CN105678673A - 一种计算与更新水流态势等级的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算与更新水流态势等级的方法。本发明首先在系统服务器端，获取移动设备提交的基本水流数据信息，依据水流态势计算逻辑，计算出水流信息的态势等级值。其次将得到的态势等级值保存在基本水流信息表中，将要上传到服务器端的信息，进行筛选处理，将其加载到实时水流信息表中。然后系统定时查询基本水流信息表中近期未被加载的记录。最后将得到的记录加载到实时水流信息表中，更新实时水流信息表中的内容。本发明将基本的水流信息转化为相应的态势等级，可以给指挥人员提供最直观的信息，根据各个区域灾情的严重程度，更加合理的调配人力资源去处理排水问题。

Description

一种计算与更新水流态势等级的方法

技术领域

本发明涉及水文学领域，尤其涉及对已经收集的水流态势信息进行计算与更新的方法，使水流态势信息保持时效性、准确性。

背景技术

城市排水管网系统是城市的重要设施，该系统的职责是收集和输送城市生活污水、工业废水及降雨、融雪产生的径流。现代城市规模庞大、人口众多，污水排放量大且分布不均，城市地下排水管网系统的建设相对滞后，导致许多大中型城市都出现污水溢出、降雨成涝、甚至水淹成灾的严重灾害局面。

城市安全排水是国家的一项重要战略和重大民生工程。在城镇化的不断推进过程中，排水系统的安全性要求也在不断提高，排水资源的高效利用，以应对污水溢出和城市内涝，已经成为安全排水系统亟需研究解决的问题。

随着互网络技术与社会的发展，移动设备越来越普及，借助智能手机收集信息将会更加的方便、快捷。根据手机系统的市场占有率可知，在中国选择Android系统的用户比iOS系统要多，所以在本发明中所采用的技术全是基于Android手机客户端。

借助计算机通信等相关技术，除了定期派遣工作人员去采集水流信息之外，可以让更多的人参与到水流信息采集中。把采集的水流信息汇聚到服务器端，实现对整个城市排水水流信息实时存储和利用。

但是，仅仅给城市管理人员提供基本的水流信息，不能直观的反映城市遭受灾害的严重程度，因此本发明借助了军事领域中的态势估计理论技术，根据水流态势的计算逻辑，得出对应的水流态势等级，保存在数据库中并实时更新水流态势信息，一方面可以使得城市管理决策人员能够掌握城市排水实时水流态势，为城市排水准确快速的决策提供支持；另一方面，当城市内涝程度相当严重时，根据以往经验设定阈值，让服务器自动发送预警信息。

发明内容

为解决在城市排水中普通水流信息无法为城市决策人员提供直观的数据信息，导致无法及时处理城市排水的问题。本发明提出了一种计算与更新水流态势等级的方法。

本发明方法具体是：

步骤(1).在系统服务器端，获取Android移动设备提交的基本水流数据信息。

步骤(2).设定水流态势等级，以步骤(1)中获取的水流数据信息为基础，依据水流态势计算逻辑，计算出水流信息的态势等级值。

步骤(3).将步骤(2)中得到的态势等级值保存在基本水流信息表中。

步骤(4).将要上传到服务器端的信息，进行筛选处理，然后再将其加载到实时水流信息表中，这样可以在Web浏览器上较好的显示一定时间内指定范围的水流态势信息。

步骤(5).系统定时查询基本水流信息表中近期未被加载的记录。

步骤(6).将步骤(5)得到的记录加载到实时水流信息表中，更新实时水流信息表中的内容。

进一步的，步骤(1)中提交的数据信息为基本水流信息，包括水体的流速、流量、水深的原始物理信息。

进一步的，步骤(2)中的水流态势等级划分的依据为整个水流态势和危险程度，可以划分为7种典型的水流态势，分别是：

①正常水流态势；

②变约束水流态势(水流方向反转)；

③可能危险水流态势(排水量逐渐增大等突发异常状况)；

④危险临界水流态势(达到污水溢出临界点)；

⑤超污水溢出临界水流态势(开始出现污水溢出)；

⑥高脆弱区域危险水流态势(如低洼地带即将达到雨水溢出临界点)；

⑦崩溃水流态势(系统被淹)。其前面的标号即为对应水流态势的等级值。

将水体流速、流量、水深信息进行定义，并给出相应的量化信息。根据上述的7种典型水流态势分类，以及排水系统相关的经验知识，将水体的流速、流量、水深信息，使用模糊集理论进行量化。

