CN111765945A - 一种窨井水位监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种窨井水位监测系统及方法。其系统包括：水位监测模块、数据采集处理模块、数据传输模块和监测中心；水位监测模块设置于窨井中，水位监测模块包括雷达监测单元和/或压力监测单元，用于检测窨井中的水位信息；数据采集处理模块用于接收水位监测模块检测到的水位信息，进行计算得到水位数据并进行储存，且将水位信息通过数据传输模块上传至监测中心。通过在窨井内设置雷达监测单元和/或压力监测单元，针对不同情况采用不同的监测单元对窨井内的水位信息进行检测，解决超声波水位计在窨井中测量水位时因为温度、湿度、凸起物和井壁等影响导致测量不准确的问题，实现准确检测窨井内水位信息和提升设备应用范围的效果。

Description

一种窨井水位监测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及水位监测技术，尤其涉及一种窨井水位监测系统及方法。

背景技术

目前，城市中有大量的地下排水管网，在排水管网长时间运行后，内部会有很多的淤泥、漂浮物等，淤堵到一定程度就会发生污水倒灌等情况，强降水或连续性降水超过城市排水管网长的排水能力时，致使城市内产生积水灾害；因此，及时准确的掌握城市的窨井水位十分重要。

传统的窨井水位监测多采用超声波水位计，超声波水位计通电后传感器发射超声波脉冲，当超声波脉冲遇到水面后反射回来，根据脉冲传输时间计算出超声波水位计到水面的距离，即计算出水位。

但超声波水位计在窨井中使用时，很容易受到外界温度和湿度变化的影响，在长期湿热的窨井环境下、数据漂移比较严重；而且超声波水位计在测量时，会出现将窨井中的凸起物或窨井井壁等障碍物当做水面的情况，超声波脉冲遇到障碍物时返回，造成水位检测的不准确。

发明内容

本发明提供一种窨井水位监测系统及方法，以实现对城市窨井水位的精确监测。

第一方面，本发明实施例提供了一种窨井水位监测系统，包括：水位监测模块、数据采集处理模块、数据传输模块和监测中心；

所述水位监测模块设置于窨井中，所述水位监测模块包括雷达监测单元和/或压力监测单元，用于检测所述窨井中的水位信息；

所述数据采集处理模块用于接收所述水位监测模块检测到的所述水位信息进行计算得到水位数据并进行储存，且将所述水位数据通过所述数据传输模块上传至所述监测中心；

所述监测中心，用于根据所述水位数据进行信息展示和生成供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

可选的，所述雷达监测单元安装于所述压力监测单元上方位置。

可选的，所述雷达监测单元包括传感天线，所述传感天线用于向窨井内的水面发射雷达脉冲和接收水面的反射脉冲，从而得到所述水位信息。

可选的，所述压力监测单元采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容/电阻压力敏感传感器，将水位的静压转换成电信号输出所述水位信息。

可选的，还包括电源模块，用于对所述水位监测模块、所述数据采集处理模块和所述数据传输模块供电。

可选的，所述数据传输模块采用GPRS、NB-IoT或4G无线网络通讯进行所述水位数据上传。

第二方面，本发明实施例还提供了一种窨井水位监测方法，方法应用于如第一方面提供的窨井水位监测系统，其特征在于，包括：

水位监测模块检测窨井中的水位信息；

数据采集处理模块接收所述水位信息，计算得到水位数据并进行储存；

数据传输模块将所述水位数据上传至监测中心；

所述监测中心根据所述水位数据进行信息展示和生成供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

可选的，在所述水位监测模块检测窨井中的水位信息中包括：单采集模式和/或双采集模式；

所述单采集模式包括雷达监测单元或压力监测单元单独进行采集；

所述双采集模式包括雷达监测单元和压力监测单元配合进行采集。

可选的，所述双采集模式包括：

启动所述雷达监测单元进行所述水位信息采集；

判断所述雷达监测单元检测的所述水位信息是否有效；

若无效，则启动压力监测单元进行所述水位信息采集。

可选的，所述水位监测模块检测窨井中的水位信息时，包括：当所述水位数据达到或超过设定阈值时，水位信息采集和上传频率加快。

本发明通过在窨井内设置雷达监测单元和/或压力监测单元，针对不同情况时，采用不同的监测单元对窨井内的水位信息进行检测，解决传统的超声波水位计在窨井中测量水位时因为温度、湿度、凸起物和井壁等影响导致测量不准确的问题，实现准确检测窨井内水位信息和提升设备应用范围的效果；将检测到的水位信息和计算得到的水位数据上传至监测中心，根据实时数据结合进行信息展示和优化调度，为城市排水防涝工程调度、排水管网日常维护等提供依据。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种窨井水位监测系统的结构示意图；

