CN108915064A - 一种基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法，包括井盖本体和支撑底板；井盖本体上嵌设一雨量传感器；井盖本体上表面中心位置开设第一进水口；第一进水口出水端与导流圆筒连通；导流圆筒顶部设有两块呈半圆形的挡水板；挡水板和过滤网之间嵌设一流量检测计；两块挡水板分别通过一驱动杆与贴设于井盖本体顶壁的电机连接；井盖本体环形内壁上开设有若干第一排水孔，位于每个第一排水孔的井盖本体内壁上均开设有一容置滑块的滑道；滑块焊接于环形过滤板的外圆边端；环形过滤板下部与若干个弹簧连接；弹簧底部通过固定圆筒固定于底板上；底板中心位置开设有与导流圆筒里连通的出水口，底板和环形过滤板上均开设有若干第二排水孔。
Description
技术领域
本发明属于井盖的技术领域，具体涉及一种基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法。
背景技术
为了加快城市不透水路面的排水速度，现代城市通常会在城市道路两旁或者城市绿化地带设置排水井。然而，现有的排水井井盖的排水量大多都是有限的和固定的，不能根据降雨量的大小优化排水过程，对于降雨量不同的地方，需要不同的排水井井盖，通用性不足，且造成井盖资源的浪费。同时，现有排水井盖大多为方形，降雨发生后，往往从井盖的边缘地带进入到排水管道，造成中间部位浪费，排水有效孔径小。道路绿化植被的枯枝落叶极易掉落进排水井，堵塞排水系统，一旦降雨发生极易产生城市内涝。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法，以解决现有排水井井盖排水量不可根据降雨量进行实时调节的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法，其包括井盖本体和支撑底板；支撑底板通过螺钉与井盖本体连接；
位于井盖本体上嵌设一雨量传感器；井盖本体上表面中心位置开设第一进水口，环绕第一进水口的井盖本体上开设若干第二进水口；第一进水口进水端覆盖一层过滤网，其出水端与嵌设于井盖本体顶部的导流圆筒连通；导流圆筒顶部设有两块呈半圆形的挡水板；挡水板和过滤网之间嵌设一流量检测计；两块挡水板分别通过一驱动杆与贴设于井盖本体顶壁的电机连接；井盖本体环形内壁上开设若干第一排水孔，位于每个第一排水孔的井盖本体内壁上均开设一容置滑块的滑道；滑块焊接于环形过滤板的外圆边端，其长度和宽度尺寸均大于第一排水孔的孔径；环形过滤板的内圆与导流圆筒外壁接触；环形过滤板下部与若干个弹簧连接；弹簧底部通过固定圆筒固定于底板上；底板中心位置开设有与导流圆筒里连通的出水口，底板和环形过滤板上均开设有若干第二排水孔；
井盖本体侧壁嵌设有一控制盒；控制盒内设有一PCB板，PCB板上集成有控制器；控制器分别与雨量传感器、流量检测计、电源模块、GPS定位模块、无线通信模块电连接；无线通信模块与监控终端信号连接。
优选地，电机为线性直线式电机。
优选地，环形过滤板和井盖本体内壁之间的夹角为60°-75°。
优选地，雨量传感器上覆盖一层玻璃板，所述玻璃板嵌设于井盖本体上表面。
优选地，井盖本体侧壁上均匀开设有六个第一排水孔；所述环形过滤板下表面焊接有四个弹簧。
优选地，控制盒内的电源模块通过电缆与市电连接。
优选地，无线通信模块为AB433G混合型无线对点终端，其通过INTERNET网或以太网与监控终端信号连接。
优选地，雨量传感器为电容式雨量传感器；流量检测计为容积式流量传感器；控制器为STM32单片机；GPS定位模块为EG12-UC GPS定位模块；监控终端包括监控室计算机和APP客户端。
一种基于次降雨强度的城市排水系统的控制方法，其特征在于，包括：
雨量传感器和流量检测仪分别实时采集当前降雨量和第一进水口流入水量，并将降雨量信息和流量信息传送至控制器内；
控制器将降雨量分为六个等级，24小时降雨量0.1-9.9毫米为小雨，10.0-24.9毫米为中雨，25.0-49.9毫米为大雨，50.0-99.9毫米为暴雨，100.0-250.0毫米为大暴雨，大于250毫米为特大暴雨；并将接收到的降雨量信息与六个降雨量等级的临界值做比较，判断当前次降雨强度的等级；
若当前24小时降雨强度处于不到中雨或中雨等级时，则不增加当前井盖的排水量；
若当前24小时降雨强度处于大雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动2-3cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于暴雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动4-6cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于大暴雨等级及其以上时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动到底，完全释放第一进水口；
