CN113269469B - 一种用于城市地下排水的管道远程监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，涉及管道远程控制技术领域，解决了现有技术地下排水管道规划时不能够对区域进行划分，且不能够准确分析判断是否存在规划，导致规划成本增高的技术问题，通过区域分析单元对区域进行分析，判断各个子区域的地下排水需求，同时根据预测规划判断是否适合进行管道搭建，防止管道搭建后需要重新拆除，导致规划成本增高，严重降低了地下排水的工作效率也增加了工人的返工强度，带来不必要的浪费，对高需求区域进行分析判断，防止地下排水管道安装后对应区域进行建筑规划，导致地下排水管道需要拆除，严重增大规划成本。

Description

一种用于城市地下排水的管道远程监控系统

技术领域

本发明涉及管道远程控制技术领域，具体为一种用于城市地下排水的管道远程监控系统。

背景技术

城市地下管线是指城市范围内供水、排水、燃气、热力、电力、通信、广播电视、工业等管线及其附属设施，是保障城市运行的重要基础设施和“生命线”；近年来，各地由地下管网问题引发的城市内涝、道路塌陷、管线爆裂等事故呈高发态势，由于不掌握地下管线的基本信息，城市道路屡屡受到影响，不少城市出现群众反映强烈的排水问题；

在申请号为CN2018100581224的专利中，涉及雨水收集利用与防洪防涝技术领域，特别是涉及一种基于自动化控制的城市排水防涝智慧管控系统，包括设置在地面以下的防洪调节池，防洪调节池的上部设置一初期雨水净化装置，初期雨水净化装置的雨水进口处设置一格栅，防洪调节池内纵向设置一溢流墙，溢流墙的上部设置一水位传感器，水位传感器与一浮球连接，溢流墙的下端部与泄水闸阀连接，溢流墙的外侧设置市政排水管道，地面上设置一信号收发器，信号收发器与水位传感器通过电连接；

但其仍然存在地下排水管道规划时不能够对区域进行划分，以及后续安装的管道，难以根据区域类型进行合理规划，并在地下排水管网搭建后，也不能够对管网内各个管道信息进行分类储存的逐级关联性状况；

针对上述的整体式技术缺陷，现提供一种解决方案。

发明内容

本发明的目的就在于提出一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，对于现有技术解决下列的技术问题：

1、首先，地下排水管道规划时不能够对区域进行划分，且不能够准确分析判断是否存在规划，导致规划成本增高的技术问题；

2、其次，在解决第一项技术问题的基础上，管道安装难以根据区域类型进行合理规划，导致管道安装不当造成返工的技术问题；

3、最后，在第一项、第二项技术问题的基础上，在地下排水管网搭建后，也不能够对管网内各个管道信息进行分类储存，导致管网错综复杂造成管网维护或者维修不便的技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，包括区域分析单元、管道安装单元、信息储存单元、远程管控平台、管道监测单元以及管网分析单元；

所述区域分析单元用于对区域进行分析，具体区域分析过程如下：

步骤S1：以污水处理厂为基准点构建规划区域，在规划区域内设置区域周界，且规划区域通过区域周界划分为i个子区域，i为大于1的自然数；

步骤S2：获取各个子区域的居住人口数量与污水日排放量，若居住人口数量≥人口数量阈值或者污水日排放量≥污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求大，将对应子区域标记为高需求区域；若居住人口数量＜人口数量阈值且污水日排放量＜污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求小，将对应子区域标记为低需求区域；高需求区域设置地下排水主管道，低需求区域设置地下排水支管道；

步骤S3：获取到高需求区域的闲置空地面积与人口增长速度，若高需求区域的闲置空地面积≥闲置空地面积阈值且人口增长速度≥增长速度阈值，则判定对应高需求区域存在纵向规划，将对应高需求区域标记为管道围绕区域；若高需求区域的闲置空地面积＜闲置空地面积阈值或者人口增长速度＜增长速度阈值，则判定对应高需求区域不存在纵向规划，将对应高需求区域标记为正常安装区域；纵向规划表示为需要构建地基的房屋建造规划，管道围绕区域表示为安装地下排水管道时需将管道安装在对应区域的边界位置处的区域，若管道围绕区域地下须安装管道，则管道仅为支管道；正常安装区域为安装地下排水管道时无限制条件的区域；