图2A为本发明实施例二提供的一种窨井水位监测系统的安装示意图；

图2B为本发明实施例二提供的另一种窨井水位监测系统的安装示意图；

图3为本发明实施例三提供的一种窨井水位监测方法的流程图示意图；

图4为本发明实施例三提供的一种窨井水位监测方法的双采集模式的流程图示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种窨井水位监测系统的结构示意图，如图1所示，一种窨井水位监测系统1，包括：水位监测模块10、数据采集处理模块20、数据传输模块30和监测中心2；

所述水位监测模块10设置于窨井中，所述水位监测模块10包括雷达监测单元11和/或压力监测单元12，用于检测所述窨井中的水位信息；

所述数据采集处理模块20用于接收所述水位监测模块10检测到的所述水位信息进行计算得到水位数据并进行储存，且将所述水位数据通过所述数据传输模块30上传至所述监测中心2；

所述监测中心2，用于根据所述水位数据进行信息展示和生成排水供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

雷达监测单元11是利用电磁波探测目标的电子设备，雷达监测单元11可以为雷达传感器，采用雷达传感器的测试原理为发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得水位至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息，具有抗干扰能力强、无机械磨损、寿命长、易维护等优点，且雷达水位计测量结果与水质无关，不受浮冰等漂浮物影响；压力监测单元12根据压力与水深成正比关系的静水压力原理检测窨井中的水位，压力监测单元12可以为静压液位计、液位变送器、液位传感器和水位传感器等，压力监测单元12具有稳定性好、安装方便、结构简单、经济耐用等优点。

数据采集处理模块20通过通信线缆接收水位监测模块10检测到的水位信息，数据采集处理模块20通过相应的水位计算公式计算出当前水位数据并进行储存，且将水位数据上传至监测中心2，监测中心2根据实时数据结合相应的软件分析可实时对现场情况进行可视化监控，实现系统运行无人值守、有人管理的模式；并且监测中心2还可以提供综合信息服务、工程运行维护管理等信息展示，同时根据监测数据对城市排水管网的运行进行优化调度，避免发生污水倒灌和城市内涝等情况，为城市排水防涝工程调度、排水管网日常维护等提供依据，保护周边水环境和避免财产损失。

进一步的，数据采集处理模块20还用于调试雷达监测单元11和/或压力监测单元12和配置监测单元的参数。可通过手动操作数据采集处理模块20或通过监测中心2远程控制数据采集处理模块20，对雷达监测单元11和/或压力监测单元12进行检测调试和参数设置，示例性的，设置检测水位信息和上报水位数据的频率参数、测量精度等。

本发明通过在窨井内设置雷达监测单元和/或压力监测单元，针对不同水位情况时，采用不同的监测单元对窨井内的水位信息进行检测，解决传统超声波水位计在窨井中测量水位时因为温度、湿度、凸起物和井壁等影响导致测量不准确的问题，实现准确检测窨井内水位信息和提升设备应用范围的效果；将检测到的水位信息和计算得到的水位数据上传至监测中心，根据实时数据结合进行信息展示和优化调度，为城市排水防涝工程调度、排水管网日常维护等提供依据。

实施例二

图2A为本发明实施例一提供的一种窨井水位监测系统的安装示意图，如图2所示，可选的，所述雷达监测单元11安装于所述压力监测单元12上方位置。根据工作原理，雷达监测单元11需要与窨井3的水面34保持一定距离，压力监测单元12需要浸没在窨井3的水面34之下；进一步的，压力监测单元12通过支架4固定安装在窨井3下方管道31靠近底部处，距离底部距离至少5cm高度，防止被沉积物覆盖影响检测的准确性；雷达监测单元11通过支架4固定于距离井盖32保持至少5cm的高度，雷达监测单元11安装时尽量远离电磁干扰源，支架4依靠螺丝5固定于窨井3壁。

可选的，所述雷达监测单元11包括传感天线(未示出)，所述传感天线用于向窨井3内的水面34发射雷达脉冲和接收水面34的反射脉冲，从而计算得出所述水位数据。具体为，传感天线发射雷达脉冲，传感天线接收从水面反射回来的脉冲，雷达监测单元11记录时间T，并传输至数据采集处理模块20，由于电磁波的传播速度C是个常数，数据采集处理模块20根据公式D＝C*T得出到水面的距离D。

