CN109405924A - 一种排水管网液位在线远程监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种排水管网液位在线远程监测系统及方法，其中，方法包括以下步骤：S1、实时采集排水井内的液位信息，并根据液位信息生成发送数据包；S2、对发送数据包内的数据进行预处理，并按照预设格式整理并存储数据；S3、结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。本发明能够实时监测排水管网的液位信息，使得调度人员能够远程掌握排水管网的实时液位情况，及时做出调度决策，提高调度人员的工作效率和工作质量。另外，为调度管理难度较大的深层隧道排水系统优化调度研究提供实时、准确的基础数据，有利于最大化发挥深隧排水系统减少内涝和溢流污染的作用。本发明可广泛应用于排水管网运行调度领域。
Description
技术领域
本发明涉及排水管网运行调度领域，尤其涉及一种排水管网液位在线远程监测系统及方法。
背景技术
近些年来我国诸多城市在雨季发生了危害市民人身和财产安全的内涝事件，所引发的城市内涝和溢流污染问题备受关注。城市内涝的成因较多，既有城市下垫面硬化造成的洪峰提前和汇流量急剧增加，也有城市热岛效应造成的降雨量增大、暴雨频率增加；既有城市排水管网设计重现期偏小，也有管道建成后运营管理不足。溢流污染的传统解决办法是进行雨污分流改造，但由于城市地面、地下浅层空间狭小，无法实施。对于城市建成区下垫面和气候条件等客观因素无法改变，而且城市老城区建筑密集，加上地铁和综合体开发，浅层地下空间狭小，建设成本都越来越高。为此，需寻找新的思路解决大中城市老城区的内涝与溢流污染问题。
深隧排水系统(简称深隧)建设在地面以下40m左右的深层地下空间，近年来在国内外已得到诸多工程应用，为改善城市排水能力的重要手段之一。但深隧因深埋于地下并且需做好与浅层排水管网的配合使用,管理难度大，传统的排水管网管理手段已不能满足此类复杂排水系统的现代化管理需求。因此提出通过建设现代化的排水管网液位在线监测系统，优化排水管网的运行调度方式。为提高城市排水系统对内涝的调控能力，需对排水系统的管网内涝点进行实时监测，采集更广泛的数据作为调度控制依据。因此如何实时的监测数据是实现排水系统精确调度运行的重要问题，现在还没有相对完善的技术解决该问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种实时对排水系统液位进行监测的系统。
本发明的另一目的是提供一种实时对排水系统液位进行监测的方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种排水管网液位在线远程监测系统，包括服务器、安装在排水井口处的控制装置和安装在下水道液面下的传感器模块，所述传感器模块包括液位计传感器，所述控制装置包括处理器、无线通讯模块以及为控制装置和传感器模块供电的电池模块，所述处理器通过无线通讯模块连接至服务器，所述处理器通过线缆连接至液位计传感器，所述无线通讯模块的天线通过预设的孔洞露出地面；
所述液位计传感器用于实时采集排水井的液位信息，并将采集到的液位信息传输至控制装置；
所述控制装置用于接收到液位信息后，根据液位信息生成发送数据包，并将发送数据包发送至服务器；
所述服务器用于对发送数据包内的数据进行预处理后，按照预设格式整理并存储数据，并结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
进一步，所述传感器模块还包括流量计、雨量计和水质仪表，所述处理器分别与流量计、雨量计和水质仪表连接。
进一步，所述液位计传感器采用压阻式液位传感器。
进一步，包括用于放置控制装置的防水箱和用于固定传感器模块且内部中空的固定套管，所述防水箱和固定套管均固定在排水井壁上，所述线缆贯穿固定套管。
进一步，所述防水箱的防水等级为IP68，所述固定套管采用镀锌不锈钢管制成。
进一步，还包括智能终端，所述智能终端与服务器连接。
本发明所采用的另一技术方案是：
一种排水管网液位在线远程监测方法，包括以下步骤：
