CN105070012A - 一种基于北斗卫星和gsm双模阴极保护智能系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，包括：一固定于测试桩上的自动采集终端，一控制中心，所述自动采集终端将测量到的阴极保护数据传输至所述控制中心，并由控制中心的信息处理平台实时显示，所述通信数据采用CRC校验方式；以及一接受控制中心数据的控制端，所述控制端包括一通过GSM基站连通的用户手机，以及一通过网络连接的用户管理计算机；所述控制中心收集和处理自动采集终端获取的数据，并发送控制指令至自动采集终端。本发明能够大大提高长距离阴极保护数据传输的可靠性。利用北斗定位技术对阴极保护测试桩进行地理坐标展现，便于对测试桩的监测、维修与更换。

Description

一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统

技术领域

本发明涉及属于卫星通信领域，特别涉及一种基于北斗卫星和GSM双模通信技术的，阴极保护测试桩长距离数据传输和地理坐标展现的智能系统。

背景技术

“一带一路”建设的初期，必然是油气管道等基础设施的建设，中亚地区廉价的石油、天然气等能源产品输送到中国，对管道建设和运输的要求更高，长距离管道甚至会经过多个国家和地区，所处环境异常复杂，这就使得现有的管道阴极保护系统在使用的过程中，会遇到新的问题，管道运输作为我国能源运输的主要通道，其通常需要穿越沙漠、无人区等各种复杂环境区域，管道的阴极保护对管道腐蚀情况的监控，具有重要的意义，阴极保护系统数据的良好采集是保障管道运输安全的可靠保障。长距离管道运输，其阴极保护系统数据，采集成本高，采集难度大，测试桩的维护成本高。阴极保护系统的正常运行长期以来依赖于人工巡检，设备运行故障的发现主要靠人工定期的沿线巡查，在无人区或者沙漠地区，成本很高且效率低下。

公告号CN104217562A公开了一种基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法，介绍了一种基于无线传感器网络、工作在391HZ-464MHZ频段、具有3-5公里传输能力的大功率硬件通信结点，依赖于无线传感器作为其数据通讯方式，在长距离管道运输上，非常不适用，且也无法摆脱对人工的依赖。

公告号CN103614730A公开了一种对埋地管道阴极保护进行检测的系统和方法，其中介绍了其通讯网络可以为第三代网络通信技术3G网络、通用分组无线服务技术GPRS网络或者光纤传输网路。在野外复杂环境下，单独采取分组无线服务技术GPRS网络虽然也能够实现远距离通信，但是GPRS数据采集数据不连续，漏点的问题的时有发生。

长距离阴极保护系统数据采集工作，对于测试桩的要求也很严格，在沙漠无人区或者河流地区，测试桩的长时间保存问题是难点，阴极保护系统的使用周期长，测试桩又是阴极保护系统的关键，因此，测试桩的长时间保存问题直接影响着阴极保护系统的数据采集问题，在一带一路的长距离运输中，测试桩的埋设多，人工巡查的难度大，测试桩的更换维修问题突出，因此测试桩在长距离阴极保护系统中很关键。

公告号CN103985243A公开了一种用于埋地金属管道的阴极保护电位检测系统，其中描述了测试桩的结构，所述测试桩为玻璃钢材质的空心柱状体，测试桩底部具有沿外壁向四周延伸而行侧滑盖的矩形连接板，连接板上具有若干螺栓孔，所述空心壳体上设置有若干个竖直向上延伸的螺杆。其测试桩在使用过程中，对于现有埋地钢质管道的阴极保护数据的检测虽然也能实现其基本功能，但是其没有考虑到现有环境的复杂性，玻璃钢材质的成本较高，安装难度大，且在使用的过程中，当置于沙漠或者无人区中使用的时候，测试桩内部温度过高，缩短测试桩内部的电路板等其他检测设备的寿命。同时玻璃钢在使用的过程中，容易受到羊群或者其他野外动物的破坏。时间长之后，也会受到腐蚀损坏。现有的部分企业也采取不锈钢作为测试桩的主要材料，但是容易被盗，或者被沿线不法分子拔出来卖废铁去，而测试桩一旦出现被盗情况，很难发现，直接影响着阴极保护系统对埋地钢质管道的保护，也无法对于阴极保护系统数据进行采集。

