一种地上智能警示桩系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及管道保护技术领域，更具体的说是涉及一种地上智能警示桩系统及其使用方法。


背景技术：

2.随着国民经济的发展、城市化进程步伐的加快，城市管道网建设的规模和速度不断加快，管道的安全问题受到人们的关注和重视。在管道建设改造及使用的过程中，由于发现不及时等情况导致管道受第三方破坏的事故时有发生，造成了相关企业经济效益损失，影响社会的安定，给人民群众的财产和安全带来威胁；同时，第三方施工破坏对管道管理单位造成了非常不利的影响，由于事件发生的不确定性，导致很难有效规避第三方施工对各类管网造成的破坏。
3.警示桩由于其自身具有的警示、标识作用，而被广泛应用于地下管线建设、石油、燃气管道建设、供水管道铺设以及电力、通信、城市规划建设等领域。管道标志桩的埋没方便了巡线工作，通过管线上醒目的标志桩可以清楚地了解管线走向，缩短每一次巡线时间，同时，各类施工队伍在管线旁施工时可以很好地避开管线，较大程度地避免管道被破坏的现象。例如，公开号为cn205028588u的实用新型专利“一种管道警示桩”采用连接段、中段、入土段的三段式功能设计，便于拆卸和安装，入土段的第二端为尖端设计，可以直接插入土层中，无需埋没工具，能够迅速对现场进行区域标识、警戒，兼具警示桩和警示带功能。
4.然而，该专利及现在各类管网使用的现有保护措施均为被动保护，一旦遭到破坏需要通过巡线人员和其他人员上报方能获知破坏地点，无法第一时间得到准确信息，导致抢修不及时，易造成次生灾害。因此，如何最大限度地预防事故发生，实现管道线路传统维护手段向智能化、信息化的转变是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种地上智能警示桩系统及其使用方法，可以实现管道线路传统维护手段向智能化、信息化的转变，提升安全管理能力和运维效率，最大限度地预防事故发生，达到安全第一、预防为主的智能现代化标准。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种地上智能警示桩系统，包括：桩体和远程监控控制中心；
8.桩体安设于地面上，且任意相邻的两个桩体之间通过警示带连接；桩体上设置有供电模块、定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器；远程监控控制中心通过无线网络与主控芯片进行连接；
9.供电模块分别与定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器连接，用于为桩体上各部件进行供电；
10.状态监测模块与主控芯片连接，用于获取桩体及警示带的状态监测数据，并将采集的状态监测数据发送至主控芯片；
11.主控芯片，用于对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；
12.定位模块与主控芯片连接，用于采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；
13.扬声器与主控芯片连接，用于接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。
14.上述技术方案达到的技术效果为：通过状态监测模块对桩体及警示带进行状态检测，并实时通过无线网络将桩体位置传送至远程监控控制中心，可使相关管理人员及时获得准确信息并进行相应处理，实现管道线路的智能化维护，提升安全管理能力和运维效率。
15.可选的，警示带内设置有一对金属丝，警示带的正面设有若干呈等间距布置的贴片led灯，贴片led灯与金属丝为电连接，金属丝的外端连接有电池。
16.上述技术方案达到的技术效果为：电池通过金属丝给贴片led灯提供电能，进而通过贴片led灯实现荧光警示的作用。
17.可选的，桩体包括支柱、底盘和预埋件；
18.预埋件预埋在地下，支柱通过螺丝和螺母固定在预埋件上；
19.底盘设置于地面上，且底盘固定于支柱与预埋件之间。
20.上述技术方案达到的技术效果为：通过预埋件与地面固定，安装方便，抗碰撞、防盗能力强。
21.可选的，供电模块包括蓄电池、光伏板、充电管理模块；
22.光伏板通过角度调节装置安装在桩体上方，蓄电池安装在桩体内并与光伏板相连；
23.充电管理模块的输入端与光伏板相连，充电管理模块的输出端与蓄电池的输入端相连。
24.可选的，角度调节装置包括直线电机、活动杆、连接杆；
25.连接杆设置在光伏板的一侧上端，每个桩体上的光伏板均与连接杆转动连接；
26.活动杆上端与连接杆一端转动连接，且活动杆与光伏板平行设置；
27.直线电机的输出轴朝向活动杆且与连接杆平行设置。