S1、实时采集排水井内的液位信息，并根据液位信息生成发送数据包；
S2、对发送数据包内的数据进行预处理，并按照预设格式整理并存储数据；
S3、结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
进一步，所述发送数据包内包括液位信息、雨量信息和设备电压信息。
进一步，所述步骤S2，具体包括以下步骤：
从数据包中获取液位信息和雨量信息，并剔除液位信息和雨量信息中异常的数据；
将液位信息和雨量信息按照时间序列一一对应并存储于预设的软件内。
进一步，所述步骤S3，具体包括以下步骤：
采用存储的数据训练并优化预设的液位模型；
结合雨量信息和液位模型预测排水管网的液位，以及分析排水系统的排水能力。
进一步，所述预设的软件为eviews和infoworks软件。
本发明的有益效果是：本发明能够实时监测排水管网的液位信息，使得调度人员能够远程掌握排水管网的实时液位情况，及时做出调度决策，提高调度人员的工作效率和工作质量。另外，为调度管理难度较大的深层隧道排水系统优化调度研究提供实时、准确的基础数据，有利于最大化发挥深隧排水系统减少内涝和溢流污染的作用。
附图说明
图1是本发明一种排水管网液位在线远程监测系统的结构示意图；
图2是本发明一种排水管网液位在线远程监测系统的结构框图；
图3是本发明一种排水管网液位在线远程监测方法的步骤流程图。
具体实施方式
实施例一
如图1和图2所示，本实施例提供一种排水管网液位在线远程监测系统，包括服务器、安装在排水井口处的控制装置和安装在下水道液面下的传感器模块，所述传感器模块包括液位计传感器1，所述控制装置包括处理器、无线通讯模块以及为控制装置和传感器模块供电的电池模块，所述处理器通过无线通讯模块连接至服务器，所述处理器通过线缆4连接至液位计传感器1，所述无线通讯模块的天线5通过预设的孔洞露出地面；
所述液位计传感器1用于实时采集排水井的液位信息，并将采集到的液位信息传输至控制装置；
所述控制装置用于接收到液位信息后，根据液位信息生成发送数据包，并将发送数据包发送至服务器；
所述服务器用于对发送数据包内的数据进行预处理后，按照预设格式整理并存储数据，并结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
上述系统的工作原理为：液位计传感器1安装在于内涝点处的排水管网检查井中，或者安装在闸前、泵站集水池处，用于测量内涝点处管网水位和闸门、泵站液位。液位计传感器1实时采集排水井内液面的高度，并将采集到的信息发送至控制装置，控制装置对接收到的信息进行打包后，通过无线通讯模块传输会服务器，其中，传输过程中，可以采用2G、3G或4G信号进行传输。无线通讯模块的天线5通过预设的孔洞露出地面，本实施例中，天线5伸出地面2～3cm，防止金属井盖屏蔽数据传输信号。发送数据包传输到服务器后，服务器对发送数据包进行处理和分析，从而得知排水管网液位的实时情况，结合预设的液位模型可预测排水管网液和分析排水系统的排水能力。该系统实时远程获取排水管网液位的监测数据，了解排水管的排水情况，辅助排水系统调度人员进行调度决策，提高城市排水系统对内涝的调控能力。
此外，在本实施例中，电池模块采用160AH的锂电池，可反复充电使用。相比市电供电和太阳能供电等方式，电池供电的优点为：土建开挖少，减少监测系统的建设费用；克服监测点附近供电配套设施不完善等问题；减少雷击对监测设备的影响；可有效避免市电供电方式中的意外断电或太阳能供电方式中遭遇连续阴雨天导致太阳能供电不足等问题；若将监测设备移往它处时，可反复充电的锂电池便于更换和再利用，避免浪费。
进一步作为优选的实施方式，所述传感器模块还包括流量计、雨量计和水质仪表，所述处理器分别与流量计、雨量计和水质仪表连接。
通过一台控制装置集成多种在线监测设备，可克服现有监测设备“一机一表”，多个仪器主机仪表导致雨水井内空间被占满的缺点，充分利用资源，同时也可以获取到更多排水井内的数据。
进一步作为优选的实施方式，所述液位计传感器1采用压阻式液位传感器。