控制器将当前降雨量信息和流量信息传送至监控终端，监控终端接收当前的气象信息，根据当前气象信息中的降雨量和接收的降雨量信息和流量信息，并根据GPS定位模块精确定位井盖本体，并发出指令至控制器，优化控制两块挡水板的移动距离，准确控制排水量。
本发明提供的基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法，具有以下有益效果：
本发明根据雨量传感器和流量检测计采集的当前雨量信息和第一进水口的流量信息，控制电机作业，带动挡水板移动，进而控制第一进水口的进水量。同时，将当前雨量信息和第一进水口的流量信息实时传送至监控终端，监控终端下达指令至控制器，进一步控制电机作业，优化控制第一进水口的进水量。除此，当雨量过大时，环形过滤板上来不及排出的雨水，挤压环形过滤板下方的弹簧，并带动环形过滤板向下移动，进而带动滑块向下移动，释放多个第一排水孔，进行辅助排水，增大井盖本体的排水量。
本发明构思巧妙，高度智能化，能够有效地现有排水井井盖排水量不可根据降雨量进行实时调节的问题，具有较强的实用性和通用性。
附图说明
图1为基于次降雨强度的城市排水系统井盖本体的结构图。
图2为基于次降雨强度的城市排水系统井盖本体排水量调节结构图。
图3为基于次降雨强度的城市排水系统井盖本体的俯视图。
图4为基于次降雨强度的城市排水系统井盖本体安装图。
图5为基于次降雨强度的城市排水系统井盖本体与控制盒的原理框图。
其中，1、井盖本体；2、底板；3、导流圆筒；4、雨量传感器；5、玻璃板；6、过滤网；7、第一排水孔；8、电缆；9、控制盒；10、第一进水口；11、电机；12、驱动杆；13、挡水板；14、流量检测计；15、环形过滤板；16、滑道；17、滑块；18、螺钉；19、第二排水孔；20、固定圆筒；21、出水口；22、弹簧；23、第二进水口。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的基于次降雨强度的城市排水系统及其控制方法，包括井盖本体1和底板2，底板2通过螺钉18与井盖本体1连接。底板2与井盖本体1构成一个封面结构，可保护其内部结构；且底板2为金属材质，能够支撑整个井盖本体1的重量，增加井盖的稳定性。
以下详细描述井盖本体1的结构：
参考图1，井盖本体1上嵌设一雨量传感器4，雨量传感器4为电容式雨量传感器4，将其嵌设于井盖本体1上，并在其上覆盖一层透明的玻璃板5，玻璃板5直接与井盖本体1外部空气接触。电容式雨量传感器4根据雨水和玻璃的介质常数不同的原理，进行雨量的检测，并将检测的信号传送至控制器。
第一进水口10开设于井盖本体1的中心位置，环绕第一进水口10的井盖本体1上开设有若干第二进水口23，第一进水口10和第二进水口23为雨水的主要进入通道。
在第一进水口10进水端覆盖一层过滤网6，用于过滤杂质，其出水端与嵌设于井盖本体1顶部的导流圆筒3连通，导流圆筒3焊接于井盖本体1顶壁，用于雨水的导流。
导流圆筒3顶部设有两块呈半圆形的挡水板13，两块挡水板13组合的形状大小与第一进水口10相同。且在导流圆筒3顶部上开设有两个供两块挡水板13穿过的弧形孔，便于两块挡水板13的移动。
参考图2，挡水板13通过一驱动杆12与贴设于井盖本体1顶壁的电机11连接，电机11为线性直线式电机11，能够带动驱动杆12直线运动，进而带动半圆形的挡水板13运动。两块挡水板13向远离第一进水口10方向移动，释放第一进水口10的排水量，其排水量大小由两块挡水板13移动的距离决定，移动的距离越远，则排水量越大。
位于挡水板13和过滤网6之间嵌设一流量检测计14，流量检测计14为容积式流量传感器，用于实时检测当前第一进水口10的雨水流量，并将该流量信息实时传送至控制器内。
参考图4，井盖本体1环形内壁上开设有若干第一排水孔7，本实施例优选为六个，用于辅助排水，增大井盖本体1的排水量。
位于每个第一排水孔7的井盖本体1内壁上均开设有一滑道16，滑道16的作用类似于轨道，滑道16上用于容置滑块17，并使滑块17可在该滑道16内滑动。
滑块17焊接于环形过滤板15的外圆边端，其长度和宽度尺寸均大于第一排水孔7的孔径，在无雨水进入的情况下，滑块17完全遮挡在第一排水孔7上。
参考图3，环形过滤板15上开设有若干第二排水孔19，用于直接过滤来自第二进水口23的水量。环形过滤板15的内圆与导流圆筒3外壁接触，环形过滤板15的一端与滑块17焊接相连，另一端与导流圆筒3外壁接触连接，可以提高环形过滤板15的稳定性，减少弹簧22带来的抖动。