28.上述技术方案达到的技术效果为：系统的供电方式采用太阳能源供电，可保障系统技术的前沿性、持续性和实用性；通过角度调节装置的设置将光伏板串联在一起，利用一个角度调节装置即可完成光伏板的角度调节，操作方便。
29.可选的，光伏板的每个侧面上设置有若干个光敏传感器，用于检测太阳光照射在光伏板不同位置上的光线明暗情况。
30.可选的，状态监测模块包括断线监测子模块、通信芯片、存储芯片，通信芯片和存储芯片集成在电路板上；
31.断线监测子模块，用于检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，将监测数据存储至存储芯片中并通过通信芯片发送至主控芯片。
32.上述技术方案达到的技术效果为：易于安装和维护，适用范围广，报警准确率高。
33.可选的，状态监测模块包括光纤震动传感器，光纤震动传感器包括依次连接的光源、震动探头、光缆、解调子模块、信号采集及处理子模块；
34.震动探头，用于获取光源的相位变化并输出光信号；
35.光缆，用于将光信号输送至解调子模块；
36.解调子模块，用于将接收到光信号转换为电信号并发送至信号采集及处理子模块；
37.信号采集及处理子模块，用于对接收到的电信号进行数据处理，获取震动信号并发送至主控芯片。
38.上述技术方案达到的技术效果为：测量方法简单，具有抗电磁干扰、耐高温高压等优点，可直接感知震动探头预设范围内大型机械发动机产生的震动、人力挖掘产生的震动等，及时提醒相关管理人员可能存在的危险。
39.可选的，状态监测模块包括倾角传感器、水位报警器，
40.倾角传感器，用于监测桩体的倾斜角度，并将桩体的倾斜角度数据发送至主控芯片；
41.水位报警器，用于监测桩体所处环境的水位情况，并将水位数据发送至主控芯片。
42.上述技术方案达到的技术效果为：倾角传感器能够对桩体的倾斜角度进行检测，可用于桩体被破坏、山体滑坡、垮塌等情形；水位报警器能对桩体所处环境的水位进行检测，可用于边沟、河道等易受洪水威胁地段的提前预警，也可用于各类阀门井内渗水水位报警。
43.一种地上智能警示桩系统的使用方法，包括以下步骤：
44.将桩体安设于地面上，并通过警示带连接任意相邻的两个桩体；
45.利用桩体内安装的断线监测子模块检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，通过光纤震动传感器、水位报警器、倾角传感器分别检测桩体所处环境的震动情况、水位情况及桩体的倾斜角度，并将采集的桩体及警示带的状态监测数据发送至主控芯片；
46.主控芯片对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；
47.通过定位模块采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；
48.扬声器接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。
49.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种地上智能警示桩系统及其使用方法，具有以下有益效果：
50.(1)本发明通过状态监测模块对桩体及警示带进行状态检测，并实时通过无线网络将桩体位置传送至远程监控控制中心，通过电信、移动、联通等无线运营商的无线网络实现数据传输监测，避免了有线方式连接的施工要求，可使相关管理人员及时获得准确信息并进行相应处理，实现管道线路的智能化维护，提升安全管理能力和运维效率，由原来的被动保护变为现在的主动；
51.(2)本发明供电方式采用太阳能源供电，可保障系统技术的前沿性、持续性和实用性；通过角度调节装置的设置将光伏板串联在一起，利用一个角度调节装置即可完成光伏板的角度调节，操作方便；
52.(3)本发明利用断线监测子模块检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，不必每天重复繁重的巡线工作，为企业减轻负担，提高巡线工作效率；利用光纤震动传感器可直
接感知震动探头预设范围内大型机械发动机产生的震动、人力挖掘产生的震动等，及时提醒相关管理人员可能存在的危险；通过倾角传感器可在桩体的倾斜角度超过预设角度阈值时发出报警信号，可用于桩体被破坏、山体滑坡、垮塌等情形；利用水位报警器可在水位升高至预设水位阈值时发出报警信号，可用于边沟、河道等易受洪水威胁地段的提前预警，也可用于各类阀门井内渗水水位报警；此外，当监测数据出现异常时，可通过云台控制和语音驱赶，实时进行语音叫停第三方破坏。
附图说明
53.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
54.图1为本发明提供的地上智能警示桩系统的结构原理图；