公告号CN104217562A公开了一种基于无线传感器网络的阴极保护数据自动采集方法，其中介绍采集器硬件通信结点结构的太阳能供电模块，其仅仅对于利用太阳能提出了简单的建议，没有考虑在无人区的长时间保存问题，以及防止其他动物或者风沙、雨水破坏的问题。直接应用在长距离埋地钢质管道的阴极保护系统上使用中不合理。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，能够大大提高长距离阴极保护数据传输的可靠性。利用北斗定位技术对阴极保护测试桩进行地理坐标展现，便于对测试桩的监测、维修与更换。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，包括：

一固定于测试桩上的自动采集终端，

一控制中心，所述自动采集终端将测量到的阴极保护数据传输至所述控制中心，并由控制中心的信息处理平台实时显示，所述通信数据采用CRC校验方式；

以及一接受控制中心数据的控制端，所述控制端包括一通过GSM基站连通的用户手机，以及一通过网络连接的用户管理计算机；

所述控制中心收集和处理自动采集终端获取的数据，并发送控制指令至自动采集终端。

在本发明的一个优选实施例中，所述自动采集终端包括一测试桩主体，一固定于测试桩主体上的置放箱，所述置放箱上端通过一天线支架设置有北斗一体型用户机，

一设置于置放箱内的蓄电池、控制盒、阳极接线柱、阴极接线柱和参比电极接线柱，

所述控制盒连接GPRS模块，与其串口通信并且提供5V供电；控制盒与北斗一体型用户机通过串口线连接；控制盒还与阳极接线柱、阴极接线柱、参比电极接线柱相连，用于自动采集阳极电位、阴极电位、保护电流；GPRS模块和北斗一体型用户机一同负责将信息上报到控制中心，蓄电池为系统供电；

还包括一保护组件，所述保护组件包括镁块阳极组，镁带阳极组以及固体永久参比电极，镁块阳极组和镁带阳极组分别通过电缆和阳极接线柱相连接，固体永久参比电极通过电缆接引出地面，然后穿过于测试桩主体上的防护套和参比电极接线柱相连接。

在本发明的一个优选实施例中，所述蓄电池通过导线和太阳能板相连接，所述太阳能板通过防风支架置于置放箱上。

在本发明的一个优选实施例中，所述天线支架为空心圆柱体，内置GPRS天线安装在天线支架的内腔。

在本发明的一个优选实施例中，所述自动采集终端和控制中心均采用北斗/GSM双模的工作模式，将两者进行数据传输。

在本发明的一个优选实施例中，所述阴极保护数据的传输分为主动方式和被动方式两种，主动方式为待测管道阴极保护系统数据由所在测试桩在规定时间段内，向控制中心发送的数据，被动方式为控制中心通过查询的方式，要求所在测试桩传输的阴极保护数据。

在本发明的一个优选实施例中，所述控制中心包括北斗数据收发设备、GSM短信收发设备、服务器、开关电源、防火墙、路由器以及信息平台；

所述服务器连接北斗收发设备，用于接收来自所述采集终端的通过北斗卫星发来的数据；服务器连接GSM短信收发设备，用于接收来自所述采集终端的通过GSM短信发来的数据和向用户短信告警；服务器与防火墙、路由器分别相连，用于网络安全连接，开关电源连接北斗数据收发设备、GSM短信收发设备，用于供电。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

一、结构简单，方便实用。

二、成本低廉，易于推广。

三、对阴极保护测试桩进行地理坐标展现，便于测试桩的维修与更换。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的工作原理图。

图2为本发明的自动采集终端的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

北斗一体型用户机1，天线支架2，蓄电池3，控制盒4，阳极接线柱5，防护套管6,测试桩主体7，镁块阳极组8，固体永久参比电极9，镁带阳极组10，电缆线11，阴极接线柱12，防风支架13，参比电极接线柱14，置放箱15，

太阳能板16，自动采集终端17、25，北斗卫星18，控制中心19，GSM基站20、24，用户手机21，用户管理计算机22，internet23

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参照图1和图2，一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，包括：一固定于测试桩上的自动采集终端，一控制中心，

自动采集终端17通过北斗卫星18与控制中心19联接；自动采集终端25通过GSM基站20与控制中心19联接；控制中心19通过GSM基站24与用户手机21联接；控制中心19通过internet23与用户管理计算机22联接。

