CN106337485A - 道路安全智能排水管网系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种道路安全智能排水管网系统，所述道路安全智能排水管网系统包括：信息采集系统、控制系统、通信系统、数据存储系统、执行系统、远程平台系统。本发明所述道路安全智能排水管网是一个智能化、信息化系统，采用本发明所述道路安全智能排水管网系统及方法，可以实现道路两侧排水管道的可燃气体实时监测、排水管道井盖破损和丢失报警、管道淤堵报警、管道水质监测、管道外围土壤监测、实时远程报警，提高排水管网的智能化水平。
Description
技术领域
本发明属于安全智能技术领域，特别涉及一种道路安全智能排水管网系统及方法。
背景技术
管理技术是指管理方法和管理手段的总称。任何社会活动都存在着管理问题，而社会活动的复杂性决定了管理技术的通用性和适应性。随着互联网技术的飞速发展，管理技术也获得了极大的提升。
随着城市规模的扩大和城市市政规划的发展，城市道路排水管网规模逐步扩展、需要承担的排水任务也越来越重。但是由于各种原因，目前城市道路排水管网排水能力差、智能程度低、安全性低、维护水平差，只要体现在以下几个方面：
1.道路排水管网中的排水井盖都设置在道路的两边，很多井盖因为车辆碾压、人为破坏等原因存在破损、丢失现象；这些破损的井盖和裸露的井口在晚上或者雨天都是很大的安全威胁。
2.目前道路排水管网都是封闭的，管道自身清淤能力差，经年累月后，管道内累积有大量的淤泥、异物等，严重影响管道的排水能力；清淤时，需要重新挖开路面，耗费大量的人力、物力、财力，短时间内也会严重影响交通。
3.道路排水管网中的杂物、淤泥在一定温度和湿度下会发酵，产生可燃气体，比如一氧化碳、甲烷等。如果排水管道通风不畅，这些气体累积超过一定限度之后，遇明火极易发生爆炸，给人们生命和财产安全带来极大威胁。
4.目前，排水管网管理力度不严，任意倾倒污水现象十分常见，其中有些污水有强酸性、强碱性或其他有毒物质，对环境产生严重污染。
因此只有加快道路排水管网体系智能化升级，提高道路排水管网的智能化水平，才能有效的解决上述问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种道路安全智能排水管网系统及方法，用于解决现有技术中存在的诸多问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种道路安全智能排水管网系统及方法，
所述道路安全智能排水管网系统包括：信息采集系统、控制系统、通信系统、执行系统、数据存储系统、远程平台系统；其中，
所述信息采集系统，以单片机和/或PLC为基础，采集排水管道的状态信息；
所述控制系统，接收所述信息采集系统采集的排水管道状态信息，经过内部逻辑处理之后，控制所述通信系统、所述执行系统、所述数据存储系统完成控制动作；
所述通信系统，用于数据传输，既包括所述道路安全智能排水管网内部各子系统之间的数据传输，又包括所述控制系统和所述远程平台系统之间的数据传输；
所述执行系统，用于接收所述控制系统的控制指令完成控制动作；
所述数据存储系统，用于存储数据；
所述远程平台系统，用于实时全面显示各路段排水管道的状态信息、报警信息，同时也可以对任一路段内的所述控制系统进行远程控制。
优选地，所述信息采集系统包括信息采集单元和通信网络；所述信息采集单元包括管道可燃气体浓度检测设备、管道淤堵程度检测设备、管道内酸碱程度检测设备、管道外围土壤成分检测设备、排水井盖检测设备；其中，所述管道可燃气体浓度检测设备用于采集排水管道内可燃气体的浓度；所述管道淤堵程度检测设备用于检测排水管道的淤堵情况；所述管道流水酸碱程度检测设备用于检测管道内流水和淤泥的酸碱度；所述管道外围土壤成分检测设备用于检测管道外围土壤成分的变化；所述排水井盖检测设备可以检测排水井盖的完整程度、井盖承受的压力、井盖进水的流速、井盖进水的流量；所述通信网络是所述通信系统的一部分，用于将所述信息采集系统采集的信息传输至所述控制系统；为了保证采集信息的准确性，所述信息采集系统使用滤波算法和容错算法去除无效数据；为了保证采集信息封装的一致性，所述信息采集系统使用固定的通信格式进行信息传输。