可选的，所述压力监测单元12采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容/电阻压力敏感传感器，将水位的静压转换成电信号输出所述水位信息。当窨井3下方管道31内的水位上升时，传感器迎液面受到压力的同时，通过不锈钢膜片将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的压力，将水位的静压转换成电信号输出值数据采集处理模块20，从而计算出传感器测得压力为：P＝ρ*g*H。通过测量压力P，可以得到液位深度：H＝P/(ρ*g)，其中，ρ为水体密度，g为当地的重力加速度。所述压力监测单元12外部加上防护网/透水土工布、避免被水流冲击或异物覆盖。进一步的，在窨井3下方管道中设置在沉砂池33上方，沉砂池33将管道中水流中的砂进行沉降，避免水流中的泥砂冲击压力监测单元12，造成损坏。

可选的，还包括电源模块(未示出)，用于对所述水位监测模块10、所述数据采集处理模块20和所述数据传输模块30供电。电源模块可以为蓄电池或一次性电池。

可选的，所述数据传输模块30采用GPRS、NB-IoT或4G无线网络通讯进行所述水位数据上传。所述数据传输模块30包括内置的GPRS子模块(未示出)、NB-IoT子模块(未示出)和4G子模块(未示出)，进一步的，还可以扩展LoRa、5G等无线网络通讯方式进行水位数据上传。

可选的，数据传输模块30还包括通讯天线40，数据传输模块30通过通讯天线40向监测中心发送检测和计算数据。所述数据传输模块30可与所述数据采集处理模块20和所述电源模块一起集成固定在一个防爆箱内，并通过支架4固定在窨井3的井壁上，通信线缆采用PVC管/铝管/不锈钢管防护安装，通讯天线通过打孔固定在井盖32周边。

可选的，还包括故障检测模块(未示出)，检测水位监测模块测到的水位信息是否有效，当检测到雷达监测单元11检测的水位信息无效时，启动压力监测单元12进行水位信息采集，若雷达监测单元11和压力监测单元12检测到的水位信息均无效时，上报故障信息至监测中心2。

如图2B所示，在一替代实施例中，数据采集处理模块20、数据传输模块30和通讯天线40可以设置在窨井3上方的地面，窨井盖32对窨井3内的雷达监测单元11和压力监测单元12进行保护；数据采集处理模块20和数据传输模块30设置于立杆6上，雷达监测单元11和压力监测单元12检测到的所述窨井3中的水位信息通过通讯线缆9传输至数据采集处理模块20；立杆6固定于地笼7的立杆安装面8，地笼7深入地面，保证了立杆4的稳固；还包括太阳能板50，太阳能板50设置于立杆6上端，用以将太阳能转换成电能储存于电池模块，实现清洁能源利用，还可以接市电对水位监测模块、数据采集处理模块和数据传输模块供电。

实施例三

图3为本发明实施例三提供的一种窨井水位监测方法的流程图示意图；图4为本发明实施例三提供的一种窨井水位监测方法的双采集模式的流程图示意图。

本实施例可适用于监测窨井的水位的情况，该方法可以由上述实施例中的一种窨井水位监测系统来执行，具体包括如下步骤：

步骤310、水位监测模块检测窨井中的水位信息。

设备上电后，水位监测模块开始根据预设的检测频率检测窨井中的水位信息，并将相关数据传输至数据采集处理模块。

步骤320、数据采集处理模块接收水位信息，计算得到水位数据并进行储存。

数据采集处理模块根据接收到的水位信息进行计算得出当前水位数据，并将水位数据储存。

步骤330、数据传输模块将水位数据上传至监测中心。

步骤340、监测中心根据水位信息进行信息展示和生成供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

监测中心根据实时数据结合相应的软件分析可实时对现场情况进行可视化监控，实现系统运行无人值守、有人管理的模式；并且监测中心还可以提供综合信息服务、工程运行维护管理等信息展示，同时可以对城市排水管网的运行提供优化数据。

在上述技术方案的基础上，步骤310包括两种检测水位信息的模式，单采集模式和双采集模式，其中，单采集模式使用雷达监测单元或压力监测单元单独进行采集，定时检测水位信息、定时上报水位数据。当水位值达到或超过设定阈值时，此时城市排水管网的水流量较大，可能会发生内涝灾害，需要及时了解水位变化情况，因此水位监测模块检测水位信息和上报水位数据的频率加快；进一步的，当水位值小于设定阈值时，此时城市排水管网的水流量较小，没有发生灾害的可能，因此可以降低水位监测模块检测水位信息和上报水位数据的频率，从而降低能源消耗；双采集模式使用雷达监测单元和压力监测单元配合进行采集，根据水位数据开启不同检测单元，以保证水位数据检测的准确性。进一步的，数据采集处理模块可以控制水位监测模块在单采集模式和双采集模式之间切换。如图4所示，在采用双采集模式时，包括以下具体步骤：