流速可取的数值有：0，1，2，3。用water_spe表示。当流速选择“无”时，water_spe取值为0；当流速选择“慢”时，water_spe取值为1；当流速选择“中等”时，water_spe取值为2；当流速选择“快”时，water_spe取值为3。

流量可取值有：0，1，2，3。用变量water_vol表示。当流量选择“无”时，water_vol取值为0；当流量选择“小”时，water_vol取值为1；当流量选择“中”时，water_vol取值为2；当流量选择“大”时，water_vol取值为2。

水深的取值，用water_level表示，相应的计算逻辑如下所示。

$water\_level=\left\{\begin{array}{cc}0,& x=0cm;\\ 1,& 0\&le;x<1.0cm;\\ 2,& 1.0\&le;x<5.0cm;\\ 3,& x>5.0cm;\end{array}\right.$

在没有水的情况下，流速(water_spe)、流量(water_vol)、水深(water_level)取值都为0。基于流速、流量和水深三者之间的关系，将流速、流量、水深依次赋权重：0.25、0.25、0.5，处理得到水流状态0≤w≤3，将其映射到上述7种水流态势上，即得到对应的态势等级值z，具体的映射关系如下面的公式所示。

$z=\left\{\begin{array}{cc}1,& 0.0\&le;w<0.5;\\ 2,& 0.5\&le;w<1.0;\\ 3,& 1.0\&le;w<1.5;\\ 4,& 1.5\&le;w<2.0;\\ 5,& 2.0\&le;w<2.5;\\ 6,& 2.5\&le;w<3.0;\\ 7,& w\&GreaterEqual;3.0;\end{array}\right.$

计算所得z值即为对应的态势等级值，依次对应上述的7种典型水流态势。

进一步的，步骤(3)中涉及到基本水流信息表，其具体结构信息如下所述。

基本水流信息表中，记录了Android客户端上传的流速、流量、流向，水深、水质，以及当时所在的地理位置信息。

进一步的，步骤(4)中涉及到实时水流信息表，记录着从基本水流信息表中加载过来的数据，这是最终存放计算结果与基本信息的数据库表。

进一步的，在步骤(5)中如果基本水流信息被加载到实时水流信息表中，就会在数据库中对这条记录进行标记，表明它是已经被加载了的，便于与未加载的信息记录区分。

进一步的，在步骤(6)中实时的对基本水流信息表进行检测，通过观察设定的标志参数来判断是否存在未被加载的记录。如果发现其中有未加载的记录，将其加载到实时水流信息表中，并在基本水流信息表将这条记录设置为已加载。

本发明的有益效果：将基本的水流信息转化为相应的态势等级，可以给指挥人员提供最直观的信息，根据各个区域灾情的严重程度，更加合理的调配人力资源去处理排水问题。

附图说明

图1是本发明所提出的水流态势计算与更新方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明

如图1所示，本发明方法具体实施步骤是：

(1)输入从Android客户端传输过来的信息，为后续水流态势的计算提供数据基础。

(i)设定水流态势等级：结合城市排水系统安全运行的原则，依据整个水流态势和危险程度划分出7种典型的水流态势，分别是

①正常水流态势；

②变约束水流态势(水流方向反转)；

③可能危险水流态势(排水量逐渐增大等突发异常状况)；

④危险临界水流态势(达到污水溢出临界点)；

⑤超污水溢出临界水流态势(开始出现污水溢出)；

⑥高脆弱区域危险水流态势(如低洼地带即将达到雨水溢出临界点)；

⑦崩溃水流态势(系统被淹)。其前面的标号即为对应水流态势的等级值。

(ii)水流基本信息的量化：

将水体流速、流量、水深信息进行定义，并给出相应的量化信息。根据上述的7种典型水流态势分类，以及排水系统相关的经验知识，将水体的流速、流量、水深信息，使用模糊集理论进行量化。

流速可取的数值有：0，1，2，3。用water_spe表示。当流速选择“无”时，water_spe取值为0；当流速选择“慢”时，water_spe取值为1；当流速选择“中等”时，water_spe取值为2；当流速选择“快”时，water_spe取值为3。

流量可取值有：0，1，2，3。用变量water_vol表示。当流量选择“无”时，water_vol取值为0；当流量选择“小”时，water_vol取值为1；当流量选择“中”时，water_vol取值为2；当流量选择“大”时，water_vol取值为2。

