CN111640284A - 一种屋面排水无线监测系统及其预警方法 - Google Patents

一种屋面排水无线监测系统及其预警方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种屋面排水无线监测系统及其预警方法，其中监测系统包括屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器、落水管水流传感器、无线通信模块和服务器，所述的屋面降雨量传感器布置于室外屋面，所述的屋面天沟水位传感器布置于屋面排水天沟内，所述的落水管水流传感器布置于天沟落水管的表面或者出口处，所述屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器均与无线通信模块连接，所述无线通信模块与服务器通过无线网络连接。本发明能实时地获得降雨过程中的雨量、水位和排水速度的实时数据，进而形成屋面排水系统的水位和排水管堵塞预警方法，为屋面排水系统乃至防水和结构安全提供技术支撑。

Description

一种屋面排水无线监测系统及其预警方法
技术领域
本发明属于屋面排水监测技术领域，特别涉及一种利用屋面水位和落水管流速进行屋面排水系统防堵塞的无线监测系统及其预警方法。
背景技术
屋面排水系统是避免屋面积水的有效措施，通过屋面排水系统能够将屋面的雨、雪水迅速排出。对于大型厂房或者大型公共场馆的屋面，往往采用排水点数显著减少的虹吸排水系统，它能够在横管不设坡度的情况下，形成满管流，以极快的速度排清屋面积水。然而，一旦屋面排水系统，尤其是虹吸排水系统发生堵塞，将会极大地影响屋面的排水效率，造成屋面积水过深或者积水时间过长，导致屋面防水措施失效，甚至造成屋面承力结构的负荷过大，乃至屋面断裂、坍塌。
目前，屋面排水系统，尤其是虹吸排水系统的智能监测尚属空白。针对上述技术空白，本发明的推广和实施有望给屋面排水系统监测的智能化提供助力。相比于其他监测对象，屋面排水系统具有分布面积大、线路布设不方便等特点，导致传统有线监测手段造价过高而无法在市场上推广应用。同时，屋面排水系统的病害主要是系统堵塞，而降雨过程中排水系统的水位是一个动态变化的过程。为了能够准确获得排水系统堵塞点的具体位置，需要同时监测降雨量、天沟水位和排水管水量。综上，需要开发一种能够具有无线数据传输的屋面排水监测系统，实时地获得降雨过程中的雨量、水位和排水速度的实时数据，进而形成屋面排水系统的水位和排水管堵塞预警方法，为屋面排水系统乃至防水和结构安全提供技术支撑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对屋面排水系统，尤其是虹吸排水系统的智能监测的技术空白提供一种屋面排水无线监测系统及其预警方法；本屋面排水无线监测系统能实时地获得降雨过程中的雨量、水位和排水速度的实时数据，进而形成屋面排水系统的水位和排水管堵塞预警方法，为屋面排水系统乃至防水和结构安全提供技术支撑。
为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
一种屋面排水无线监测系统，包括屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器、落水管水流传感器、无线通信模块和服务器，所述的屋面降雨量传感器布置于室外屋面，所述的屋面天沟水位传感器布置于屋面排水天沟内，所述的落水管水流传感器布置于天沟落水管的表面或者出口处，所述屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器均与无线通信模块连接，所述无线通信模块与服务器通过无线网络连接；
所述的屋面降雨量传感器用于采集实时降雨量，所述的屋面天沟水位传感器用于采集天沟水位，所述落水管水流传感器用于采集落水管流速，所述无线通信模块用于将实时降雨量、天沟水位和落水管流速无线传输到服务器内。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述无线通信模块采用lora无线通信模块。
作为本发明进一步改进的技术方案，所述服务器为本地服务器或者云服务器。
为实现上述技术目的，本发明采取的另一个技术方案为：
一种屋面排水无线监测系统的预警方法，包括屋顶天沟水位预警方法，所述屋顶天沟水位预警方法包括以下步骤：