液位计传感器1是内涝监控点液位监测系统的重要组成其监测数据直接影响到排水管网的调度管理决策及深隧排水系统的调度优化研究结果，液位计传感器1需要选择精度高、量程合适、稳定性好的类型。本实施例中选择压阻式液位传感器，在实验室模拟排水管道窨井，放入该类型液位计并改变窨井中液位，进行实测液位与设定液位的线性回归分析，测量液位值呈现的线性度良好，测量值与设定值线性相关系数为0.9975，误差较小，精度符合要求。此外，在测试过程中，同一液位情况下多次进行测量，测量液位变化不大，稳定性良好。
进一步作为优选的实施方式，包括用于放置控制装置的防水箱3和用于固定传感器模块且内部中空的固定套管2，所述防水箱3和固定套管2均固定在排水井壁上，所述线缆4贯穿固定套管2。
进一步作为优选的实施方式，所述防水箱3的防水等级为IP68，所述固定套管2采用镀锌不锈钢管制成。
为适应污水管道中恶劣的环境，并应对内涝点发生水浸时对整套监测设备的影响，采用防水等级为IP68的铸铝防水箱3对控制装置进行保护。将控制装置放至入防水箱3内，其中，液位计传感器1、处理器和电池模块之间分别通过IP68防水等级的航空插头相连接。
所述控制装置安装尽量靠近排水井口，方便后期更换电池等维护工作。液位计传感器1采用镀锌不锈钢管固定保护，可防止雨水井内有较大的冲击水流，使得液位计传感器1持续晃动，影响液位测量准确性，同时可避免污水的生活垃圾对液位计传感器1的影响。用人工插杆试探后，估计数值，将探头从淤积层抬高一定的高度。防水箱3和固定套管2都安装紧贴井壁。
进一步作为优选的实施方式，还包括智能终端，所述智能终端与服务器连接。
通过电脑或手机登录指定发布网站查询实时液位信息，方便相关工作人员实时掌握排水系统液位的情况，提高工作人员的工作效率。另外，当排水系统出现紧急情况时，服务器通过发送报警短信至移动智能终端(手机)，通知相关的工作人员，提高了应急响应速度。
上述系统，使得调度人员能够远程掌握排水管网的实时液位情况，及时做出调度决策。经测试运行，该系统能有效实现内涝点液位，设备工况等数据信息的实时采集与无线远程传输，液位信息在线查询以及历史数据调用，为深隧排水系统优化调度研究提供实时、准确的基础数据，有利于最大化发挥深隧排水系统减少内涝和溢流污染的作用，同时以优先利用浅层排水系统为原则，降低深层隧道的使用频率，降低运行成本。
实施例二
如图3所示，本实施例提供一种排水管网液位在线远程监测方法，包括以下步骤：
A1、实时采集排水井内的液位信息，并根据液位信息生成发送数据包。
A2、对发送数据包内的数据进行预处理，并按照预设格式整理并存储数据。
A3、结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
上述方法中，实时采集排水井中的液位信息，并发送回服务器，服务器对相关的数据进行处理后，以预设的格式存储数据，可以将数据存储在excel表格文件中，也可以存储于eviews软件中。根据存储的数据可实时获知排水管网液位，从而达到监测排水系统的功能，也可根据存储的数据对对排水系统进行预测和分析，辅助排水系统调度人员进行调度决策。
其中，发送数据包包括液位信息、雨量信息和设备电压信息，所述液位信息为排水管网的液位信息，所述雨量信息为与液位信息同时刻的降雨的雨量参数，所述设备电压信息为控制装置和传感器模块的工作电压参数，通过电压参数可了解其是否工作正常。
其中，步骤A2具体包括步骤A21～A22：
A21、从数据包中获取液位信息和雨量信息，并剔除液位信息和雨量信息中异常的数据。
A22、将液位信息和雨量信息按照时间序列一一对应并存储于预设的软件内。
在线远程监测设备采集并远传回服务器的数据量较为庞大，但存在少量的失真、漏数的现象，因此我们需要对原始的数据进行预处理。预处理工作主要包括对缺失数据的补全，对异常数据的剔除和对所有数据就时间和类型进行分类编排整理，发送数据包包括液位信息、雨量信息和设备电压信息，但只对雨量信息和液位信息进行预处理，电压数据仅用于设备管理工作，预处理后的数据总体上为一系列时间序列，数据与时间一一对应，并将同一时间的雨量和液位相对应存储，方便查找、对比、转移转化和录入等各项后续工作的进行。预处理的工具可选用各种表格软件，例如excel软件或eviews软件。