优选地，所述控制系统实时接收所述信息采集系统上传的状态信息，动态分析当前排水管道内部和周围的环境信息，控制执行系统完成控制动作，同时，所述控制系统通过所述通信系统与所述远程平台系统连接，向所述远程平台系统传递信息，接收所述远程平台系统的指令。
优选地，所述通信系统用于信息的传输，包括所述道路安全智能排水管网内部各子系统之间的数据传输，又包括所述控制系统和所述远程平台系统之间的数据传输；所述通信系统是一个开放性、兼容性的系统，兼容多种通信协议，同时为了保证通信系统的稳定性，通信系统中使用的通信协议包含主通信协议和备用通信协议，当主通信协议因为某种原因出现故障时，通信系统自动切换使用备用通信协议；为保证通信数据的正确性，通信系统会使用滤波算法和校验算法对数据进行处理。
优选地，所述数据存储系统用于存储数据，存储的数据为所述道路安全智能排水管网系统的配置数据，包括管道编号信息、管道内酸碱度报警阈值、管道周围土壤污染物浓度报警阈值、管道淤积报警阈值、井盖进水的流速阈值、井盖进水的流量阈值，该类信息在排水管网铺设安装时进行设定。
优选地，所述执行系统由报警系统、清淤系统、应急处理系统组成，其中所述报警系统用于当出现报警情况时实时报警，其中所述报警情况包括：井盖破损、井盖丢失、管道内酸碱度过高、管道外围土壤成分异常、管道内可燃气体浓度过高；所述清淤系统用于当排水管道内淤积超过所述数据存储系统中的管道淤积报警阈值时进行自动清淤；所述应急处理系统用于当排水管道内部酸碱程度超过酸碱度报警阈值时进行应急处理。
优选地，所述排水井盖在横向和纵向上铺设有感应传感器，所述井盖破损和所述井盖丢失的判定方法为：
a.所述控制系统依次查询横向和纵向感应传感器回传的信息；
b.根据回传的信号的差异性来判断排水井盖是否完好或者是否丢失；
其中，判断标准如下：
a.如果井盖横向的传感器返回的信息基本一致，井盖纵向的传感器返回的信息基本一致，认为排水井盖是完好的；
b.如果井盖横向的传感器回传的信息差异较大，纵向的传感器回传的信息差异较小，认为排水井盖横向存在部分破损；
c.如果横向的传感器回传的信息差异较小，纵向的传感器回传的信息差异较大，认为排水井盖纵向存在部分破损；
d.如果横向和纵向都无回传信息，认为井盖丢失或者完全破损。
优选地，所述管道内酸碱度主要用来检测管道内流水的酸碱值，所述管道外围土壤酸碱度用来检测管道外围的土壤的酸碱值，如果检测出管道内水中或者淤泥中的酸碱值超标，即认为管道内水未经污水处理或者存在违规私自排放污水的情况，所述控制系统会向所述远程平台报警，同时实时检测管道外围土壤酸碱度的变化，并且会开启所述应急处理系统，所述应急处理系统会对污水进行应急处理，消除对排水管道内部和管道周围土壤的危害。
优选地，所述可燃气体检测用于当由于各种原因导致排水管道内可燃气体浓度过高，存在爆炸或者致人中毒的风险时，所述控制系统通过所述报警系统实时报警，提醒行人车辆注意，同时向所述远程平台实时报警，提醒有关部门处理。
优选地，所述排水管道内壁纵向铺设有感应传感器，所述控制系统通过实时查询所述感应传感器回传的信息判断管道淤积程度，如果淤积的程度超过了所述数据存储系统中设定的阈值，所述清淤系统开启，自动对管道进行除淤；一旦某一段排水管网的清淤系统启动后，该段排水管网下游的所述清淤系统也会启动，共同对排水管道清淤。
优选地，所述远程平台系统为人机交互平台系统，工作人员通过该远程平台可以实时查看各路段排水管道的详细情况，包括：管道内部酸碱值、管道外围土壤成分异常、管道淤积程度、管道内部可燃气体浓度；所述远程平台可实时报警，如果任意路段排水管道内部酸碱值超标、管道周围土壤成分异常、管道内部淤积、管道内部可燃气体浓度超标时，所述远程平台可实时报警；同时工作人员也可以通过该平台实时的对任一路段的所述安全智能排水管道的所述控制系统进行远程控制。
如上所述，本发明的智慧管理系统及方法，具有以下有益效果：
本发明所述道路安全智能排水管网系统包括：信息采集系统、控制系统、通信系统、执行系统、数据存储系统、远程平台系统。本发明所述道路安全智能排水管网是一个智能化、信息化系统，采用本发明所述道路安全智能排水管网系统及方法，可以实现道路两侧排水管道的可燃气体实时监测、排水管道井盖破损和丢失报警、管道淤堵报警、管道水质监测、管道外围土壤监测、实时远程报警，提高排水管网的智能化水平。