步骤S4：将高需求区域、低需求区域、正常安装区域以及管道围绕区域发送至远程管控平台和管道安装单元。

进一步的，所述管道安装单元用于对管道安装进行规划，具体规划过程如下：

步骤SS1：根据规划区域内各个子区域的位置以及区域类型，对应匹配主管道和支管道，构建规划模型，将匹配好的主管道和支管道通过三维建模技术在三维软件进行建模，并将建模成功的主管道和支管道进行连接，管道连接后构建规划管网；

步骤SS2：工人根据规划管网在对应区域地面进行划线，完成划线后对划线区域进行混合开挖，混合开挖表示为机械挖土和人工挖土；

步骤SS3：将管道进行铺设，并以管道连接处为节点进行闭水试验，随机选取两个管道连接处为检测节点，以预制块封住管道口，并将管道内注满水，若24小时内无水渗漏，则闭水试验合格，若24小时有水渗漏，则闭水试验不合格，将对应管道标记为返工管道，并将返工管道发送至远程控制平台；

步骤SS4：管道铺设结束后，生成管网构建完成信号并将官网构建完成信号发送至信息储存单元。

进一步的，所述信息储存单元接收到管网构建完成信号后，获取管网信息并将管网对应管道进行信息储存，具体获取储存过程如下：

步骤T1：将管网进行网格区域划分，并将网格区域标记为o，o=1，2，……，m，m为正整数，将各个网格区域内的主管道和支管道按照排水方向进行排序，并将主管道标记为k，将支管道标记为p，其中，k为大于1的自然数，p为自然数，即网格区域支管道数量可以为零；

步骤T2：构建储存区块，并将储存区块设置主名称和子名称，即将网格区域o设置为主名称，将主管道和支管道设置为子名称，将储存区块标记QK，且储存区块的数量为大于1的自然数，构建储存区块集合A{QK111，QK122，……，QKokp}，其中，QK122表示为标号为1的网格区域对应第一主管道内第一支管道的对应储存区块，且当网格区域标号为2时，则集合子集为QK2开头；

步骤T3：获取到各个管道的管道信息，并根据各个管道的地理位置获取到对应的储存区块，将各个管道的管道信息存入对应储存区块，各个网格区域完成储存时生成存储成功信号并将存储成功信号发送至远程控制平台。

进一步的，所述管网分析单元用于对储存集合内子集对应的运行数据进行分析，从而对管网进行检测，运行数据为排放量数据与时长数据，排放量数据为储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值，时长数据为储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长，防止管道不满足排水需求，导致排水效率降低，同时防止管道满足排水需求但成本存在浪费，导致排水工作成本升高，具体分析检测过程如下：

步骤TT1：获取到储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值，并将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值标记为BZ；

步骤TT2：获取到储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长，并将储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长标记为SC；

步骤TT3：将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值与平均每天排水时长分别对应与比值阈值和排水时长阈值进行比较。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中，通过区域分析单元对区域进行分析，判断各个子区域的地下排水需求，同时根据预测规划判断是否适合进行管道搭建，防止管道搭建后需要重新拆除，导致规划成本增高，严重降低了地下排水的工作效率也增加了工人的返工强度，带来不必要的浪费，对高需求区域进行分析判断，防止地下排水管道安装后对应区域进行建筑规划，导致地下排水管道需要拆除，严重增大规划成本；