其中自动采集终端包括一测试桩主体，一固定于测试桩主体上的置放箱，所述置放箱上端通过一天线支架2设置有北斗一体型用户机，

所述北斗一体型用户机1安装于天线支架2上，天线支架2为空心圆柱体，内置GPRS天线2安装在天线支架的内腔。

所述蓄电池3、控制盒和GPRS模块、阳极接线柱5、阴极接线柱12、参比电极接线柱14置于置放箱内。

蓄电池3连接控制盒4和北斗一体型用户机1，为二者提供电能；且蓄电池3通过导线和太阳能板16相连接。

控制盒4连接GPRS模块连接，与其串口通信并且提供5V供电；

控制盒4与北斗一体型用户机1通过串口线连接，与其进行串口通信；控制盒4还与阳极接线柱5、阴极接线柱12、参比电极接线柱14相连，用于自动采集阳极电位、阴极电位、保护电流。

所述测试桩主体7由水泥铸造而成，置放箱15置于测试桩主体上，太阳能板16通过防风支架13置于置放箱15上。

所述镁块阳极组8和镁带阳极组10分别通过电缆和阳极接线柱5相连接，固体永久参比电极9通过电缆接引出地面，然后穿过于测试桩主体7上的防护套6和参比电极接线柱14相连接。

所述控制盒负责阴极保护电位、电流、蓄电池电压等参数的采集，GPRS模块和北斗一体型用户机1一同负责将信息上报到控制中心，蓄电池3为系统供电。

在长距离管道运输中，测试桩的埋设多，人工巡查的难度大，测试桩的更换维修问题突出，本发明使用镁块阳极组8和镁带阳极组10，配合固体永久参比电极9对埋地钢质管道进行保护，可以平均间隔1公里埋设测试桩，所述测试桩可以和里程桩合二为一，使用镁块阳极组8和镁带阳极组10，因此可以大大减少测试桩的埋设数量，所述测试桩主体7由水泥铸造而成，因此能够大大降低测试桩的成本，也能够减少被盗的概率，以及提高保存的时间。

在通信方式上北斗一体型用户机1和GPRS模块的选择，根据二者信号状况选择最优的工作方式。在无人区或者沙漠地区优选的为北斗一体型用户机1，在居民区或者有GSM基站的地区优选的为GPRS模块作为数据通信传输工具。

所述阴极保护数据上传功能的实现，自动采集终端17、25和控制中心19都采用北斗/GSM双模的工作模式，自动采集终端17、25可定时向控制中心19发送阴极保护数据，可以通过北斗一体型用户机1上传也可以通过GPRS模块上传，根据二者信号状况选择最优的工作方式。

控制中心19收集和处理自动采集终端17、25的数据，还可以通过北斗或者GPS发送控制指令，当自动采集终端17、25收到该指令后，回复执行结果。

自动采集终端17、25向控制中心上报数据分为两种方式：主动方式和被动方式。主动方式为自动采集终端17、25在规定时间段内，向控制中心19发送的数据；被动方式为控制中心19通过查询的方式，要求自动采集终端17、25传递数据。以主动上传为主，被动上传是管理员根据实际情况需要重新采集数据的时候，通过页面下发采集指令进行数据采集。

所述控制中心19具有区域控制中心19号码可变功能，当控制中心19号码发生变化时可以通过发送修改卡号指令来完成，发送该指令的号码不限，只要满足指令格式和协议规定即可，当自动采集终端17、25收到该指令后，回复执行结果。

所述自动采集终端17、25可以由控制中心19远程控制和设置，当需要自动采集终端17、25重启时，控制中心19只需要发送重启指令到指定自动采集终端17、25，自动采集终端17、25收到该指令后，回复确认信息后才执行重启。用户可以根据实际采集频度需要进行设置如“一天采集一次”“2天采集一次”等。采集的时间间隔可以针对整个区域进行统一设定，也可以对单独某个测试桩进行设定。

所述控制中心19的信息处理平台，可以将长距离管道上安装的测试桩在地图上具体所在地展现出来，在地图上展现出每个测试桩的所在地理位置，以及每个桩的当前运行状态。所述阴极保护测试桩地理坐标位置展现，测试桩的地理坐标即可通过北斗一体型用户机1定位并直接上报到控制中心19，当使用GPRS模块的时候，测试桩的坐标在地图的展现就需要手动在信息处理平台的地图上输入。

所述自动采集终端17、25具有自动上报硬件异常功能，当自动采集终端17、25发生硬件故障如“时钟异常”“flash异常”时，主动上报硬件错误异常到控制中心19。控制中心19的地图展现功能里面会用不同颜色的图片来区分正常桩和异常桩，方便管理员进行查看。当自动采集终端17、25和控制中心19的数据发生错误时，可以通过CRC校验检查出来，并及时的告知发信方。

所述自动采集终端17、25的蓄电池3系统发生故障后，自动采集终端17、25首先将故障信息储存在自动采集终端17、25本地，然后主动上报硬件错误异常到控制中心19。