(1)首先，计算得到设定时间段Δt内的总降雨体积V(Δt)：
V(Δt)＝R(Δt)×A；
其中，A为屋面投影面积；R(Δt)为在设定时间段Δt内屋面降雨量传感器采集的降雨量；
(2)然后，计算得到设计排水条件下的水位变化高度D2(Δt)：
D2(Δt)＝[ξ·V(Δt)-Δt·∑W(i)]/(L·S1)；
其中，W(i)为第i个排水管的单位时间设计排水量，∑W(i)为所有排水管的单位时间设计排水量总和，ξ为考虑屋顶粗糙度和汇流迟滞效应的修正参数，L为天沟总长度，S1为天沟截面积；
(3)当实际天沟水位变化高度D3(Δt)＜D2(Δt)+ΔD时，服务器发出排水系统堵塞预警；当实际天沟水位D(t)＞Ds时，服务器发出屋顶水位超限预警；
其中，ΔD为天沟水位变化高度的预警储备值，D3(Δt)为在设定时间段Δt内实际天沟水位变化高度，Ds为天沟水位的预警阈值，D(t)为屋面天沟水位传感器采集的实际天沟水位。
作为本发明进一步改进的技术方案，还包括排水管的防堵塞预警方法，所述排水管的防堵塞预警方法包括以下步骤：
(1)首先，开展无堵塞情况下的屋面排水系统测试工作，测得不同水位高度Di下的落水管流速Ui，绘制水位高度Di与落水管流速Ui的关系曲线进而建立落水管设计流速函数Ui＝f(Di)；
(2)然后，通过屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器分别采集天沟水位D(t)和实际的落水管流速U(t)，将天沟水位D(t)带入落水管设计流速函数中，得到天沟水位D(t)对应的落水管流速f(Di)；
(3)当某落水管实际的落水管流速U(t)＜f(Di)-ΔU时，服务器发出该落水管堵塞预警；
其中，ΔU为排水管流速的报警储备值。
本发明的有益效果为：
(1)本监测系统及其预警方法具有监测装置简单、布设方便、造价低廉、响应速度快等优点；
(2)本监测系统和预警方法实时地获得降雨过程中的雨量、水位和排水速度的实时数据，进而形成屋面排水系统的水位和排水管堵塞预警方法，为屋面排水系统乃至防水和结构安全提供技术支撑。
附图说明
图1为监测系统的组成图。
图2为屋面水位预警方法的分析步骤。
图3为排水管堵塞预警方法的分析步骤。
具体实施方式
下面根据附图1-3对本发明的具体实施方式作出进一步说明：
如图1所示，一种屋面排水无线监测系统，包括屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器、落水管水流传感器、无线通信模块和服务器，所述的屋面降雨量传感器布置于室外屋面，所述的屋面天沟水位传感器布置于屋面排水天沟内，所述的落水管水流传感器布置于天沟落水管的表面或者出口处，所述屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器均与无线通信模块连接，所述无线通信模块与服务器通过无线网络连接。
所述的屋面降雨量传感器用于采集实时降雨量R(t)，所述的屋面天沟水位传感器用于采集天沟水位D(t)，所述落水管水流传感器用于采集落水管流速U(t)，所述无线通信模块用于将实时降雨量R(t)、天沟水位D(t)和落水管流速U(t)无线传输到服务器内。
所述无线通信模块采用lora无线通信模块。
所述服务器为本地服务器或者云服务器。
其中屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器、落水管水流传感器、无线通信模块均连接有供电电源。
本实施例还提供一种屋面排水无线监测系统的预警方法，包括屋顶天沟水位预警方法和排水管的防堵塞预警方法。
图2示出了屋顶天沟水位预警方法的分析步骤，具体如下：
S1：首先，计算得到设定时间段Δt内的总降雨体积V(Δt)和不排水条件下的水位变化高度D1(Δt)：
V(Δt)＝R(Δt)×A；
D1(Δt)＝ξ·V(Δt)/(L·S1)；
其中，ξ是考虑屋顶粗糙度和汇流迟滞效应的修正参数，L为天沟总长度，S1为天沟截面积，A为屋面投影面积；R(Δt)为在设定时间段Δt内屋面降雨量传感器采集的降雨量。
S2：然后，计算得到设计排水条件下的水位变化高度D2(Δt)：
D2(Δt)＝[ξ·V(Δt)-Δt·∑W(i)]/(L·S1)；
其中，W(i)为第i个排水管的单位时间设计排水量，∑W(i)为所有排水管的单位时间设计排水量总和，ξ为考虑屋顶粗糙度和汇流迟滞效应的修正参数，L为天沟总长度，S1为天沟截面积。