水深的取值，用water_level表示，相应的计算逻辑如下图所示。

$water\_level=\left\{\begin{array}{cc}0,& x=0cm;\\ 1,& 0\&le;x<1.0cm;\\ 2,& 1.0\&le;x<5.0cm;\\ 3,& x>5.0cm;\end{array}\right.$

本实例中我们选water_spe＝1,water_spe＝2,water_level＝1这样一组数据。

其中，water_spe＝1表示流速慢；water_spe＝2表示流量中等；water_level＝1表示水深范围在(0,1.0cm)。

(2)计算水流信息的态势等级。

在没有水的情况下，流速(water_spe)、流量(water_vol)、水深(water_level)取值都为0。在城市发生内涝灾害时，最直观的反映就是无法及时排到下水管道的积水深度，比如说水深已经超过膝盖的高度，那就说明内涝程度已经达到非常严重的地步了。

Q＝v×A

其中，Q表示体积流量，v表示平均流速，A表示管道截面积。

而流量和流速根据上面公式可知，当管道截面积不变时，它们是成正比的关系，因此将流量和流速的权重设为相等，在这里水深可以看作一定范围内积水的体积，则水深是流量在一定时间内的累积。下式表示水深与量之间的关系。

$v={\&Integral;}_{t_0}^{t}Qdt$

其中v-表示一定范围内积水量，t₀表示开始时间，t表示时间变量。则水深的权重要比流量高，为了计算方便并且基于处于实际的考虑。将流速、流量、水深依次赋权重：0.25、0.25、0.5，处理得到水流状态w(0≤w≤3)，将其映射到上述7种水流态势上，即得到对应的态势等级值z，具体的映射关系如下面的公式所示。

$z=\left\{\begin{array}{cc}1,& 0.0\&le;w<0.5;\\ 2,& 0.5\&le;w<1.0;\\ 3,& 1.0\&le;w<1.5;\\ 4,& 1.5\&le;w<2.0;\\ 5,& 2.0\&le;w<2.5;\\ 6,& 2.5\&le;w<3.0;\\ 7,& w\&GreaterEqual;3.0;\end{array}\right.$

计算所得z值即为对应的态势等级值，依次对应上述的7种典型水流态势。

水流状态的值由下面的公式计算得到：

w＝water_spe×0.25+water_vol×0.25+water_level×0.5

将water_spe＝1,water_spe＝2,water_level＝1带入上式可得

w＝1×0.25+2×0.25+1×0.5

因为1.0≤w＝1.25<1.5，所以水流态势等级z＝3。

(3)将计算得到的水流信息和水流态势值保存到water_info表。在本发明中water_info表为基本水流信息表，结构如下。

基本水流信息表中，记录了Android客户端上传的基本水流信息，有流速、流量、流向，水深、水质，以及当时所在的地理位置信息。同时也包含了计算后得到的水流态势等级，以及标记water_info表是否被加载的字段。

其中，数据库中字段及其意义如下所述：

water_vol-表示流量，water_spe-表示水流速度，water_quality-表示水质，water_level-表示水深，water_driection-表示流向，city_name-表示城市名称，rank-表示水流态势等级，设置为7个等级，默认为1，表示正常，is_load-标记记录是否被加载，取值为0或1，默认为0，auto_increment是用于主键自动增长的，从1开始增长，当你把第一条记录删除时，再插入第二条数据时，主键值是2，不是1，这样可以每一条插入的记录都有一个唯一性的编号，不会因为数据库中记录的增加删除而影响数据的准确性，有效性。NULL-表示未定的值，即不确定的值，要与0值加以区别。

(4)定时更新水流态势信息，就是每隔一段时间查询并检测water_info表是否有is_load字段键值为0的记录，更新water_info表中的is_load字段的键值，将其改为1，表示此记录将要被加载到real_water_info表中。此过程，需要使用数据库中的事务处理机制，以保证系统中数据的原子性。

事物---事物是使用关系型数据库必须理解的概念。正确、合理的处理事物，对于系统的稳定性、数据的完整性，有着很大的影响。事物，最简单的理解，就是一个包含有若干步骤的工作单元，这些步骤不论是成功还是失败，都必须保持一致。

原子性---用于保证事物中包含的操作步骤作为一个整体.操作执行后,或者整体成功,或者整体失败,进而确保数据库中数据处于合理状态。原子性是支持事物的关系型数据库必须具备的属性之一。