2、本发明中，通过管道安装单元对管道安装进行规划，根据规划区域内各个子区域的位置以及区域类型，对应匹配主管道和支管道，构建规划模型，将匹配好的主管道和支管道通过三维建模技术在三维软件进行建模，并将建模成功的主管道和支管道进行连接，管道连接后构建规划管网防止出现管道安装不当，根据区域类型进行规划，减少返工的风险；完成划线后对划线区域进行混合开挖，混合开挖表示为机械挖土和人工挖土，机械挖土能够降低工人工作强度，减少工作时间，人工挖土能够把控坑内尺寸，提高了管道施工的准确性；

3、本发明中，通过信息储存单元接收到管网构建完成信号后，获取管网信息并将管网对应管道进行信息储存，对管网信息进行获取并分类储存，防止管网错综复杂导致管网维护或者维修不便，增大工作人员的劳动强度；

4、本发明中，通过网分析单元对储存集合内子集对应的运行数据进行分析，从而对管网进行检测，防止管道不满足排水需求，导致排水效率降低，同时防止管道满足排水需求但成本存在浪费，导致排水工作成本升高。

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。

图1为本发明的原理框图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，包括区域分析单元、管道安装单元、信息储存单元、远程管控平台、管道监测单元以及管网分析单元，其中，远程管控平台与区域分析单元、管道监测单元、管网分析单元、管道安装单元以及信息储存单元均为双向通讯连接，区域分析单元与管道安装单元、管道安装单元与信息储存单元均为单向通讯连接；

区域分析单元用于对区域进行分析，判断各个子区域的地下排水需求，同时根据预测规划判断是否适合进行管道搭建，防止管道搭建后需要重新拆除，导致规划成本增高，严重降低了地下排水的工作效率也增加了工人的返工强度，带来不必要的浪费，具体区域分析过程如下：

步骤S1：以污水处理厂为基准点构建规划区域，在规划区域内设置区域周界，且规划区域通过区域周界划分为i个子区域，i为大于1的自然数；

步骤S2：获取各个子区域的居住人口数量与污水日排放量，若居住人口数量≥人口数量阈值或者污水日排放量≥污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求大，将对应子区域标记为高需求区域；若居住人口数量＜人口数量阈值且污水日排放量＜污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求小，将对应子区域标记为低需求区域；高需求区域设置地下排水主管道，低需求区域设置地下排水支管道；

步骤S3：获取到高需求区域的闲置空地面积与人口增长速度，若高需求区域的闲置空地面积≥闲置空地面积阈值且人口增长速度≥增长速度阈值，则判定对应高需求区域存在纵向规划，将对应高需求区域标记为管道围绕区域；若高需求区域的闲置空地面积＜闲置空地面积阈值或者人口增长速度＜增长速度阈值，则判定对应高需求区域不存在纵向规划，将对应高需求区域标记为正常安装区域；纵向规划表示为需要构建地基的房屋建造规划，管道围绕区域表示为安装地下排水管道时需将管道安装在对应区域的边界位置处的区域，若管道围绕区域地下须安装管道，则管道仅为支管道；正常安装区域为安装地下排水管道时无限制条件的区域；对高需求区域进行分析判断，防止地下排水管道安装后对应区域进行建筑规划，导致地下排水管道需要拆除，严重增大规划成本；

步骤S4：将高需求区域、低需求区域、正常安装区域以及管道围绕区域发送至远程管控平台和管道安装单元；

远程管控平台接收到高需求区域、低需求区域、正常安装区域以及管道围绕区域后，生成管道安装信号并将管道安装信号发送至管道安装单元，管道安装单元接收到管道安装信号后进行管道安装；

管道安装单元用于对管道安装进行规划，根据区域类型进行规划，防止出现管道安装不当，减少返工的风险，区域类型为高需求区域、低需求区域、正常安装区域以及管道围绕区域，具体规划过程如下：

步骤SS1：根据规划区域内各个子区域的位置以及区域类型，对应匹配主管道和支管道，构建规划模型，将匹配好的主管道和支管道通过三维建模技术在三维软件进行建模，并将建模成功的主管道和支管道进行连接，管道连接后构建规划管网；

