CN111586612A - 一种基于无线传感器网络的水务管理方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于无线传感器网络的水务管理方法，包括：传感器采集供水管网中的供水信息；传感器将采集到的供水信息通过无线通信模块发送；供水信息经无线传输网络传输至总控设备；总控设备接收供水信息；总控设备对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信息。采用无线传感器网络，更加灵活的进行传感器分布设置，采集到的供水信息更加全面。并且总控设备对供水信息进行分析处理，得出结论，发送控制信息，完成自动采集、分析、控制，提高了水务管理的效率，并且也保障了供水的安全。针对故障问题能够及时解决，避免了出现大范围停水想象的发生。本发明还提供一种基于无线传感器网络的水务管理装置及系统。

Description

一种基于无线传感器网络的水务管理方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及物联网技术，尤其涉及一种基于无线传感器网络的水务管理方法、装置及系统。

背景技术

目前，以物联网、移动互联网、智能技术为代表的新一代信息技术正带来第三次信息技术革命，信息技术正与城市的基础建设、城市的管理运行系统、市民的生活和企业的运行相融合，创造出原来难以想象的城市和生活新形态。通过信息化的水务管理使得在运行中更加高效、和安全。

但现有的水务管理存在不少问题，如故障采集不全面、故障处理不及时，故障判断效率低。

发明内容

针对现有技术中所存在的不足，本发明了一种基于无线传感器网络的水务管理方法、装置及系统。

第一方面，在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理方法，包括：

设置在供水管网各节点中的传感器采集供水管网中的供水信息；

传感器将采集到的供水信息通过无线通信模块发送；

供水信息经无线传输网络传输至总控设备；

总控设备接收供水信息；

总控设备对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信息。

在一个实施例中，总控设备对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号包括：

总控设备对接收到的供水信息进行分析计算，得到计算结果；

总控设备根据计算结果制定解决方案；

总控设备根据解决方案生成相应的控制信息，将控制信息向管网控制设备发送。

在一个实施例中，总控设备对接收到的供水信息进行分析计算，得到计算结果包括：

总控设备对接收到的供水信息进行初步处理，提取特征信息；

总控设备根据提取到的特征信息匹配历史数据，结合历史数据进行预测故障信息计算，得到计算结果。

在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

总控设备将接收到的供水信息进行存储，存入所述历史数据；

总控设备接收用户录入的实际故障信息，若实际故障信息与预测故障信息不符合，则将实际故障信息替换掉预测故障信息并存入历史数据。

在一个实施例中，管网控制设备包括电动水阀或电动水泵，将控制信息向管网控制设备发送的步骤之后，还包括：

管网控制设备接收控制信息；

管网控制设备根据控制信息进行相应的控制操作。

在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

总控设备对供水信息进行实时监控；

总控设备当监测到供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息；

总控设备将异常信息发送至目标终端进行报警提示。

在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

总控设备将接收到的供水信息导入预设管网GIS地图中，预设管网GIS地图根据供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

第二方面，在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理装置，该装置包括：

供水信息模块，用于接收供水信息并对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号；

GIS系统模块，用于接收供水信息模块输入的供水信息，并根据供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

在一个实施例中，供水信息模块包括：

监控单元，用于接收供水信息并对供水信息进行实时监控；

报警单元，用于对监控单元接收的供水信息进行变化情况监测，当监测到供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息，将异常信息发送至目标终端进行报警提示；

决策单元，用于对监控单元接收的供水信息进行分析计算，得到计算结果，根据计算结果制定解决方案，根据解决方案生成相应的控制信息，将控制信息向管网控制设备发送。

第三方面，在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理系统，包括无线传感器网络、总控设备；无线传感器网络包括无线传感器、无线传输网络；无线传感器包括传感器、无线通信模块；

无线传感器用于采集供水管网中的供水信息并发送；

总控设备用于接收无线传感器发送并通过无线传输网络传输的供水信息，以及用于对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号。

通过上述基于无线传感器网络的水务管理方法、装置及系统，采用无线传感器网络，更加灵活的进行传感器分布设置，采集到的供水信息更加全面。并且实时的将采集到的信息传输至总控设备，总控设备对供水信息进行分析处理，得出结论，发送控制信息，完成自动采集、分析、控制，提高了水务管理的效率，并且也保障了供水的安全。针对故障问题能够及时解决，避免了出现大范围停水想象的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为本发明一个实施例中基于无线传感器网络的水务管理方法的流程图；

