本发明属于地下管线完整性检测领域，具体涉及一种地下管线防挖掘实时监测系统及方法。
背景技术：
1、随着全球范围内工业化、城市化、信息化程度需求的不断提高，与其相关的配套基础设施的齐备性、安全性、可靠性是其有序推进的基础。设备齐全、功能完备的配套基础设施能有效反哺工业化、城市化、信息化的实施进程，并且能够进一步加速全球一体化建设节奏，促使其早日实现。在城镇建设初期，配套基础设施的规划设计与安全施工是十分关键的，例如，地下管线。规划设计考虑充分且施工安装安全可靠的地下管线可为网络通讯、油气运输、市政管线安装、给排水等提供便利，同时也可为提升社会公共配套设备的增容能力奠定良好的基础。然而，由于人们对社会公共设备的需求随着人类社会发展不断提升，这也促使地下管线存在随时根据需求被挖掘的风险，极有可能会影响社会公共配套设备的安全使用。尤其是，在缺少人为管理、人为管理力度不足或者防范意识不强的区域，在未进行有效信息申报的前提下私自挖掘极有可能带来不必要的麻烦与未知风险，甚至会导致区域性生产停止等无法预知的情况出现。因此，如何有效地监测地下管线以防止不必要的挖掘是当前亟需解决的重要问题。
2、目前，常用的地下管线防挖掘检测装置多采用图像检测技术和电信号检测技术。图像检测技术采用高清摄像头实时检测监控区域是否存在挖掘行为，并形成告警信息及时警示相关工作人员达到现场，提示现场施工人员注意下一步的安全施工。然而，图像检测技术受到系统成本和检测实时性的影响，很难做到大范围布置使用。而且，在室外条件下，雨雪大风等强对流天气对图像检测技术的精准性影响很大，这也进一步限制了其使用场景。电信号检测技术通过检测关于地下管线的相关电信号以实时监测是否存在地下管线挖掘行为，若存在挖掘行为则及时警示工作人员到施工现场阻止施工或进一步规范安全施工。虽然电信号检测技术受环境影响较小，但其存在随时产生静电火花的可能性。静电火花极有可能会带来极大的灾难，严重威胁人民生命以及财产安全，这也不可避免地限制了其在某些特定场景的安全使用，例如，天然气管道、输油管道等。此外，图像检测技术和电信号检测技术都存在设计容量增容性受限的问题，一旦设计确认且施工完成后，在后期使用时很难做到快速增容以满足随时变化的任务需求。
3、综上所述，现有地下管线防挖掘检测装置存在检测实时性、稳定性差，存在安全隐患，且容量增容性受限的问题，因此，确保实时稳定、安全可靠地检测地下管线是避免地下管线遭到不必要的挖掘的重中之重。
技术实现思路
1、本发明的目的是为解决现有地下管线防挖掘检测装置存在检测实时性、稳定性差，存在安全隐患且容量增容性受限的问题，而提出的一种地下管线防挖掘实时监测系统及方法。
2、本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：
3、基于本发明的一个方面，一种地下管线防挖掘实时监测系统，所述系统包括后台查询终端、光纤以及n个节点设备；其中：
4、所述节点设备分别位于地下管线表面的各个检测点处，每个节点设备均包括光信号检测单元、设备地址管理单元和主控处理单元，设备地址管理单元用于配备对应节点设备的地址，且光信号检测单元内包括光信号生成模块和光信号检测模块；
5、所述光纤贴附安装于地下管线表面，光纤用于后台查询终端与节点设备之间以及节点设备与节点设备之间的数据交互；
6、后台查询终端下发对n号节点设备的状态查询指令后，1号节点设备的工作过程为：
7、1号节点设备的主控处理单元控制光信号检测模块接收后台查询终端下发的状态查询指令，并比对设备地址管理单元存储的地址和状态查询指令中的目标地址是否相符；
8、若设备地址管理单元存储的地址和状态查询指令中的目标地址相符，则1号节点设备的主控处理单元控制光信号生成模块向2号节点设备发送指令a，且2号节点设备收到指令a后，需要向1号节点设备返回指令a；
9、1号节点设备控制光信号检测模块等待2号节点设备返回的指令，若在等待时间t内收到2号节点设备返回的指令，则1号节点设备向后台查询终端回复针对状态查询指令的响应指令，若在等待时间t内未收到2号节点设备返回的指令，则1号节点设备向后台查询终端回复1号节点设备与2号节点设备之间的故障指令；
10、若设备地址管理单元存储的地址和状态查询指令中的目标地址不相符，则1号节点设备的主控处理单元控制光信号生成模块向2号节点设备转发后台查询终端的状态查询指令；
11、位于n号节点设备之前的各个节点设备依次接收后台查询终端的状态查询指令，且每个接收到状态查询指令的节点设备的工作过程均与1号节点设备的工作过程相同；
12、直至n号节点设备接收到状态查询指令后，n号节点设备的主控处理单元控制光信号生成模块向n+1号节点设备发送指令a，并等待n+1号节点设备返回的指令；
