区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统与流程

1.本发明涉及土壤电位梯度的监测技术领域，具体涉及为区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统。


背景技术：

2.由于轨道交通钢轨对地电阻存在薄弱点，泄漏到土壤中的杂散电流会在附近的埋地管线上流入、流出，造成管地电位的变化，形成地铁直流杂散电流。杂散电流造成附近埋地管道腐蚀严重时造成管道泄漏，当处于直流电气化铁路、阴极保护系统及其他直流干扰源附近的管道，其附近的土壤电位梯度超过一定的范围时，管道应及时采取他防护措施。
3.当前土壤电位梯度的测量工作劳动强度较大，需多人配合多台测试仪使用，且由于电极与地面直接接触，每次测试需要寻找符合测试条件的场地并进行参比电极的埋设，往往测量结果会造成不稳定，同时后期需要人工操作进行大量的数据分析，为此，需要区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统，旨在至少解决背景技术中提出的问题中存在的技术问题之一。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，方法包括以下步骤：
6.s1、电位参考模块和泄漏检测模块埋设在轨道交通埋地管线土壤中，电位参考模块采集土壤电位的数据，泄漏检测模块采集介质泄漏浓度的数据，并且发送至数据处理模块；
7.s2、数据处理模块对土壤电位的数据进行处理，获取土壤电位梯度，并将土壤电位、介质泄漏浓度数据与土壤电位梯度发送至网络通信模块；
8.s3、网络通信模块接收土壤电位和介质泄漏浓度的数据，以及土壤电位梯度后进行光电转换，并且将转换后的土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至数据管理模块；
9.s4、数据管理模块基于土壤电位、介质泄漏浓度和土壤电位梯度，通过预设的设定值对轨道交通埋地管线土壤中杂散电流干扰程度进行评估，并且判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，同时将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至上位机；
10.s5、上位机用于显示、统计以及存储土壤电位、介质泄漏浓度、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息。
11.优选的，其中，土壤电位梯度的获取方法具体如下：
12.步骤a1、电位参考模块包括多组参比电极，每组参比电极的数量为两个；
13.步骤a2、两组参比电极分别分布在平行和垂直于钢轨的土壤中，其中一组参比电极与钢轨管道平行，另一组参比电极与上一组参比电极方向垂直，获取平行和垂直方向的
电位差；
14.步骤a3、数据处理模块基于沿钢轨方向附近土壤电位变化和垂直钢轨方向附近土壤电位变化的两组参比电极的电位差，获取到检测点的土壤电位梯度，并且发送至网络通信模块。
15.优选的，其中，杂散电流干扰的评估方法，具体如下：
16.步骤b1、数据管理模块对土壤电位梯度的设定值分为u1、u2和u3
17.步骤b2、当土壤电位梯度小于等于u1时，判断为杂散电流干扰程度弱；
18.步骤b3、当土壤电位梯度大于u1但小于等于u2时，判断为杂散电流干扰程度中等；
19.步骤b4、当土壤电位梯度大于u2但小于等于u3时，判断为杂散电流干扰程度强。
20.优选的，其中，管道泄漏认定方法具体如下：
21.步骤d1、数据管理模块将当前获取检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度数据与上一次检测的介质泄漏浓度数据比较得到差值；
22.步骤d2、当两次检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度数据的数据差值大于设定值，则判定轨道交通埋地管线土壤中的管道发生泄漏，发出报警信息并且发送至上位机。
23.优选的，数据管理模块通过以太网将土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据以及管道是否泄漏的信息发送至上位机。
24.优选的，数据处理模块中包括多个检测传感器，多个检测传感器检测到轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏时，至少一个检测到介质泄漏浓度数据的检测传感器用于确定轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏点。
25.区域杂散电流土壤电位梯度智能监测系统，系统包括：电位参考模块、泄漏检测模块、网络通信模块、数据处理模块、数据管理模块和上位机；
26.电位参考模块，用于采集轨道交通埋地管线土壤中土壤电位，获取土壤电位的数据并且发送至数据处理模块；
27.泄漏检测模块，用于采集、检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度的数据，获取介质泄漏浓度的数据，并且发送至数据处理模块；