(5)将加载的水流信息保存到real_water_info表中。

在本发明中real_water_info表为实时水流信息表，其结构与water_info结构基本一致，。

real_water_info数据库表中的字段与water_info表中的字段相差不大，主要差别在于少了is_load字段，因为在实时水流数据表中不用记录信息是否被加载的状态；增加了一个m_scale字段，这是为了能将态势等级显示到地图上设置的地图缩放的级别。实时水流信息表中，记录着从基本水流信息表中加载过来的数据，同时为以后对水流态势的后续操作提供了数据来源，如显示到地图中供决策指挥查看以评估城市内涝各地区受灾情况，然后以更加合理的调配资源去处理城市排水问题。

Claims (7)

1.一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤(1).在系统服务器端，获取Android移动设备提交的基本水流数据信息；

步骤(2).设定水流态势等级，以步骤(1)中获取的水流数据信息为基础，依据水流态势计算逻辑，计算出水流信息的态势等级值；

步骤(3).将步骤(2)中得到的态势等级值保存在基本水流信息表中；

步骤(4).将要上传到服务器端的信息，进行筛选处理，然后再将其加载到实时水流信息表中；

步骤(5).系统定时查询基本水流信息表中近期未被加载的记录；

步骤(6).将步骤(5)得到的记录加载到实时水流信息表中，更新实时水流信息表中的内容。

2.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：步骤(1)中提交的数据信息为基本水流信息，包括水体的流速、流量、水深的原始物理信息。

3.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：步骤(2)中的水流态势等级划分的依据为整个水流态势和危险程度，划分为七种典型的水流态势，分别是：

①正常水流态势；

②变约束水流态势；

③可能危险水流态势；

④危险临界水流态势；

⑤超污水溢出临界水流态势；

⑥高脆弱区域危险水流态势；

⑦崩溃水流态势；

将水体流速、流量、水深信息进行定义，并给出相应的量化信息；根据上述的七种典型水流态势分类，以及排水系统的经验知识，将水体的流速、流量、水深信息，使用模糊集理论进行量化；

流速取的数值有：0，1，2，3；用water_spe表示；当流速选择“无”时，water_spe取值为0；当流速选择“慢”时，water_spe取值为1；当流速选择“中等”时，water_spe取值为2；当流速选择“快”时，water_spe取值为3；

流量取值有：0，1，2，3；用变量water_vol表示；当流量选择“无”时，water_vol取值为0；当流量选择“小”时，water_vol取值为1；当流量选择“中”时，water_vol取值为2；当流量选择“大”时，water_vol取值为2；

水深的取值，用water_level表示，相应的计算逻辑如下所示；

$water\_level=\left\{\begin{array}{cc}0,& x=0cm;\\ 1,& 0\&le;x<1.0cm;\\ 2,& 1.0\&le;x<5.0cm;\\ 3,& x>5.0cm;\end{array}\right.$

在没有水的情况下，流速、流量、水深取值都为0；基于流速、流量和水深三者之间的关系，将流速、流量、水深依次赋权重：0.25、0.25、0.5，处理得到水流状态0≤w≤3，将其映射到上述七种水流态势上，即得到对应的态势等级值z，具体的映射关系如下面的公式所示；

$z=\left\{\begin{array}{cc}1,& 0.0\&le;w<0.5;\\ 2,& 0.5\&le;w<1.0;\\ 3,& 1.0\&le;w<1.5;\\ 4,& 1.5\&le;w<2.0;\\ 5,& 2.0\&le;w<2.5;\\ 6,& 2.5\&le;w<3.0;\\ 7,& w\&GreaterEqual;3.0;\end{array}\right.$

计算所得z值即为对应的态势等级值，依次对应上述的七种典型水流态势。

4.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：步骤(3)中涉及到基本水流信息表，记录了Android客户端上传的流速、流量、流向，水深、水质，以及当时所在的地理位置信息。

5.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：步骤(4)中涉及到实时水流信息表，记录着从基本水流信息表中加载过来的数据，这是最终存放计算结果与基本信息的数据库表。

6.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：在步骤(5)中如果基本水流信息被加载到实时水流信息表中，就会在数据库中对这条记录进行标记，表明它是已经被加载了的，便于与未加载的信息记录区分。

7.根据权利要求1所述的一种计算与更新水流态势等级的方法，其特征在于：在步骤(6)中实时的对基本水流信息表进行检测，通过观察设定的标志参数来判断是否存在未被加载的记录；如果发现其中有未加载的记录，将其加载到实时水流信息表中，并在基本水流信息表将这条记录设置为已加载。