13、若在等待时间t内未收到n+1号节点设备返回的指令，则n号节点设备向后台查询终端回复n号节点设备与n+1号节点设备之间存在断裂点的故障指令，并立即检修；
14、若在等待时间t内收到n+1号节点设备返回的指令，则n号节点设备向后台查询终端回复针对状态查询指令的响应指令，且后台查询终端再继续下发对n+1号节点设备的状态查询指令。
15、基于本发明的另一个方面，一种地下管线防挖掘实时监测方法，所述方法具体包括以下步骤：
16、步骤一、按照节点设备与后台查询终端的距离由小到大的顺序，将各节点设备依次编号为1号节点设备、2号节点设备、…、n号节点设备；
17、步骤二、初始化待进行状态查询的节点设备编号i＝1；
18、步骤三、利用后台查询终端的光信号生成模块下发i号节点设备的状态查询指令；
19、步骤四、初始化接收状态查询指令的节点设备编号n＝1；
20、步骤五、n号节点设备的主控处理单元控制光信号检测模块通过光纤接收状态查询指令，并比对设备地址管理单元配备的地址与状态查询指令中的目标地址是否相符；
21、若配备的地址与状态查询指令中的目标地址相符，则执行步骤六；
22、若配备的地址与状态查询指令中的目标地址不相符，则执行步骤七；
23、步骤六、n号节点设备的主控处理单元控制光信号生成模块通过光纤向n+1号节点设备发送指令a；
24、若在时间阈值t内，n号节点设备收到n+1号节点设备返回的指令，则n号节点设备的光信号检测模块通过光纤向后台查询终端回复针对状态查询指令的响应指令；再执行步骤八；
25、若在时间阈值t内，n号节点设备未收到n+1号节点设备返回的指令，则表明n号节点设备到n+1号节点设备间的光纤出现断裂，n号节点设备的主控处理单元控制光信号检测模块通过光纤向后台查询终端回复针对状态查询指令的故障指令，后台查询终端利用光信号检测模块收到故障指令后，立即下发检修指令，并停止监测；
26、步骤七、n号节点设备的光信号生成模块向n+1号节点设备转发状态查询指令，并令n＝n+1，返回执行步骤五；
27、步骤八、判断是否满足i小于n-1；
28、若i小于n-1，则令i＝i+1，返回执行步骤三；
29、若i等于n-1，则返回执行步骤二。
30、本发明的有益效果是：
31、本发明通过实时监测通讯数据的完整性间接实现检测光纤通讯回路的完整性，由此可以直接表明地下管线是否被挖断，解决了图像检测技术的实时性、稳定性差的问题，也解决了电信号检测技术的电火花有潜在威胁，存在安全隐患的问题。而且具备增加节点设备的功能，以实现系统扩容，保证在复杂多变环境条件下依然能够准确、连续、稳定、实时的监测地下管线防挖掘状态。
1.一种地下管线防挖掘实时监测系统，其特征在于，所述系统包括后台查询终端、光纤以及n个节点设备；其中：
2.根据权利要求1所述的一种地下管线防挖掘实时监测系统，其特征在于，所述设备地址管理单元采用拨码开关实现节点设备的地址配置。
3.根据权利要求2所述的一种地下管线防挖掘实时监测系统，其特征在于，所述节点设备内还包括电源管理单元，电源管理单元用于给光信号检测单元、设备地址管理单元和主控处理单元供电。
4.根据权利要求3所述的一种地下管线防挖掘实时监测系统，其特征在于，所述电源管理单元的工作过程为：
5.一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述方法具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述光信号生成模块为光纤模块brtb53-d2w-s205，光信号检测模块为光纤模块brtb35-d2w-s205。
7.根据权利要求6所述的一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述主控处理单元采用stm32f103rct6作为处理器。
8.根据权利要求7所述的一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述光信号生成模块brtb53-d2w-s205的通讯串口与主控处理单元的处理器的uart1连接，光信号检测模块brtb35-d2w-s205的通讯串口与主控处理单元的处理器的uart3连接，电气连接形式为ttl形式，通讯波特率均为115200bps。
9.根据权利要求8所述的一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述后台查询终端与节点设备的通讯数据以及节点设备之间的通讯数据均采用基于ascii编码的自定义编码。
10.根据权利要求9所述的一种地下管线防挖掘实时监测方法，其特征在于，所述通讯数据采用“起始帧+状态帧+地址帧+预留帧+验证帧+结束帧”的形式，各帧的编码方式具体如下：