28.数据处理模块，用于处理土壤电位和介质泄漏浓度的数据，基于土壤电位的数据，获取土壤电位梯度，并且将土壤电位、介质泄漏浓度数据与土壤电位梯度发送至网络通信模块；
29.网络通信模块，用于光电转换接收土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度，并且将转换后的土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至数据管理模块；
30.数据管理模块，基于土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据和土壤电位梯度，通过预设的设定值对轨道交通埋地管线土壤中的杂散电流干扰程度进行评估，并判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，同时将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至上位机；
31.上位机：用于对土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据以及管道是否泄漏的信息进行显示和统计以及存储。
32.优选的，数据处理模块为检测传感器，网络通信模块为光电交换机，数据管理模块
为杂散电流监测仪。
33.优选的，多个网络通信模块通过光纤电缆组成光纤环网。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35.本发明通过监测土壤中的电位变化和管道泄漏情况，实现对区域杂散电流的精确监测和分析，达到检测轨道交通附近土壤电位及管道附近传输介质泄漏浓度的作用，并且能够实时判断杂散电流干扰程度、传输介质泄漏情况以及快速定位到泄漏点。
附图说明
36.图1为根据本发明的实施例的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统的流程图；
37.图2为根据本发明的实施例的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统的结构框图。
具体实施方式
38.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。
39.请参阅图1-图2所示，本发明提供区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统，方法包括以下步骤：
40.s1、电位参考模块和泄漏检测模块埋设在轨道交通埋地管线土壤中，电位参考模块采集土壤电位的数据，泄漏检测模块采集介质泄漏浓度的数据，并且发送至数据处理模块；
41.s2、数据处理模块基于土壤电位的数据，获取土壤电位梯度，并且将土壤电位、介质泄漏浓度的数据与土壤电位梯度发送至网络通信模块；
42.其中为土壤电位梯度的获取方法：
43.步骤a1、电位参考模块包括多组参比电极，每组参比电极的数量为两个；
44.步骤a2、两组参比电极分布在平行和垂直于钢轨的土壤中，其中一组与钢轨管道平行，另一组参比电极与上一组参比电极方向垂直，处理平行和垂直方向的土壤电位，获取电位差的数据；
45.步骤a3、数据处理模块基于沿钢轨方向附近土壤电位变化和垂直钢轨方向附近土壤电位变化的两组参比电极的电位差，获取到检测点的土壤电位梯度，并且发送至网络通信模块；
46.s3、网络通信模块接收土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度后进行光电转换，并且将转换后的土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至数据管理模块：
47.s4、数据管理模块基于土壤电位、介质泄漏浓度、土壤电位梯度以及预设的设定值，对轨道交通埋地管线土壤中杂散电流干扰程度进行评估，通过数据管理模块对土壤电位梯度的设定值分为u1、u2和u3，数据管理模块基于检测点的土壤电位梯度与设定值进行
比较，最终获得检测点管道受到杂散电流干扰的程度，并且通过使用管道泄漏认定方法，判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，数据管理模块将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至上位机；数据处理模块中包括多个检测传感器，多个检测传感器检测到轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏时，至少一个检测到介质泄漏浓度数据的检测传感器用于确定轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏点；管道泄漏认定方法：数据管理模块将当前获取检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度数据与上一次检测的介质泄漏浓度数据比较得到差值；当两次检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度数据的数据差值大于设定值，则判定轨道交通埋地管线土壤中的管道发生泄漏，发出报警信息并且发送至上位机；