附图说明
图1显示为本发明道路安全智能排水管网系统示意图。
图2显示为本发明道路安全智能排水管网系统的土壤成分测试设备和管道内酸碱程度测试设备安装位置示意图。
图3显示为本发明道路安全智能排水管网系统中判断排水井盖完整程度的流程图
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
具体的，所述信息采集单元中管道可燃气体浓度检测设备为可燃气体检测仪，因为管道内出现的可燃气体大部分为一氧化碳或者甲烷，因此可燃气体浓度检测设备可以使用一氧化碳/甲烷传感器；所述管道淤堵程度检测设备可以使用带有背景灯的摄像头，该摄像头可以定期回传安装区域内拥堵程度的实时图像；所述管道内酸碱程度检测设备为PH值检测仪，所述PH值检测仪经过防腐处理和防水处理，安装在排水管道内壁的底部，可以直接测量管道内流水或者淤泥的PH值；所述管道外围土壤成分检测设备为土壤测试仪，所述土壤测试仪经过防腐处理和防水处理，安装在排水管道外壁的底部，用来测试下水管道外围土壤中的PH值、水分变化；所述PH值检测仪和所述土壤测试仪在下水管道内等间隔分布，安装位置互相对应，一个在管道内壁，一个在管道外壁，具体安装图示参照图2，图2所示为所述PH值检测仪和所述土壤测试仪在下水管道内外壁的安装位置对应示意图，其中①为PH值检测仪，②为土壤测试仪，③为下水管道截面。当下水管道内出现酸性或者碱性污水的时候，所述土壤测试仪能实时检测管道外围土壤PH值和含水程度的变化，防止酸性\碱性污水渗入土壤，对土壤造成污染；所述排水井盖检测设备为应变传感器和管道流量计，应变传感器可使用应变电阻丝，所述应变电阻丝经过防水和防腐处理之后，安装在排水井盖的底面，应变电阻丝的电阻值随着自身的形变发生变化，所述控制系统通过检测每一条应变电阻丝的电阻变化来判断排水井盖的完整程度，如果判断出排水井盖出现破损或者丢失，所述控制系统会立即通过所述报警系统报警，同时通过所述通信系统将报警信息实时上传至所述远程平台；所述管道流量计用来计算该排水井盖进水的流量和进水流速，如果检测出排水井盖的进水流速过大，超过了所述数据存储系统中存储的流速阈值，所述控制系统会立即通过所述报警系统报警，同时通过所述通信系统将报警信息实时上传至所述远程平台。
具体的，所述控制系统为嵌入式软件系统，其嵌入式芯片可采用ARM系列嵌入式芯片，该芯片及其外围辅助电路经过防水和防腐处理之后嵌入安装在道路两旁的路灯杆内部，该芯片使用专用的接口和各个信息采集单元连接，芯片可以兼容多种通信协议，如IIC、SPI、ModBus、MBUS等，可以满足不同信息采集单元的通信需求。
具体的，所述通信系统连接所有的信息采集单元，所述通信系统是一个兼容性和开放性的系统，可兼容包括IIC、SPI、串口通信、ModBus通信、CAN通信在内的多种通信协议。为了保证数据的可靠性，通信系统采用CRC16校验算法和卡尔曼滤波算法滤除错误数据。同时所述通信系统具有延展性，所有路段的所述安全智能道路排水管道的所述控制系统都可以通过自身的通信系统相互连接，形成统一的网络，该网络内的所有安全智能道路排水管道都可以自由通信。
具体的，所述数据存储系统为数据存储芯片，主要存储所述存储的数据为所述道路安全智能排水管网系统的配置数据，包括管道编号信息、管道内酸碱度报警阈值、管道周围土壤污染物浓度报警阈值、管道淤积报警阈值、井盖进水的流速阈值、井盖进水的流量阈值，可以使用独立的EEPROM存储芯片，或者直接使用所述ARM系列嵌入式芯片的存储空间，这些阈值数据都是在管道铺设安装时，使用专门的配置软件配置的。
具体的，所述执行系统中的所述报警系统由语音报警器、报警灯、报警LED字幕屏组成，三者组成独立的报警站，通过固定支架埋设于路旁，或者固定在路灯杆上，当出现报警情况时，语音报警器进行语音播报，报警灯闪烁，报警LED实时显示报警内容，提醒过往行人和车辆注意。所述清淤系统由高压喷嘴、供水管道、控制阀门组成，高压喷嘴等间隔接在供水管道上，供水管道固定在排水管道的内壁上方，高压喷嘴竖直朝下，当排水管道中的淤泥或者其他沉积物过多时，高压喷嘴会向外喷水，自动进行清淤。所述应急处理系统包括喷淋嘴和酸碱液管道，安装位置和分布可以依照所述清淤系统，主要是当检测出管道内部的PH值超标的时候，通过启动应急处理系统的喷淋嘴喷淋酸碱液体进行中和，减少污染。