图2为本发明一个实施例中对供水信息进行处理的具体流程图；

图3为本发明一个实施例中对供水信息进行分析计算的具体流程图；

图4为本发明一个实施例中对供水信息进行存储的具体流程图；

图5为本发明一个实施例中管网控制设备进行控制的流程图；

图6为本发明一个实施例中总控设备根据供水信息进行报警的流程图；

图7为本发明一个实施例中将供水信息在GIS上显示的流程图；

图8为本发明一个实施例中基于无线传感器网络的水务管理装置的结构示意图；

图9为本发明一个实施例中供水信息模块的具体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理方法，包括：

步骤102，设置在供水管网各节点中的传感器采集供水管网中的供水信息。

其中，传感器包括水压力传感器、水流量传感器，在供水管网中设置传感器能够自动检测当前管网内的状态，布置在城市中的供水管网，庞大且复杂，因此需要针对管网的具体分布合理设计传感器的数量以及对应的位置区域，从而才能完整且准确的检测整体供水管网的情况。

步骤104，传感器将采集到的供水信息通过无线通信模块发送。

其中，传感器采用无线通信模块进行来将信息进行发送，使得传感器分布设置能够更加灵活，不会受到额外线路铺设的限制，能够任意在合适的区域位置进行设置。此外，在一个实施例中，无线通信模块还可以设置为选择性发送信息，例如在内部检测到数据存在突变时才发送。

步骤106，供水信息经无线传输网络传输至总控设备。

其中，无线传输网络可以是GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术)或NB-IoT(Narrow Band Internet of Things，基于蜂窝的窄带物联网)。总控设备是用于接收无线传感器发送的供水信息，并对其进行处理的终端，所述总控设备可以根据需要设置在相应的区域，也可以拆分为多个终端分点设置，然后进行数据传递汇总。

步骤108，总控设备接收供水信息。

其中，总控设备同样通过无线通信模块进行接收供水信息，在总控设备接收了供水数据信息后，会对其进行常规处理，具体的可以包括实时监控，以及实时保存等。便于操作人员随时查看历史数据。

步骤110，总控设备对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信息。

其中，对供水信息进行处理是基于监测到接收的供水信息存在异常，因此对其进行进一步分析处理，通过分析的结果对管网控制设备发送控制信息，使得管网控制设备对管网工作进行控制。

通过上述基于无线传感器网络的水务管理方法，采用无线传感器网络，更加灵活的进行传感器分布设置，采集到的供水信息更加全面。并且实时的将采集到的信息传输至总控设备，总控设备对供水信息进行分析处理，得出结论，发送控制信息，完成自动采集、分析、控制，提高了水务管理的效率，并且也保障了供水的安全。针对故障问题能够及时解决，避免了出现大范围停水想象的发生。

如图2所示，在一个实施例中，供水信息包括水流量、水压力、传感器ID、传感器地理位置标识；总控设备对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号包括：

步骤202，总控设备对接收到的供水信息进行分析计算，得到计算结果。

其中，总控设备对供水信息进行分析计算时，可以通过多种方式，比如采用训练好的计算模型，或者直接根据历史数据进行概率预测等方式。具体的计算结果是指分析出的故障原因，包括是否出现管道破裂、堵塞、阀门损坏等，以及对应的时间地点。比如计算结果为在XX时间XX区域的XX管道出现了XX问题。

步骤204，总控设备根据计算结果制定解决方案。

其中，再得到了计算结果后，根据计算结果指定较为优化的解决方案，比如需要关闭XX电动阀、减小XX电动泵的功率等。同样的解决方案的制定可以采用训练好的计算模型，也可以根据历史数据来选择。

步骤206，总控设备根据解决方案生成相应的控制信息，将控制信息向管网控制设备发送。

其中，在总控设备制定出解决方案后，便根据解决方案生成对应的控制信息，控制信息主要为控制管网控制设备进行工作状态调整的相关指令。

通过供水信息的分析计算以及制定解决方案，使得管网出现故障时，能够更加精准的发现问题并及时解决。

如图3所示，在一个实施例中，总控设备对接收到的供水信息进行分析计算，得到计算结果包括：

步骤302，总控设备对接收到的供水信息进行初步处理，提取特征信息。

其中，初步处理是指对数据进行分类划分，比如将接收到的供水信息中的各传感器的ID、地理位置标识以及与之对应的水压力和水流量进行划分，首先将ID和地理位置标识绑定作为数据包前缀，然后将水压力和水流量分别进行泛化归类，泛化的程度需要根据历史数据的数量来判断，最后将前缀与泛化归类后的水压力和水流量进行绑定，形成该时间点某个传感器的数据包，该数据包就是对应传感器的特征信息。具体的泛化归类是指将具体的数值泛化为某个指定的数值范围。