在本实施例中预设的软件采用eviews软件，在eviews软件中，数据可以更方便的被选择和提取，且可以进行一些常见的处理和分析，例如线性回归分析、相关性分析和统计模拟预测等，寻找两者数学关系，进一步的，用于数学建模时，可提供可靠的数据基础，进而提高模型的精确度，从而用于排水系统水位预测和优化调度。而且通过eviews软件输出的数据更方便于其他工具软件的录入。
其中，步骤A3具体包括步骤A31～A32：
A31、采用存储的数据训练并优化预设的液位模型。
A32、结合雨量信息和液位模型预测排水管网的液位，以及分析排水系统的排水能力。
进行预处理后的雨量和液位实测数据，可借助infoworks软件用于区域排水管网液位模型的校核和验证，提高液位模型的准确性，使模型更加符合实际排水管网情况。校核后的液位模型即可对设定情景下的区域排水系统水力状况进行模拟，输出排水管网在不同雨量下的运行水位模拟结果，对模拟进行分析，以得出区域排水系统的排水能力分析结果。
上述方法，能够实时获知排水系统的液位情况，而且结合液位模型的区域排水系统的排水能力分析结果和实测数据分析结果，在现有调度运行策略的基础上，优化调度运行策略，方便调度人员更为快速、准确的远程调度运行排水管网。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种排水管网液位在线远程监测系统，其特征在于，包括服务器、安装在排水井口处的控制装置和安装在下水道液面下的传感器模块，所述传感器模块包括液位计传感器，所述控制装置包括处理器、无线通讯模块以及为控制装置和传感器模块供电的电池模块，所述处理器通过无线通讯模块连接至服务器，所述处理器通过线缆连接至液位计传感器，所述无线通讯模块的天线通过预设的孔洞露出地面；
所述液位计传感器用于实时采集排水井的液位信息，并将采集到的液位信息传输至控制装置；
所述控制装置用于接收到液位信息后，根据液位信息生成发送数据包，并将发送数据包发送至服务器；
所述服务器用于对发送数据包内的数据进行预处理后，按照预设格式整理并存储数据，并结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
2.根据权利要求1所述的一种排水管网液位在线远程监测系统，其特征在于，所述传感器模块还包括流量计、雨量计和水质仪表，所述处理器分别与流量计、雨量计和水质仪表连接。
3.根据权利要求1所述的一种排水管网液位在线远程监测系统，其特征在于，所述液位计传感器采用压阻式液位传感器。
4.根据权利要求1所述的一种排水管网液位在线远程监测系统，其特征在于，包括用于放置控制装置的防水箱和用于固定传感器模块且内部中空的固定套管，所述防水箱和固定套管均固定在排水井壁上，所述线缆贯穿固定套管。
5.根据权利要求4所述的一种排水管网液位在线远程监测系统，其特征在于，所述防水箱的防水等级为IP68，所述固定套管采用镀锌不锈钢管制成。
6.一种排水管网液位在线远程监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、实时采集排水井内的液位信息，并根据液位信息生成发送数据包；
S2、对发送数据包内的数据进行预处理，并按照预设格式整理并存储数据；
S3、结合存储的数据和预设的液位模型对排水管网液位进行监测和分析。
7.根据权利要求6所述的一种排水管网液位在线远程监测方法，其特征在于，所述发送数据包内包括液位信息、雨量信息和设备电压信息。
8.根据权利要求7所述的一种排水管网液位在线远程监测方法，其特征在于，所述步骤S2，具体包括以下步骤：
从数据包中获取液位信息和雨量信息，并剔除液位信息和雨量信息中异常的数据；
将液位信息和雨量信息按照时间序列一一对应并存储于预设的软件内。
9.根据权利要求8所述的一种排水管网液位在线远程监测方法，其特征在于，所述步骤S3，具体包括以下步骤：
采用存储的数据训练并优化预设的液位模型；
结合雨量信息和液位模型预测排水管网的液位，以及分析排水系统的排水能力。
10.根据权利要求8所述的一种排水管网液位在线远程监测方法，其特征在于，所述预设的软件为eviews和infoworks软件。
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