUS協(xié)議通信，重新設(shè)計(jì)總線鏈路層，使其滿足本系統(tǒng)長(zhǎng)距離、總線供電、不能加中繼的要求； 3）使用阻、容、感性負(fù)載模擬現(xiàn)場(chǎng)通信介質(zhì)做通信實(shí)驗(yàn)，逐步增加現(xiàn)場(chǎng)機(jī)的數(shù)量來(lái)測(cè)試新型通信總線的可靠性； 4）連接系統(tǒng)，進(jìn)行測(cè)試。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1）提出一種在線監(jiān)測(cè)城市地井環(huán)境的思路及其基本的實(shí)現(xiàn)方法； 2）采用改進(jìn)的M-BUS總線，將系統(tǒng)改造為多主系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程供電，實(shí)時(shí)報(bào)警。 3）建立地井環(huán)境監(jiān)測(cè)信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化城市及信息化管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 技術(shù)關(guān)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(shí)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(chǎng)機(jī)需要主動(dòng)發(fā)送報(bào)警信息，需要對(duì)其鏈路層進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。 指標(biāo)： 1）總線可掛接64個(gè)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)； 2）新型通信總線實(shí)現(xiàn)總線供電、多主系統(tǒng)。 3) 可接入溫度、水位、人員監(jiān)測(cè)傳感器。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 地下管線的長(zhǎng)度往往有可能超過10公里。即使實(shí)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(chǎng)總線：Profibus、FF、Lonworks、CAN等通信距離較短及以太網(wǎng)等結(jié)構(gòu)復(fù)雜均不能滿足現(xiàn)代化城市地下管線系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)需求。地井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)多、結(jié)構(gòu)復(fù)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(shè)計(jì)了滿足地井環(huán)境監(jiān)測(cè)要求總線供電、不能加中繼設(shè)備、長(zhǎng)距離等特性的鏈路層通訊協(xié)議，采用主機(jī)到從機(jī)電壓調(diào)制、從機(jī)到主機(jī)電流調(diào)制的通信方式，將通信信號(hào)疊加至下位機(jī)的供電電源中實(shí)現(xiàn)總線供電。實(shí)現(xiàn)了通信信號(hào)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(cè)具有其他方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離無(wú)中繼實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)以及三電纜方式不需要其他設(shè)備的低成本問題。而借助地理信息系統(tǒng)監(jiān)測(cè)城市管網(wǎng)是斷續(xù)的，需要移動(dòng)采集或工作人員攜帶PDA巡檢，投資大，耗費(fèi)人力物力多。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 在2008年某大學(xué)第十二屆學(xué)生科技節(jié)上被評(píng)為學(xué)生科技制作類二等獎(jiǎng); 在2009年第十屆“挑戰(zhàn)杯”某市大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽終審決賽中獲科技制作類一等獎(jiǎng);
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shí)物、可現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 目前，城市地下管線體系龐大，結(jié)構(gòu)錯(cuò)綜復(fù)雜，給日常管理和維護(hù)帶來(lái)了極大的不便。本作品針對(duì)地井環(huán)境特殊要求，如管線長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能加中繼設(shè)備、其他現(xiàn)場(chǎng)總線都不合適的特性，提出了適合于地井環(huán)境監(jiān)測(cè)的新型總線通信方式，并在實(shí)驗(yàn)室中加以實(shí)現(xiàn)。所有現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備總線供電，實(shí)現(xiàn)地井環(huán)境的遠(yuǎn)距離無(wú)中繼實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警，并具有地井環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)及管理、歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等功能。 本設(shè)計(jì)開發(fā)研究的基于新型通信總線的地井環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，配合各種傳感器可以監(jiān)測(cè)地井環(huán)境的溫度、水位、可燃?xì)馐欠裥孤⒂袩o(wú)人員進(jìn)入、井蓋是否丟失等狀態(tài)和報(bào)警信息等，具有重大的實(shí)際意義；也可以推廣應(yīng)用在長(zhǎng)距離、多采集點(diǎn)、易燃、易爆、總線供電等場(chǎng)合，由于采用新型總線通信模式，設(shè)備采用總線供電，便于管理、適合現(xiàn)場(chǎng)條件惡劣無(wú)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(shè)備，所以成本較低，具有廣泛的應(yīng)用前景和使用價(jià)值。為數(shù)字化城市的實(shí)現(xiàn)和地下管道的信息化管理奠定了基礎(chǔ)。
同類課題研究水平概述
- 在國(guó)家倡導(dǎo)“數(shù)字市政”項(xiàng)目啟動(dòng)下，我國(guó)的城市地下管線監(jiān)控工作也有了進(jìn)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(luò)納入到管理系統(tǒng)中來(lái)，然后采用移動(dòng)巡查員攜帶的便攜監(jiān)測(cè)儀器監(jiān)測(cè)地下管線工作情況，由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)無(wú)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(shí)現(xiàn)了“零投訴”開挖。對(duì)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(shí)接受市民電話投訴和巡查員PDA無(wú)線問題上報(bào)，及時(shí)處理事故。長(zhǎng)春市啟動(dòng)GIS系統(tǒng)后，長(zhǎng)春市的一切燃?xì)夤芫W(wǎng)將實(shí)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(shí)，對(duì)于新開發(fā)的用戶，只要點(diǎn)擊用戶地理位置，就能看清新開發(fā)用戶家是否能安裝燃?xì)夤艿赖确?wù)。遇到交叉施工的設(shè)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(cè)系統(tǒng)，如自來(lái)水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)或燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)測(cè)等。如北京市自來(lái)水公司增添了3181臺(tái)自來(lái)水管網(wǎng)漏失監(jiān)測(cè)儀，這3181臺(tái)自來(lái)水管網(wǎng)漏失監(jiān)測(cè)記錄中，固定記錄儀2737臺(tái)，流動(dòng)記錄儀444臺(tái)，以加強(qiáng)對(duì)供水管網(wǎng)的監(jiān)控和管理。在市自來(lái)水集團(tuán)的監(jiān)控大廳里，工作人員24小時(shí)嚴(yán)密監(jiān)控著城區(qū)自來(lái)水管網(wǎng)的運(yùn)行情況。這套監(jiān)測(cè)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(dòng)采集管線的聲波信號(hào)并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來(lái)。它可以自動(dòng)識(shí)別是否存在漏點(diǎn)，并每隔5秒向外發(fā)射信號(hào)。當(dāng)工作人員攜帶主接收機(jī)到達(dá)記錄器附近位置時(shí)，主接收機(jī)就能自動(dòng)接收到記錄器發(fā)出的信息，從而使工作人員能在第一時(shí)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(shè)備相比，最大特點(diǎn)是可以實(shí)行區(qū)域化監(jiān)控，并且在無(wú)人值守的情況下，能夠自動(dòng)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(cè)地井環(huán)境可以對(duì)地下管線的分布情況“透視”清楚，給地下管線的管理帶來(lái)了方便，但是地理信息系統(tǒng)投資巨大，而且對(duì)于緊急事故還需要依靠市民電話投訴和巡查員PDA無(wú)線問題上報(bào)，需要詢查人員巡檢，實(shí)時(shí)性差；采用單一監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，目前只能實(shí)現(xiàn)自來(lái)水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)，而地下管線種類繁多，各部門分別監(jiān)測(cè)勢(shì)必給管理、協(xié)調(diào)、維修帶來(lái)不便。