所述控制中心19将阴极保护数据保存在本地服务器，并做汇总分析，用户可以通过用户管理计算机22登录控制中心19网站，查看当前及历史报表，可以导出报表到用户管理计算机22上并打印出来。

所述控制中心19可以通过下发指令的方式向各个自动采集终端17、25下发不同的报警门限，设置成功后，自动采集终端17、25会向控制中心19返回其执行结果，主要是设定各个采集参数的门限值，系统将会根据设定的门限值来判定采集的信息或者上报的信息是否需要进行报警处理。

所述控制中心19可以自动对数据进行分析，若超过报警门限值，就会自己下发报警信息到设定的报警电话人用户手机21上，报警信息会附带简单的故障现象。巡检人员在出发前可通过平台地图展现功能查询出桩的具体位置，进行有目的修复处理。

所述自动采集终端17、25可以将长达15天的数据按照约定的格式存储在本地，巡线人员可以随时利用调测软件，现场对保存在自动采集终端17、25的数据进行读取和解析。所述控制中心19通过提取本地服务器上的数据，将其绘制成对应曲线，用户可以通过登陆页面查看当前所有测试桩的电位电流。

为了验证在各个测量范围内，测量数据的相对准确性，通过电位器和电池产生一定的电流和电压，通过检测自动采集终端17、25采集数据和用测试仪表测量数据对比，从数据分析，在量程范围内，本系统的采样值接近真实值，满足实际需要。

为了验证本设计方案和实际人工测量的情况是否有明显差异，自动采集终端17、25采集并传回来的阴极保护数据和人工野外万用表实测数据进行比对，从数据比对分析来看，本系统可以代替人工测量，实现阴极保护智能化监测、检测和控制。

本发明分别针对GSM模式和北斗模式进行了以下功能测试，从测量结果分析，本发明达到了预期的功能，满足实际需要。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，包括：

一固定于测试桩上的自动采集终端，

一控制中心，所述自动采集终端将测量到的阴极保护数据传输至所述控制中心，并由控制中心的信息处理平台实时显示，所述通信数据采用CRC校验方式；

以及一接受控制中心数据的控制端，所述控制端包括一通过GSM基站连通的用户手机，以及一通过网络连接的用户管理计算机；

所述控制中心收集和处理自动采集终端获取的数据，并发送控制指令至自动采集终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述自动采集终端包括一测试桩主体，一固定于测试桩主体上的置放箱，所述置放箱上端通过一天线支架设置有北斗一体型用户机，

一设置于置放箱内的蓄电池、控制盒、阳极接线柱、阴极接线柱和参比电极接线柱，

所述控制盒连接GPRS模块，与其串口通信并且提供5V供电；控制盒与北斗一体型用户机通过串口线连接；控制盒还与阳极接线柱、阴极接线柱、参比电极接线柱相连，用于自动采集阳极电位、阴极电位、保护电流；GPRS模块和北斗一体型用户机一同负责将信息上报到控制中心，蓄电池为系统供电；

还包括一保护组件，所述保护组件包括镁块阳极组，镁带阳极组以及固体永久参比电极，镁块阳极组和镁带阳极组分别通过电缆和阳极接线柱相连接，固体永久参比电极通过电缆接引出地面，然后穿过于测试桩主体上的防护套和参比电极接线柱相连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述蓄电池通过导线和太阳能板相连接，所述太阳能板通过防风支架置于置放箱上。

4.根据权利要求2所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述天线支架为空心圆柱体，内置GPRS天线安装在天线支架的内腔。

5.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述自动采集终端和控制中心均采用北斗/GSM双模的工作模式，将两者进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述阴极保护数据的传输分为主动方式和被动方式两种，主动方式为待测管道阴极保护系统数据由所在测试桩在规定时间段内，向控制中心发送的数据，被动方式为控制中心通过查询的方式，要求所在测试桩传输的阴极保护数据。

7.根据权利要求1所述的一种基于北斗卫星和GSM双模阴极保护智能系统，其特征在于，所述控制中心包括北斗数据收发设备、GSM短信收发设备、服务器、开关电源、防火墙、路由器以及信息平台；

所述服务器连接北斗收发设备，用于接收来自所述采集终端的通过北斗卫星发来的数据；服务器连接GSM短信收发设备，用于接收来自所述采集终端的通过GSM短信发来的数据和向用户短信告警；服务器与防火墙、路由器分别相连，用于网络安全连接，开关电源连接北斗数据收发设备、GSM短信收发设备，用于供电。