55.图2为本发明提供的警示带的结构图；
56.附图标记：1-警示带、2-金属丝、3-贴片led灯、4-电池、5-连接线、6-接线端子。
具体实施方式
57.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做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。
58.现如今，各类管网使用的现有保护措施均为被动保护，一旦遭到破坏需要通过巡线人员和其他人员上报方能获知破坏地点，无法第一时间得到准确信息，导致抢修不及时。为此，本发明实施例公开了一种地上智能警示桩系统，如图1所示，包括：桩体和远程监控控制中心；
59.桩体安设于地面上，且任意相邻的两个桩体之间通过警示带连接；桩体上设置有供电模块、定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器；远程监控控制中心通过无线网络与主控芯片进行连接；
60.供电模块分别与定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器连接，用于为桩体上各部件进行供电；
61.状态监测模块与主控芯片连接，用于获取桩体及警示带的状态监测数据，并将采集的状态监测数据发送至主控芯片；
62.主控芯片，用于对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；
63.定位模块与主控芯片连接，用于采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；具体地，定位模块可采用gps定位或北斗定位；
64.扬声器与主控芯片连接，用于接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。
65.基于图1所示结构，通过状态监测模块对桩体及警示带进行状态检测，并实时通过无线网络将桩体位置传送至远程监控控制中心，通过电信、移动、联通等无线运营商的无线网络实现数据传输监测，桩体或警示带一旦遭到破坏，第一时间上传远程监控控制中心，通知相关管理人员，由原来的被动变为现在的主动；采用gis地理信息及管线监测数据，以三维地理信息坐标为基准，可清楚、直观、精确地显示管线系统管理数据，避免管线过长、位置偏移等问题。
66.进一步地，参见图2，警示带1内设置有一对金属丝2，警示带1的正面设有若干呈等间距布置的贴片led灯3，贴片led灯3与金属丝2为电连接，金属丝2的外端连接有电池4，电池4通过金属丝2为贴片led灯3提供电能，进而通过贴片led灯3实现荧光警示的作用。具体地，电池4还连接有连接线5，连接线5连接有电连接头，金属丝2的外端设有接线端子6，接线端子6包括金属壳。
67.进一步地，桩体包括支柱、底盘和预埋件；预埋件预埋在地下，支柱通过螺丝和螺母固定在预埋件上；底盘设置于地面上，且底盘固定于支柱与预埋件之间。
68.通过以上的桩体结构设置，支柱与通过预埋件与地面固定，安装方便，抗碰撞、防盗能力强。具体地，预埋件上端为开设有螺丝孔的倒“l”形结构，另一端为埋于地下的“s”形结构，底盘的直径大于支柱的直径。
69.进一步地，供电模块包括蓄电池、光伏板、充电管理模块；具体地，每个桩体上可安装四块光伏板进行供电；
70.光伏板通过角度调节装置安装在桩体上方，蓄电池安装在桩体内并与光伏板相连；
71.充电管理模块的输入端与光伏板相连，充电管理模块的输出端与蓄电池的输入端相连。
72.基于本技术方案，系统的供电方式采用七大新型产业之一的太阳能源供电，可保障系统技术的前沿性、持续性和实用性。
73.更进一步地，角度调节装置包括直线电机、活动杆、连接杆；
74.连接杆设置在光伏板的一侧上端，每个桩体上的光伏板均与连接杆转动连接；
75.活动杆上端与连接杆一端转动连接，且活动杆与光伏板平行设置；
76.直线电机的输出轴朝向活动杆且与连接杆平行设置。
77.光伏板的安装一般为单块安装或联排安装，本发明在每个桩体上安装光伏板，通过设置相应的角度调节装置可使光伏板根据不同时间的光照改变角度，以更好的接收太阳光照。通过直线电机对活动杆进行角度调节，之后连接杆带动光伏板的角度随之发生变化，可完成对光伏板的角度调节，操作方便。
78.更进一步地，光伏板的每个侧面上设置有若干个光敏传感器，用于检测太阳光照射在光伏板不同位置上的光线明暗情况。
79.进一步地，状态监测模块包括断线监测子模块、通信芯片、存储芯片，通信芯片和存储芯片集成在电路板上；断线监测子模块，用于检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，将监测数据存储至存储芯片中并通过通信芯片发送至主控芯片。