具体的，所述远程平台系统，用于实时全面显示各路段排水管道的状态信息、报警信息，同时也可以对任一路段内的所述控制系统进行远程控制，所述远程平台可以使用QT或者VB进行编程，为一款安装在电脑上的软件，所述远程平台通过所述通信系统和所有路段的所述控制系统连接，所述远程平台系统可以实时显示各个路段中所述控制系统上传的排水管道的基本信息，包括管道位置信息、管道可燃气体浓度、管道淤堵的程度、管道内部酸碱度信息、管道外围土壤酸碱度信息、排水井盖完整度等；该远程平台也支持查询功能，用户可实时查询任意路段的排水管道的上述基本信息；同时，一旦出现报警情况时，软件界面上回立即显示报警信息，包括：报警路段、报警内容等，一旦出现报警信息之后，控制平台会实时显示报警路段排水管道的信息，方便工作人员实时跟踪；该远程平台提供设置功能，工作人员可以通过软件界面对任一路段的所述控制系统记性远程控制，对突发情况能做到应急处理，减少损失。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (11)
1.一种道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述道路安全智能排水管网系统包括：信息采集系统、控制系统、通信系统、执行系统、数据存储系统、远程平台系统；其中，
所述信息采集系统，以单片机和/或PLC为基础，采集排水管道的状态信息；
所述控制系统，接收所述信息采集系统采集的排水管道状态信息，经过内部逻辑处理之后，控制所述通信系统、所述执行系统、所述数据存储系统完成控制动作；
所述通信系统，用于数据传输，既包括所述道路安全智能排水管网内部各子系统之间的数据传输，又包括所述控制系统和所述远程平台系统之间的数据传输；
所述执行系统，用于接收所述控制系统的控制指令完成控制动作；
所述数据存储系统，用于存储数据；
所述远程平台系统，用于实时全面显示各路段排水管道的状态信息、报警信息，同时也可以对任一路段内的所述控制系统进行远程控制。
2.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于：所述信息采集系统包括信息采集单元和通信网络；所述信息采集单元包括管道可燃气体浓度检测设备、管道淤堵程度检测设备、管道内酸碱程度检测设备、管道外围土壤成分检测设备、排水井盖检测设备；其中，所述管道可燃气体浓度检测设备用于采集排水管道内可燃气体的浓度；所述管道淤堵程度检测设备用于检测排水管道的淤堵情况；所述管道流水酸碱程度检测设备用于检测管道内流水和淤泥的酸碱度；所述管道外围土壤成分检测设备用于检测管道外围土壤成分的变化；所述排水井盖检测设备可以检测排水井盖的完整程度、井盖承受的压力、井盖进水的流速、井盖进水的流量；所述通信网络是所述通信系统的一部分，用于将所述信息采集系统采集的信息传输至所述控制系统；为了保证采集信息的准确性，所述信息采集系统使用滤波算法和容错算法去除无效数据；为了保证采集信息封装的一致性，所述信息采集系统使用固定的通信格式进行信息传输。
3.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述控制系统实时接收所述信息采集系统上传的状态信息，动态分析当前排水管道内部和周围的环境信息，控制执行系统完成控制动作，同时，所述控制系统通过所述通信系统与所述远程平台系统连接，向所述远程平台系统传递信息，接收所述远程平台系统的指令。
4.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述通信系统用于信息的传输，包括所述道路安全智能排水管网内部各子系统之间的数据传输，又包括所述控制系统和所述远程平台系统之间的数据传输；所述通信系统是一个开放性、兼容性的系统，兼容多种通信协议，同时为了保证通信系统的稳定性，通信系统中使用的通信协议包含主通信协议和备用通信协议，当主通信协议因为某种原因出现故障时，通信系统自动切换使用备用通信协议；为保证通信数据的正确性，通信系统会使用滤波算法和校验算法对数据进行处理。