环形过滤板15下部与若干个弹簧22连接，弹簧22底部通过固定圆筒20固定于底板2上，固定圆筒20用于确保弹簧22始终位于竖直方向，进一步增强弹簧22和环形过滤板15的稳定性。
环形过滤板15和井盖本体1内壁之间的夹角为70°，便于雨水从第二排水孔19排出。
在第二进水口23持续流入雨水时，当雨水到达某一雨水量时，环形过滤板15上的第二排水孔19来不及排出，雨水挤压环形过滤板15，弹簧22压缩，环形过滤板15带动滑块17一起向下移动，释放第一排水孔7，雨水则通过倾斜的环形过滤板15流入多个第一排水孔7内，辅助排水。
井盖本体1侧壁上均匀开设有六个第一排水孔7，环形过滤板15下表面焊接有四个弹簧22。
底板2中心位置开设有与导流圆筒3里连通的出水口21，底板2和环形过滤板15上均开设有若干第二排水孔19，用于雨水的排出。
参考图5，井盖本体1侧壁嵌设有一控制盒9；控制盒9内设有一PCB板，PCB板上集成有控制器；控制器分别与雨量传感器4、流量检测计14、电源模块、GPS定位模块、无线通信模块电连接；无线通信模块与监控终端信号连接。控制盒9内的电源模块通过电缆8与市电连接。
控制器为STM32单片机，用于接收当前的雨量信息和流量信息，并根据雨量信息和流量信息进行排水量的调节。
其调节方式为，将降雨量分为4-5个等级，每个等级对应不同的第一进水口10开口大小；即检测到当前雨量位于某个降雨等级时，控制电机11作业，带动挡水板13向两侧移动一定的距离，电机11作业时间的控制(间接控制挡水板13移动的距离)由STM32单片机内置的计时器控制；同时监控终端可远程下达指令，实时优化挡水板13移动距离，进而准确控制排水量。
监控终端包括监控室计算机和APP客户端，且通过计算机服务器和INTERNET网络与APP客户端连接。计算机可通过网络实时接收当前的气象信息、井盖的定位位置、定位井盖位置雨量强度和第一进水口10流量大小。且计算机内存储有对应井盖排水量的专家模块，该专家模块通过接收井盖的定位位置、井盖位置雨量强度、第一进水口10流量大小和井盖定位位置的气象信息，即根据历史井盖正常作业时的信息和数据推送一个当前雨量对应的一个正常排水量。
控制器根据定位井盖位置雨量强度进行第一进水口10的第一次调节时，监控终端接收第一进水口10反馈的流量信息，若该流量信息小于计算机推送建议的排水量，则进行人工干预，通过无线通信模块下达指令至控制器，进行二次控制，加大第一进水口10的排水量。
GPS定位模块为EG12-UC GPS定位模块，具有较高的定位精度，能够实现井盖的具体定位和精确控制。
无线通信模块为AB433G混合型无线对点终端，其通过INTERNET网或以太网与监控终端信号连接。
一种基于次降雨强度的城市排水系统的控制方法，其特征在于，包括：
雨量传感器4和流量检测仪分别实时采集当前降雨量和第一进水口10流入水量，并将降雨量信息和流量信息传送至控制器内；
控制器将降雨量分为六个等级，24小时降雨量0.1-9.9毫米为小雨，10.0-24.9毫米为中雨，25.0-49.9毫米为大雨，50.0-99.9毫米为暴雨，100.0-250.0毫米为大暴雨，大于250毫米为特大暴雨；并将接收到的降雨量信息与六个降雨量等级的临界值做比较，判断当前次降雨强度的等级；
若当前24小时降雨强度处于不到中雨或中雨等级时，则不增加当前井盖的排水量；
若当前24小时降雨强度处于大雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动2-3cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于暴雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动4-6cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于大暴雨等级及其以上时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动到底，完全释放第一进水口；
控制器将当前降雨量信息和流量信息传送至监控终端，监控终端接收当前的气象信息，根据当前气象信息中的降雨量和接收的降雨量信息和流量信息，并根据GPS定位模块精确定位井盖本体1，并发出指令至控制器，优化控制两块挡水板13的移动距离，准确控制排水量。
本发明根据雨量传感器4和流量检测计14采集的当前雨量信息和第一进水口10的流量信息，控制电机11作业，带动挡水板13移动，进而控制第一进水口10的进水量。同时，将当前雨量信息和第一进水口10的流量信息实时传送至监控终端，监控终端下达指令至控制器，进一步控制电机11作业，优化控制第一进水口10的进水量。除此，当雨量过大时，环形过滤板15上来不及排出的雨水，挤压环形过滤板15下方的弹簧22，并带动环形过滤板15向下移动，进而带动滑块17向下移动，释放多个第一排水孔7，进行辅助排水，增大井盖本体1的排水量。