步骤304，总控设备根据提取到的特征信息匹配历史数据，结合历史数据进行预测故障信息计算，得到计算结果。

其中，在提取到特征信息后，将该特征信息送入历史数据库中进行比对，计算重叠概率，选择出历史数据中重叠概率最大的故障信息，将该故障信息作为预测的故障信息，得到计算结果。具体的重叠概率是指在历史特征信息中以泛化的水流量、水压力作为主标引，将对应的前缀作为次标引，进行同类匹配，在全部同类特征信息中选择出现次数最多的故障信息。值得提出的是，在计算概率时是将此次接收到的各个传感器对应的特征信息都进行计算，最终得到的是综合概率最大的故障信息。

例如，某个特征信息表示为(A1，t1，a1)，其中A表示该传感器的ID和地理位置标识，t1表示接收到供水信息的时间点，a1表示A1传感器对应的泛化后的数据包。计算概率时首先以a1为主要标引，找到历史数据中所有a1，以及所有A1，查询全部a1对应的全部故障信息，查询全部A1对应的全部故障信息，将两次查询到的进行取交集，若存在同时满足A1，a1的故障信息，则将该故障信息作为A1在t1时间点的预测故障信息；若不存在，则在a1查询的故障信息中选择出现次数最多的故障信息并作为A1在t1时间点的预测故障信息。以此类推，计算A2、A3、A4、A5…等的故障信息，将全部得到的预测故障信息进行综合判断得到匹配度最高的故障信息，作为最终预测的故障信息。

通过对供水信息进行进一步分类，根据不同标引来计算对应的故障信息，最终综合判断，得到最终预测的故障信息，使得自动化的根据供水信息分析出故障信息，从而便于及时采取相关救济措施。

如图4所示，在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

步骤402，总控设备将接收到的供水信息进行存储，存入所述历史数据。

其中，总控设备每次接收到的供水信息都会进行存储，并且是采取初步处理后形成特征信息进行存储。

步骤404，总控设备接收用户录入的实际故障信息，若实际故障信息与预测故障信息不符合，则将实际故障信息替换掉预测故障信息并存入历史数据。

其中，当出现预测故障信息与实际发生的故障信息不对应时，则更新历史数据，将实际故障信息替换掉已经存储的预测故障信息。

结合实际故障信息来不断更新数据，使得下一次预测时参考的历史数据更加可靠，提高预测准确度。

如图5所示，在一个实施例中，管网控制设备包括电动水阀或电动水泵，将控制信息向管网控制设备发送的步骤之后，还包括：

步骤502，管网控制设备接收控制信息。

其中，此时管网控制设备可以直接通过无线传输网络来接收控制信息，也可以是通过有线传输网络来接收设置在管网各控制节点的控制站，总控设备将控制信息传输到相应的控制站，控制站再向管网控制设备转发该控制信息。

步骤504，管网控制设备根据控制信息进行相应的控制操作。

其中，相应的控制操作包括电动阀进行开阀或管阀，以及电动泵进行输出功率的减小或增大。

如图6所示，在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

步骤602，总控设备对供水信息进行实时监控。

其中，总控设备的直接操作就是对接收的供水信息进行实时监控，监控供水信息在时间刻度上的变化情况，判断是否变化幅度超出预设幅度。

步骤604，总控设备当监测到供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息。

其中，当监测到变化幅度超出了预设幅度时，认定此时为异常波动，将异常波动的相关信息进行记录作为异常信息。

步骤606，总控设备将异常信息发送至目标终端进行报警提示。

其中，生成异常信息后，总控设备首先会进行存储，其次将该异常信息发送到目标终端进行报警提示，目标终端大多为操作人员使用的移动终端。

通过实时监测，并在异常时向对应的目标终端发送异常信息进行报警提示，使得直接负责的操作人员能够第一时间知晓异常情况，从而能够及时采取相关举措。

如图7所示，在一个实施例中，总控设备接收供水信息的步骤之后，还包括：

步骤702，总控设备将接收到的供水信息导入预设管网GIS地图中，预设管网GIS地图根据供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

其中，GIS系统是指地理信息系统，是一个结合地理信息来表示其他指定的信息，在该实施例中的GIS系统是指一个包含管网布置的地理区域的详细地理情况，以及对应地理位置上设置的水厂、管网线路，电动阀、电动泵的具体位置等，通过GIS系统能够更加直观的知晓管网的状态以及潜在的风险。