80.当警示带因地面施工挖掘等外力因素遭受破坏而断裂时，断线监测子模块可将故障信号实时发送至远程监控控制中心，同时发出报警信号，不必每天重复繁重的巡线工作，
为企业减轻负担，提高巡线工作效率，可用于各类管网预警保护和破坏点定位。
81.进一步地，状态监测模块包括光纤震动传感器，光纤震动传感器包括依次连接的光源、震动探头、光缆、解调子模块、信号采集及处理子模块；
82.震动探头，用于获取光源的相位变化并输出光信号；
83.光缆，用于将光信号输送至解调子模块；
84.解调子模块，用于将接收到光信号转换为电信号并发送至信号采集及处理子模块；
85.信号采集及处理子模块，用于对接收到的电信号进行数据处理，获取震动信号并发送至主控芯片。
86.本发明设计的光纤震动传感器具有制作工艺简单、外形小巧、工作稳定等特点，解调和信号处理方案简单，可抗电磁干扰、耐高温高压，适用于多种应用场景，直接感知震动探头周围预设范围内的地表侵扰(如：大型机械发动机产生的震动、人力挖掘产生的震动等)，用于感知地下管线附近的活动热点。
87.进一步地，状态监测模块包括倾角传感器、水位报警器，
88.倾角传感器，用于监测桩体的倾斜角度，并将桩体的倾斜角度数据发送至主控芯片；
89.水位报警器，用于监测桩体所处环境的水位情况，并将水位数据发送至主控芯片。
90.本发明采用倾角传感器可在桩体的倾斜角度超过预设角度阈值时发出预警信号，可用于桩体被破坏、山体滑坡、垮塌等情形；水位报警器可在水位升高至预设水位阈值时发出预警信号，可用于边沟、河道等易受洪水威胁地段的提前预警，也可用于各类阀门井内渗水水位报警。
91.与图1所述的系统相对应，本发明实施例还提供了一种地上智能警示桩系统的使用方法，具体包括以下步骤：
92.将桩体安设于地面上，并通过警示带连接任意相邻的两个桩体；
93.利用桩体内安装的断线监测子模块检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，通过光纤震动传感器、水位报警器、倾角传感器分别检测桩体所处环境的震动情况、水位情况及桩体的倾斜角度，并将采集的桩体及警示带的状态监测数据发送至主控芯片；
94.主控芯片对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；
95.通过定位模块采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；
96.扬声器接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。
97.本发明通过状态监测模块对桩体及警示带进行状态检测，并实时通过无线网络将桩体位置传送至远程监控控制中心，通过电信、移动、联通等无线运营商的无线网络实现数据传输监测，避免了有线方式连接的施工要求，可使相关管理人员及时获得准确信息并进行相应处理，实现管道线路的智能化维护，提升安全管理能力和运维效率，由原来的被动保护变为现在的主动；供电方式采用太阳能源供电，可保障系统技术的前沿性、持续性和实用性；具有断线报警、震动感知、倾斜报警、水位报警等功能，当接收到预警信号时，可通过云台控制和语音驱赶，实时进行语音叫停第三方破坏，达到安全第一、预防为主的智能现代化
标准。
98.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的系统相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
99.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种地上智能警示桩系统，其特征在于，包括：桩体和远程监控控制中心；桩体安设于地面上，且任意相邻的两个桩体之间通过警示带连接；桩体上设置有供电模块、定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器；远程监控控制中心通过无线网络与主控芯片进行连接；供电模块分别与定位模块、状态监测模块、主控芯片、扬声器连接，用于为桩体上各部件进行供电；状态监测模块与主控芯片连接，用于获取桩体及警示带的状态监测数据，并将采集的状态监测数据发送至主控芯片；主控芯片，用于对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；定位模块与主控芯片连接，用于采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；扬声器与主控芯片连接，用于接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。2.