步骤SS2：工人根据规划管网在对应区域地面进行划线，完成划线后对划线区域进行混合开挖，混合开挖表示为机械挖土和人工挖土，机械挖土能够降低工人工作强度，减少工作时间，人工挖土能够把控坑内尺寸，提高了管道施工的准确性；

步骤SS3：将管道进行铺设，并以管道连接处为节点进行闭水试验，随机选取两个管道连接处为检测节点，以预制块封住管道口，并将管道内注满水，若24小时内无水渗漏，则闭水试验合格，若24小时有水渗漏，则闭水试验不合格，将对应管道标记为返工管道，并将返工管道发送至远程控制平台；

步骤SS4：管道铺设结束后，生成管网构建完成信号并将官网构建完成信号发送至信息储存单元；

信息储存单元接收到管网构建完成信号后，获取管网信息并将管网对应管道进行信息储存，对管网信息进行获取并分类储存，管网信息表示为管网内主管道和支管道的安装位置与安装时间，管网错综复杂防止后期维护查询繁琐，具体获取储存过程如下：

步骤T1：将管网进行网格区域划分，并将网格区域标记为o，o=1，2，……，m，m为正整数，将各个网格区域内的主管道和支管道按照排水方向进行排序，并将主管道标记为k，将支管道标记为p，其中，k为大于1的自然数，p为自然数，即网格区域支管道数量可以为零；

步骤T2：构建储存区块，并将储存区块设置主名称和子名称，即将网格区域o设置为主名称，将主管道和支管道设置为子名称，将储存区块标记QK，且储存区块的数量为大于1的自然数，构建储存区块集合A{QK111，QK122，……，QKokp}，其中，QK122表示为标号为1的网格区域对应第一主管道内第一支管道的对应储存区块，且当网格区域标号为2时，则集合子集为QK2开头；

步骤T3：获取到各个管道的管道信息，并根据各个管道的地理位置获取到对应的储存区块，将各个管道的管道信息存入对应储存区块，各个网格区域完成储存时生成存储成功信号并将存储成功信号发送至远程控制平台；

远程控制平台接收到储存成功信号后生成实时更新信号并将实时更新的管道信息发送至对应储存区块内；对管网各个管道进行信息划分储存，防止管网错综复杂导致管网维护或者维修不便，增大工作人员的劳动强度，同时生成管网分析信号并将管网分析信号发送至管网分析单元，管网分析单元接收到管网分析信号后对管网进行分析；

管网分析单元用于对储存集合内子集对应的运行数据进行分析，从而对管网进行检测，运行数据为排放量数据与时长数据，排放量数据为储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值，时长数据为储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长，防止管道不满足排水需求，导致排水效率降低，同时防止管道满足排水需求但成本存在浪费，导致排水工作成本升高，具体分析检测过程如下：

步骤TT1：获取到储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值，并将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值标记为BZ；

步骤TT2：获取到储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长，并将储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长标记为SC；

步骤TT3：将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值与平均每天排水时长分别对应与比值阈值和排水时长阈值进行比较：

若储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值≥比值阈值，且平均每天排水时长≥排水时长阈值，则判定对应管道不满足排水需求，将对应管道标记为更换管道，并将更换管道发送至远程管控平台；

若储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值＜比值阈值或者且平均每天排水时长＜排水时长阈值，则判定对应管道满足排水需求，且存在管道成本浪费，将对应管道标记为替换管道，并将替换管道发送至远程管控平台；

若储存集合内子集对应管道的最大排放量与平均每天排水时长中任一数据且仅有一数据＜对应区域，则判定对应管道使用正常，生成管道正常信号并将管道正常信号发送至远程管控平台。

实施例2：

管道监测单元用于对管网内连接处进行分析，防止管道出现压力问题，导致管道破损影响排水效率，具体分析过程如下：

步骤一、在管网内随机抽选一段管道并将其标记为检测管道，且检测管道须跨网格区域；

步骤二、获取到检测管道未工作时各个连接处的压力值，并构建未工作压力集合{X1，X2，……，Xj}，j为大于1的自然数，其中，X2表示为检测管道未工作时，以水流方向为顺序排序第二的连接处对应压力值；