通过GIS系统能够更加直观和生动的展示管网状态，方便操作人员进行相关控制操作。

如图8所示，在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理装置，该装置包括：

供水信息模块802，用于接收供水信息并对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号；

GIS系统模块804，用于接收供水信息模块输入的供水信息，并根据供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

如图9所示，在一个实施例中，供水信息模块包括：

监控单元902，用于接收供水信息并对供水信息进行实时监控；

报警单元904，用于对监控单元接收的供水信息进行变化情况监测，当监测到供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息，将异常信息发送至目标终端进行报警提示；

决策单元906，用于对监控单元接收的供水信息进行分析计算，得到计算结果，根据计算结果制定解决方案，根据解决方案生成相应的控制信息，将控制信息向管网控制设备发送。

在一个实施例中，本发明提供一种基于无线传感器网络的水务管理系统，包括无线传感器网络、总控设备；无线传感器网络包括无线传感器、无线传输网络；无线传感器包括传感器、无线通信模块；

无线传感器用于采集供水管网中的供水信息并发送；

总控设备用于接收无线传感器发送并通过无线传输网络传输的供水信息，以及用于对供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于无线传感器网络的水务管理方法，其特征在于，包括：

设置在供水管网各节点中的传感器采集供水管网中的供水信息；

所述传感器将采集到的所述供水信息通过无线通信模块发送；

所述供水信息经无线传输网络传输至总控设备；

所述总控设备接收所述供水信息；

所述总控设备对所述供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总控设备对所述供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号包括：

所述总控设备对接收到的所述供水信息进行分析计算，得到计算结果；

所述总控设备根据计算结果制定解决方案；

所述总控设备根据解决方案生成相应的控制信息，将所述控制信息向所述管网控制设备发送。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述总控设备对接收到的所述供水信息进行分析计算，得到计算结果包括：

所述总控设备对接收到的所述供水信息进行初步处理，提取特征信息；

所述总控设备根据提取到的特征信息匹配历史数据，结合所述历史数据进行预测故障信息计算，得到计算结果。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述总控设备接收所述供水信息的步骤之后，还包括：

所述总控设备将接收到的所述供水信息进行存储，存入所述历史数据；

所述总控设备接收用户录入的实际故障信息，若所述实际故障信息与所述预测故障信息不符合，则将所述实际故障信息替换掉所述预测故障信息并存入所述历史数据。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述管网控制设备包括电动水阀或电动水泵，所述将所述控制信息向所述管网控制设备发送的步骤之后，还包括：

所述管网控制设备接收所述控制信息；

所述管网控制设备根据所述控制信息进行相应的控制操作。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总控设备接收所述供水信息的步骤之后，还包括：

所述总控设备对所述供水信息进行实时监控；

所述总控设备当监测到所述供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息；

所述总控设备将所述异常信息发送至目标终端进行报警提示。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总控设备接收所述供水信息的步骤之后，还包括：

所述总控设备将接收到的所述供水信息导入预设管网GIS地图中，所述预设管网GIS地图根据所述供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

8.一种基于无线传感器网络的水务管理装置，其特征在于，所述装置包括：

供水信息模块，用于接收供水信息并对所述供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号；

GIS系统模块，用于接收所述供水信息模块输入的所述供水信息，并根据所述供水信息结合对应的地理位置信息进行融合并显示。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述供水信息模块还包括：

监控单元，用于接收所述供水信息并对所述供水信息进行实时监控；

报警单元，用于对所述监控单元接收的所述供水信息进行变化情况监测，当监测到所述供水信息出现异常波动时，生成并记录异常信息，将所述异常信息发送至目标终端进行报警提示；

决策单元，用于对所述监控单元接收的所述供水信息进行分析计算，得到计算结果，根据计算结果制定解决方案，根据解决方案生成相应的控制信息，将所述控制信息向所述管网控制设备发送。

10.一种基于无线传感器网络的水务管理系统，其特征在于，包括无线传感器网络、总控设备；所述无线传感器网络包括无线传感器、无线传输网络；所述无线传感器包括传感器、无线通信模块；

所述无线传感器用于采集供水管网中的供水信息并发送；

所述总控设备用于接收所述无线传感器发送并通过所述无线传输网络传输的所述供水信息，以及用于对所述供水信息进行处理，根据处理结果向管网控制设备发送控制信号。

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