48.s5、上位机用于显示、统计以及存储土壤电位、介质泄漏浓度、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据以及管道是否存在泄漏的信息。
49.具体的，杂散电流干扰的评估方法，具体如下：
50.步骤b1、数据管理模块对土壤电位梯度的设定值分为u1、u2和u3
51.步骤b2、当土壤电位梯度小于等于u1时，判断为杂散电流干扰程度弱；
52.步骤b3、当土壤电位梯度大于u1但小于等于u2时，判断为杂散电流干扰程度中等；
53.步骤b4、当土壤电位梯度大于u2但小于等于u3时，判断为杂散电流干扰程度强。
54.具体的，数据管理模块通过以太网将土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据以及管道是否泄漏的信息发送至上位机。
55.请参阅图1和图2所示，区域杂散电流土壤电位梯度智能监测系统，系统包括：电位参考模块、泄漏检测模块、网络通信模块、数据处理模块、数据管理模块和上位机；
56.电位参考模块，用于采集轨道交通埋地管线土壤中土壤电位，获取土壤电位的数据并且发送至数据处理模块；
57.泄漏检测模块，用于采集、检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度的数据，获取介质泄漏浓度的数据，并且发送数据处理模块；
58.数据处理模块，用于处理土壤电位和介质泄漏浓度的数据，基于土壤电位的数据，获取土壤电位梯度，并且将土壤电位、介质泄漏浓度的数据和土壤电位梯度，发送至所述网络通信模块；
59.网络通信模块，用于光电转换接收土壤电位和介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度，并且将转换后介质泄漏浓度的数据和土壤电位梯度发送至数据处理模块；
60.数据管理模块，基于土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据和土壤电位梯度，通过预设的设定值对轨道交通埋地管线土壤中的杂散电流干扰程度进行评估，并判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，同时将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至上位机；
61.上位机：用于对土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据、土壤电位梯度、杂散电流干扰评估数据以及管道是否泄漏的信息进行显示和统计以及存储。
62.具体的，数据处理模块为检测传感器，网络通信模块为光电交换机，数据管理模块为杂散电流监测仪。
63.具体的，多个网络通信模块通过光纤电缆组成光纤环网。
64.另需说明的，在图2中电位参考模块为参比电极1、泄漏检测模块为管道介质检测
探头2、网络通信模块为光电交换机3、数据处理模块为检测传感器4、数据管理模块为杂散电流监测仪5、上位机为6。
65.请参阅图1和图2，多个参比电极和多个管道介质检测探头埋设在轨道交通附近有埋地管线的土壤中，参比电极和管道介质检测探头分别采集到土壤电位和介质泄漏浓度的数据发送到检测传感器中，检测传感器通过对两组参比电极的电位差数据进行处理，获取到土壤电位梯度，并将土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至光电交换机，光电交换机将土壤电位的数据、介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至杂散电流监测仪，杂散电流监测仪基于土壤电位、介质泄漏浓度和土壤电位梯度，通过预设的设定值实现评估杂散电流干扰程度和判断管道是否泄漏，如泄漏则报警，同时将管道是否泄漏的信息以及杂散电流干扰评估数据发送至上位机，并且上位机将杂散电流监测仪发送的数据进行展示、统计和存储。
66.本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：s1、电位参考模块和泄漏检测模块埋设在轨道交通埋地管线土壤中，所述电位参考模块采集土壤电位的数据，所述泄漏检测模块采集介质泄漏浓度的数据，并且发送至数据处理模块；s2、所述数据处理模块对所述土壤电位的数据进行处理，获取土壤电位梯度，并将所述土壤电位、所述介质泄漏浓度数据与所述土壤电位梯度发送至网络通信模块；s3、所述网络通信模块接收所述土壤电位和所述介质泄漏浓度的数据，以及土壤电位梯度进行光电转换，并且将转换后的所述土壤电位和所述介质泄漏浓度的数据以及土壤电位梯度发送至数据管理模块；s4、所述数据管理模块基于所述土壤电位、所述介质泄漏浓度和所述土壤电位梯度，通过预设的设定值对轨道交通埋地管线土壤中杂散电流干扰程度进行评估，并且判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，同时将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至上位机；s5、上位机用于显示、统计以及存储所述土壤电位、所述介质泄漏浓度、所述土壤电位梯度、所述杂散电流干扰评估数据以及管道是否泄漏的信息。2.