5.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述数据存储系统用于存储数据，存储的数据为所述道路安全智能排水管网系统的配置数据，包括管道编号信息、管道内酸碱度报警阈值、管道周围土壤污染物浓度报警阈值、管道淤积报警阈值、井盖进水的流速阈值、井盖进水的流量阈值，该类信息在排水管网铺设安装时进行设定。
6.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述执行系统由报警系统、清淤系统、应急处理系统组成，其中所述报警系统用于当出现报警情况时实时报警，其中所述报警情况包括：井盖破损、井盖丢失、管道内酸碱度过高、管道外围土壤成分异常、管道内可燃气体浓度过高；所述清淤系统用于当排水管道内淤积超过所述数据存储系统中的管道淤积报警阈值时进行自动清淤；所述应急处理系统用于当排水管道内部酸碱程度超过酸碱度报警阈值时进行应急处理。
7.根据权利要求6所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述排水井盖在横向和纵向上铺设有感应传感器，所述井盖破损和所述井盖丢失的判定方法为：
a.所述控制系统依次查询横向和纵向感应传感器回传的信息；
b.根据回传的信号的差异性来判断排水井盖是否完好或者是否丢失；
其中，判断标准如下：
a.如果井盖横向的传感器返回的信息基本一致，井盖纵向的传感器返回的信息基本一致，认为排水井盖是完好的；
b.如果井盖横向的传感器回传的信息差异较大，纵向的传感器回传的信息差异较小，认为排水井盖横向存在部分破损；
c.如果横向的传感器回传的信息差异较小，纵向的传感器回传的信息差异较大，认为排水井盖纵向存在部分破损；
d.如果横向和纵向都无回传信息，认为井盖丢失或者完全破损。
8.根据权利要求6所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述管道内酸碱度主要用来检测管道内流水的酸碱值，所述管道外围土壤酸碱度用来检测管道外围的土壤的酸碱值，如果检测出管道内水中或者淤泥中的酸碱值超标，即认为管道内水未经污水处理或者存在违规私自排放污水的情况，所述控制系统会向所述远程平台报警，同时实时检测管道外围土壤酸碱度的变化，并且会开启所述应急处理系统，所述应急处理系统会对污水进行应急处理，消除对排水管道内部和管道周围土壤的危害。
9.根据权利要求6所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述可燃气体检测用于当由于各种原因导致排水管道内可燃气体浓度过高，存在爆炸或者致人中毒的风险时，所述控制系统通过所述报警系统实时报警，提醒行人车辆注意，同时向所述远程平台实时报警，提醒有关部门处理。
10.根据权利要求6所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述排水管道内壁纵向铺设有感应传感器，所述控制系统通过实时查询所述感应传感器回传的信息判断管道淤积程度，如果淤积的程度超过了所述数据存储系统中设定的阈值，所述清淤系统开启，自动对管道进行除淤；一旦某一段排水管网的清淤系统启动后，该段排水管网下游的所述清淤系统也会启动，共同对排水管道清淤。
11.根据权利要求1所述的道路安全智能排水管网系统，其特征在于，所述远程平台系统为人机交互平台系统，工作人员通过该远程平台可以实时查看各路段排水管道的详细情况，包括：管道内部酸碱值、管道外围土壤成分异常、管道淤积程度、管道内部可燃气体浓度；
所述远程平台可实时报警，如果任意路段排水管道内部酸碱值超标、管道周围土壤成分异常、管道内部淤积、管道内部可燃气体浓度超标时，所述远程平台可实时报警；同时工作人员也可以通过该平台实时的对任一路段的所述安全智能排水管道的所述控制系统进行远程控制。
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