根据权利要求1所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，警示带内设置有一对金属丝，警示带的正面设有若干呈等间距布置的贴片led灯，贴片led灯与金属丝为电连接，金属丝的外端连接有电池。3.根据权利要求1所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，桩体包括支柱、底盘和预埋件；预埋件预埋在地下，支柱通过螺丝和螺母固定在预埋件上；底盘设置于地面上，且底盘固定于支柱与预埋件之间。4.根据权利要求1所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，供电模块包括蓄电池、光伏板、充电管理模块；光伏板通过角度调节装置安装在桩体上方，蓄电池安装在桩体内并与光伏板相连；充电管理模块的输入端与光伏板相连，充电管理模块的输出端与蓄电池的输入端相连。5.根据权利要求4所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，角度调节装置包括直线电机、活动杆、连接杆；连接杆设置在光伏板的一侧上端，每个桩体上的光伏板均与连接杆转动连接；活动杆上端与连接杆一端转动连接，且活动杆与光伏板平行设置；直线电机的输出轴朝向活动杆且与连接杆平行设置。6.根据权利要求4所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，光伏板的每个侧面上设置有若干个光敏传感器，用于检测太阳光照射在光伏板不同位置上的光线明暗情况。7.根据权利要求2所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，状态监测模块包括断线监测子模块、通信芯片、存储芯片，通信芯片和存储芯片集成在电路板上；断线监测子模块，用于检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，将监测数据存储至存储芯片中并通过通信芯片发送至主控芯片。8.根据权利要求1所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，状态监测模块包括光纤震动传感器，光纤震动传感器包括依次连接的光源、震动探头、光缆、解调子模块、信号采
集及处理子模块；震动探头，用于获取光源的相位变化并输出光信号；光缆，用于将光信号输送至解调子模块；解调子模块，用于将接收到光信号转换为电信号并发送至信号采集及处理子模块；信号采集及处理子模块，用于对接收到的电信号进行数据处理，获取震动信号并发送至主控芯片。9.根据权利要求1所述的一种地上智能警示桩系统，其特征在于，状态监测模块包括倾角传感器、水位报警器，倾角传感器，用于监测桩体的倾斜角度，并将桩体的倾斜角度数据发送至主控芯片；水位报警器，用于监测桩体所处环境的水位情况，并将水位数据发送至主控芯片。10.一种地上智能警示桩系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：将桩体安设于地面上，并通过警示带连接任意相邻的两个桩体；利用桩体内安装的断线监测子模块检测警示带内的金属丝是否存在断线故障，通过光纤震动传感器、水位报警器、倾角传感器分别检测桩体所处环境的震动情况、水位情况及桩体的倾斜角度，并将采集的桩体及警示带的状态监测数据发送至主控芯片；主控芯片对接收的状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；通过定位模块采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；扬声器接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。

技术总结
本发明公开了一种地上智能警示桩系统及其使用方法，涉及管道保护技术领域，包括：桩体安设于地面上且任意相邻的两个桩体之间通过警示带连接；供电模块为桩体上各部件进行供电；状态监测模块获取桩体及警示带的状态监测数据并发送至主控芯片；主控芯片对状态监测数据进行处理，生成预警信号并确认对应的桩体编号；定位模块采集桩体编号对应的桩体位置信息并发送至主控芯片，再由主控芯片通过无线网络发送至远程监控控制中心；扬声器接收主控芯片的指令，通过语音播报的方式实时叫停第三方破坏。本发明可以实现管道线路传统维护手段向智能化、信息化的转变，提升安全管理能力和运维效率，最大限度地预防事故发生。最大限度地预防事故发生。最大限度地预防事故发生。


技术研发人员：赵昌文 赵庆林
受保护的技术使用者：北京诺成新科技有限公司
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/17