根据权利要求1所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于：其中，所述土壤电位梯度的获取方法具体如下：步骤a1、所述电位参考模块包括多组参比电极，每组所述参比电极的数量为两个；步骤a2、两组所述参比电极分别分布在平行和垂直于钢轨的土壤中，其中一组所述参比电极与钢轨管道平行，另一组所述参比电极与上一组所述参比电极方向垂直，获取平行和垂直方向的电位差；步骤a3、数据处理模块基于沿钢轨方向附近土壤电位变化和垂直钢轨方向附近土壤电位变化的两组所述参比电极的电位差，获取到检测点的所述土壤电位梯度，并且发送至网络通信模块。3.根据权利要求2所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于：其中，所述杂散电流干扰的评估方法，具体如下：步骤b1、所述数据管理模块对所述土壤电位梯度的设定值分为u1、u2和u3；步骤b2、当土壤电位梯度小于等于u1时，判断为杂散电流干扰程度弱；步骤b3、当土壤电位梯度大于u1但小于等于u2时，判断为杂散电流干扰程度中等；步骤b4、当土壤电位梯度大于u2但小于等于u3时，判断为杂散电流干扰程度强。4.根据权利要求1所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于：其中，管道泄漏认定方法具体如下：步骤d1、数据管理模块将当前获取检测轨道交通埋地管线土壤中周围的所述介质泄漏浓度数据与上一次检测的所述介质泄漏浓度数据比较得到差值；步骤d2、当两次检测轨道交通埋地管线土壤中周围的所述介质泄漏浓度数据的数据差值大于所述设定值，则判定轨道交通埋地管线土壤中的管道发生泄漏，发出报警信息并且发送至所述上位机。5.根据权利要求1所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于：所述数据管理模块通过以太网将所述土壤电位的数据、所述介质泄漏浓度的数据、所述土壤电
位梯度、所述杂散电流干扰评估数据以及所述管道泄漏的数据发送至所述上位机。6.根据权利要求3所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法，其特征在于：所述数据处理模块中包括多个检测传感器，多个所述检测传感器检测到轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏时，至少一个检测到介质泄漏浓度数据的所述检测传感器用于确定轨道交通埋地管线土壤中的管道泄漏点。7.区域杂散电流土壤电位梯度智能监测系统，其特征在于，所述系统包括：电位参考模块、泄漏检测模块、网络通信模块、数据处理模块、数据管理模块和上位机；所述电位参考模块，用于采集轨道交通埋地管线土壤中土壤电位，获取土壤电位的数据并且发送至所述数据处理模块；所述泄漏检测模块，用于采集、检测轨道交通埋地管线土壤中周围的介质泄漏浓度的数据，获取介质泄漏浓度的数据，并且发送所述数据处理模块；所述数据处理模块，用于处理所述土壤电位的数据进行处理，获取土壤电位梯度，并且将介质泄漏浓度的数据和土壤电位梯度，发送至所述网络通信模块；所述网络通信模块，用于光电转换接收所述土壤电位和所述介质泄漏浓度的数据以及所述土壤电位梯度，并且将转换后的所述土壤电位的数据和所述介质泄漏浓度的数据以及所述土壤电位梯度发送至所述数据管理模块；所述数据管理模块，基于所述土壤电位的数据、所述介质泄漏浓度的数据和所述土壤电位梯度，通过预设的设定值对轨道交通埋地管线土壤中的杂散电流干扰程度进行评估，并判断管道是否泄漏，如存在泄漏，则报警，同时将杂散电流干扰评估数据和管道是否泄漏的信息发送至所述上位机；所述上位机：用于对所述土壤电位的数据、所述介质泄漏浓度的数据、所述土壤电位梯度、所述杂散电流干扰评估数据和所述管道泄漏的数据进行显示和统计以及存储。8.根据权利要求7所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测系统，其特征在于：所述数据处理模块为检测传感器，所述网络通信模块为光电交换机，所述数据管理模块为杂散电流监测仪。9.根据权利要求7所述的区域杂散电流土壤电位梯度智能监测系统，其特征在于：多个所述网络通信模块通过光纤电缆组成光纤环网。

技术总结
本发明公开了区域杂散电流土壤电位梯度智能监测方法和系统，所述方法包括以下步骤：S1、电位参考模块和泄漏检测模块埋设在轨道交通埋地管线土壤中，所述电位参考模块采集土壤电位的数据，所述泄漏检测模块采集介质泄漏浓度的数据，并且发送至数据处理模块；S2、所述数据处理模块对所述土壤电位的数据进行处理，获取土壤电位梯度；本发明通过监测土壤中的电位变化和管道泄漏情况，实现对区域杂散电流的精确监测和分析，达到检测轨道交通附近土壤电位及管道附近传输介质泄漏浓度的作用，并且能够实时判断杂散电流干扰程度、传输介质泄漏情况以及实现快速定位到泄漏点。以及实现快速定位到泄漏点。以及实现快速定位到泄漏点。


技术研发人员：赵莎 李宁 王婷 林欢 张欢 黄金 苗金元 王亚桥 孟献仪 姚红岩 刘聪
受保护的技术使用者：江苏广识电气有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/8/5