本发明构思巧妙，高度智能化，能够有效地现有排水井井盖排水量不可根据降雨量进行实时调节的问题，具有较强的实用性和通用性。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：包括井盖本体和支撑底板；所述支撑底板通过螺钉与井盖本体连接；
位于所述井盖本体上嵌设一雨量传感器；所述井盖本体上表面中心位置开设第一进水口，环绕第一进水口的井盖本体上开设若干第二进水口；所述第一进水口进水端覆盖一层过滤网，其出水端与嵌设于井盖本体顶部的导流圆筒连通；所述导流圆筒顶部设有两块呈半圆形的挡水板；所述挡水板和过滤网之间嵌设一流量检测计；两块所述挡水板分别通过一驱动杆与贴设于井盖本体顶壁的电机连接；所述井盖本体环形内壁上开设若干第一排水孔，位于每个第一排水孔的井盖本体内壁上均开设一容置滑块的滑道；所述滑块焊接于环形过滤板的外圆边端，其长度和宽度尺寸均大于第一排水孔的孔径；所述环形过滤板的内圆与导流圆筒外壁接触；所述环形过滤板下部与若干个弹簧连接；所述弹簧底部通过固定圆筒固定于底板上；所述底板中心位置开设有与导流圆筒里连通的出水口，所述底板和环形过滤板上均开设有若干第二排水孔；
所述井盖本体侧壁嵌设有一控制盒；所述控制盒内设有一PCB板，PCB板上集成有控制器；所述控制器分别与雨量传感器、流量检测计、电源模块、GPS定位模块、无线通信模块电连接；所述无线通信模块与监控终端信号连接。
2.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述电机为线性直线式电机。
3.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述环形过滤板和井盖本体内壁之间的夹角为60°-75°。
4.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述雨量传感器上覆盖一层玻璃板，所述玻璃板嵌设于井盖本体上表面。
5.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述井盖本体侧壁上均匀开设有六个第一排水孔；所述环形过滤板下表面焊接有四个弹簧。
6.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述控制盒内的电源模块通过电缆与市电连接。
7.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述无线通信模块为AB433G混合型无线对点终端，其通过INTERNET网或以太网与监控终端信号连接。
8.根据权利要求1所述的基于次降雨强度的城市排水系统，其特征在于：所述雨量传感器为电容式雨量传感器；所述流量检测计为容积式流量传感器；所述控制器为STM32单片机；所述GPS定位模块为EG12-UC GPS定位模块；所述监控终端包括监控室计算机和APP客户端。
9.一种根据权利要求1-9所述的基于次降雨强度的城市排水系统的控制方法，其特征在于，包括：
雨量传感器和流量检测仪分别实时采集当前降雨量和第一进水口流入水量，并将降雨量信息和流量信息传送至控制器内；
控制器将降雨量分为六个等级，24小时降雨量0.1-9.9毫米为小雨，10.0-24.9毫米为中雨，25.0-49.9毫米为大雨，50.0-99.9毫米为暴雨，100.0-250.0毫米为大暴雨，大于250毫米为特大暴雨；并将接收到的降雨量信息与六个降雨量等级的临界值做比较，判断当前次降雨强度的等级；
若当前24小时降雨强度处于不到中雨或中雨等级时，则不增加当前井盖的排水量；
若当前24小时降雨强度处于大雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动2-3cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于暴雨等级时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动4-6cm，增大第一进水口的进水量；
若当前24小时降雨强度处于大暴雨等级及其以上时，则控制器控制电机作业，两块挡水板分别向远离第一进水口方向移动到底，完全释放第一进水口；
控制器将当前降雨量信息和流量信息传送至监控终端，监控终端接收当前的气象信息，根据当前气象信息中的降雨量和接收的降雨量信息和流量信息，并根据GPS定位模块精确定位井盖本体，并发出指令至控制器，优化控制两块挡水板的移动距离，准确控制排水量。
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