步骤410、启动雷达监测单元进行水位信息采集。

为避免水位较低时，压力监测单元没有浸没在水中无法准确检测水位信息，因此，优先开启雷达监测单元进行水位信息采集。

步骤420、判断雷达监测单元检测的水位信息是否有效；若有效，则继续执行步骤410；若无效，则执行步骤430。

如果窨井中的水淹没了雷达监测单元或者雷达监测单元出现故障，则雷达监测单元检测的水位信息会出现无效的情况。

步骤430、启动压力监测单元进行水位信息采集。

雷达监测单元无法正常使用时，启动压力监测单元进行水位信息采集，从而监测中心根据水位数据判断出现雷达监测单元检测的水位信息出现无效的原因，若水位太高则及时调整排水管网的运行状态，若雷达监测单元出现故障则及时安排维修人员进行维修。

将接触式测量和非接触式测量结合进行水位信息检测，实现二者优势互补，提升了系统的应用范围。

进一步的，还可以开启单采集模式，使用雷达监测单元或压力监测单元单独进行采集，当其中一种监测单元检测的水位信息无效时，及时切换至另一种监测单元进行采集。其中，压力监测单元检测到的水位信息无效时，可能由于水位较低或压力监测单元出现故障；雷达监测单元检测的水位信息无效时，窨井中的水淹没了雷达监测单元或者雷达监测单元出现故障。

若雷达监测单元和压力监测单元检测到的水位信息均无效时，此时至少一种监测单元存在故障，数据采集处理模块通过数据传输模块上报故障信息至监测中心，提醒工作人员及时安排维修人员进行维修。

在水位监测模块监测窨井中的水位过程中，若采集到的水位数据达到或超过设定阈值时，此时管道的水流量较大，可能会发生内涝灾害，需要及时了解水位变化情况，因此水位信息采集和上传频率需要加快；进一步的，当两次相邻间隔采集的数据或一段时间内采集的数据变化较大时，此时管道内的水位上升较快，需要及时关注水位变化，因此水位信息采集和上传频率也需要加快。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种窨井水位监测系统，其特征在于，包括：水位监测模块、数据采集处理模块、数据传输模块和监测中心；

所述水位监测模块设置于窨井中，所述水位监测模块包括雷达监测单元和/或压力监测单元，用于检测所述窨井中的水位信息；

所述数据采集处理模块用于接收所述水位监测模块检测到的所述水位信息进行计算得到水位数据并进行储存，且将所述水位数据通过所述数据传输模块上传至所述监测中心；

所述监测中心，用于根据所述水位数据进行信息展示和生成供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

2.根据权利要求1所述的窨井水位监测系统，其特征在于，所述雷达监测单元安装于所述压力监测单元上方位置。

3.根据权利要求1所述的窨井水位监测系统，其特征在于，所述雷达监测单元包括传感天线，所述传感天线用于向窨井内的水面发射雷达脉冲和接收水面的反射脉冲，从而得到所述水位信息。

4.根据权利要求1所述的窨井水位监测系统，其特征在于，所述压力监测单元采用隔离型扩散硅敏感元件或陶瓷电容/电阻压力敏感传感器，将水位的静压转换成电信号输出所述水位信息。

5.根据权利要求1所述的窨井水位监测系统，其特征在于，还包括电源模块，用于对所述水位监测模块、所述数据采集处理模块和所述数据传输模块供电。

6.根据权利要求1所述的窨井水位监测系统，其特征在于，所述数据传输模块采用GPRS、NB-IoT或4G无线网络通讯进行所述水位数据上传。

7.一种窨井水位监测方法，方法应用于如权利要求1-6任意一项所述的窨井水位监测系统，其特征在于，包括：

水位监测模块检测窨井中的水位信息；

数据采集处理模块接收所述水位信息，计算得到水位数据并进行储存；

数据传输模块将所述水位数据上传至监测中心；

所述监测中心根据所述水位数据进行信息展示和生成供管理部门使用的排水调度决策依据数据。

8.根据权利要求7所述的窨井水位监测方法，其特征在于，在所述水位监测模块检测窨井中的水位信息中包括：单采集模式和/或双采集模式；

所述单采集模式包括雷达监测单元或压力监测单元单独进行采集；

所述双采集模式包括雷达监测单元和压力监测单元配合进行采集。

9.根据权利要求8所述的窨井水位监测方法，其特征在于，所述双采集模式包括：

启动所述雷达监测单元进行所述水位信息采集；

判断所述雷达监测单元检测的所述水位信息是否有效；

若无效，则启动压力监测单元进行所述水位信息采集。

10.根据权利要求7所述的窨井水位监测方法，其特征在于，所述水位监测模块检测窨井中的水位信息时，包括：当所述水位数据达到或超过设定阈值时，水位信息采集和上传频率加快。

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