S3：当实际天沟水位变化高度D3(Δt)＜D2(Δt)+ΔD时，服务器发出排水系统堵塞预警；当实际天沟水位D(t)＞Ds时，服务器发出屋顶水位超限预警；
其中，ΔD为天沟水位变化高度的预警储备值，D3(Δt)为在设定时间段Δt内实际天沟水位变化高度，Ds为天沟水位的预警阈值，D(t)为屋面天沟水位传感器采集的实际天沟水位。
图3示出了排水管的防堵塞预警方法的分析步骤，具体如下：
S1：首先，开展无堵塞情况下的屋面排水系统测试工作，测得不同水位高度Di下的落水管流速Ui，绘制水位高度Di与落水管流速Ui的关系曲线进而建立落水管设计流速函数Ui＝f(Di)。
S2：然后，通过屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器分别采集天沟水位D(t)和实际的落水管流速U(t)，将天沟水位D(t)带入落水管设计流速函数中，得到天沟水位D(t)对应的落水管流速f(Di)。
S3：当某落水管实际的落水管流速U(t)＜f(Di)-ΔU时，服务器发出该落水管堵塞预警；其中，ΔU为排水管流速的报警储备值。
本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种屋面排水无线监测系统，其特征在于：包括屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器、落水管水流传感器、无线通信模块和服务器，所述的屋面降雨量传感器布置于室外屋面，所述的屋面天沟水位传感器布置于屋面排水天沟内，所述的落水管水流传感器布置于天沟落水管的表面或者出口处，所述屋面降雨量传感器、屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器均与无线通信模块连接，所述无线通信模块与服务器通过无线网络连接；
所述的屋面降雨量传感器用于采集实时降雨量，所述的屋面天沟水位传感器用于采集天沟水位，所述落水管水流传感器用于采集落水管流速，所述无线通信模块用于将实时降雨量、天沟水位和落水管流速无线传输到服务器内。
2.根据权利要求1所述的屋面排水无线监测系统，其特征在于：所述无线通信模块采用lora无线通信模块。
3.根据权利要求2所述的屋面排水无线监测系统，其特征在于：所述服务器为本地服务器或者云服务器。
4.一种根据权利要求1所述的屋面排水无线监测系统的预警方法，其特征在于：包括屋顶天沟水位预警方法，所述屋顶天沟水位预警方法包括以下步骤：
(1)首先，计算得到设定时间段Δt内的总降雨体积V(Δt)：
V(Δt)＝R(Δt)×A；
其中，A为屋面投影面积；R(Δt)为在设定时间段Δt内屋面降雨量传感器采集的降雨量；
(2)然后，计算得到设计排水条件下的水位变化高度D2(Δt)：
D2(Δt)＝[ξ·V(Δt)-Δt·∑W(i)]/(L·S1)；
其中，W(i)为第i个排水管的单位时间设计排水量，∑W(i)为所有排水管的单位时间设计排水量总和，ξ为考虑屋顶粗糙度和汇流迟滞效应的修正参数，L为天沟总长度，S1为天沟截面积；
(3)当实际天沟水位变化高度D3(Δt)<D2(Δt)+ΔD时，服务器发出排水系统堵塞预警；当实际天沟水位D(t)>Ds时，服务器发出屋顶水位超限预警；
其中，ΔD为天沟水位变化高度的预警储备值，D3(Δt)为在设定时间段Δt内实际天沟水位变化高度，Ds为天沟水位的预警阈值，D(t)为屋面天沟水位传感器采集的实际天沟水位。
5.一种根据权利要求4所述的屋面排水无线监测系统的预警方法，其特征在于：还包括排水管的防堵塞预警方法，所述排水管的防堵塞预警方法包括以下步骤：
(1)首先，开展无堵塞情况下的屋面排水系统测试工作，测得不同水位高度Di下的落水管流速Ui，绘制水位高度Di与落水管流速Ui的关系曲线进而建立落水管设计流速函数Ui＝f(Di)；
(2)然后，通过屋面天沟水位传感器和落水管水流传感器分别采集天沟水位D(t)和实际的落水管流速U(t)，将天沟水位D(t)带入落水管设计流速函数中，得到天沟水位D(t)对应的落水管流速f(Di)；
(3)当某落水管实际的落水管流速U(t)<f(Di)-ΔU时，服务器发出该落水管堵塞预警；
其中，ΔU为排水管流速的报警储备值。
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