步骤三、获取到检测管道工作时各个连接处的压力值，并构建工作压力集合{Z1，Z2，……，Zj}，其中，Z2表示为检测管道工作时，以水流方向为顺序排序第二的连接处对应压力值；

步骤四、将检测管道的工作压力集合与未工作压力集合进行差值计算，并将对应子集的差值与压力差值阈值进行比较，若对应子集的差值≥压力差之阈值，则判定对应子集压力异常，将其标记为压力异常连接处，若对应子集的差值＜压力差之阈值，则判定对应子集压力正常，将其标记为压力正常连接处；

步骤五、获取到压力异常连接处和压力正常连接处的数量，若压力异常连接处数量＜正常连接处的数量，且压力异常连接处数据＜正常连接处的数量的10%，则判定检测管道正常，反之则判定检测管道异常，生成管道异常信号并将管道异常信号和对应管道发送至远程管控平台。

本发明的工作原理：

一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，在工作时，通过区域分析单元对区域进行分析，判断各个子区域的地下排水需求，同时根据预测规划判断是否适合进行管道搭建，防止管道搭建后需要重新拆除，导致规划成本增高，严重降低了地下排水的工作效率也增加了工人的返工强度，带来不必要的浪费，对高需求区域进行分析判断，防止地下排水管道安装后对应区域进行建筑规划，导致地下排水管道需要拆除，严重增大规划成本；通过管道安装单元对管道安装进行规划，根据规划区域内各个子区域的位置以及区域类型，对应匹配主管道和支管道，构建规划模型，将匹配好的主管道和支管道通过三维建模技术在三维软件进行建模，并将建模成功的主管道和支管道进行连接，管道连接后构建规划管网防止出现管道安装不当，根据区域类型进行规划，减少返工的风险；完成划线后对划线区域进行混合开挖，混合开挖表示为机械挖土和人工挖土，机械挖土能够降低工人工作强度，减少工作时间，人工挖土能够把控坑内尺寸，提高了管道施工的准确性。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况进行设置。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，其特征在于，包括区域分析单元、管道安装单元、信息储存单元、远程管控平台、管道监测单元以及管网分析单元；

所述区域分析单元用于对区域进行分析，具体区域分析过程如下：

步骤S1：以污水处理厂为基准点构建规划区域，在规划区域内设置区域周界，且规划区域通过区域周界划分为i个子区域，i为大于1的自然数；

步骤S2：获取各个子区域的居住人口数量与污水日排放量，若居住人口数量≥人口数量阈值或者污水日排放量≥污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求大，将对应子区域标记为高需求区域；若居住人口数量＜人口数量阈值且污水日排放量＜污水日排放量阈值，则判定对应子区域地下排水需求小，将对应子区域标记为低需求区域；高需求区域设置地下排水主管道，低需求区域设置地下排水支管道；

步骤S3：获取到高需求区域的闲置空地面积与人口增长速度，若高需求区域的闲置空地面积≥闲置空地面积阈值且人口增长速度≥增长速度阈值，则判定对应高需求区域存在纵向规划，将对应高需求区域标记为管道围绕区域；若高需求区域的闲置空地面积＜闲置空地面积阈值或者人口增长速度＜增长速度阈值，则判定对应高需求区域不存在纵向规划，将对应高需求区域标记为正常安装区域；纵向规划表示为需要构建地基的房屋建造规划，管道围绕区域表示为安装地下排水管道时需将管道安装在对应区域的边界位置处的区域，若管道围绕区域地下须安装管道，则管道仅为支管道；正常安装区域为安装地下排水管道时无限制条件的区域；

步骤S4：将高需求区域、低需求区域、正常安装区域以及管道围绕区域发送至远程管控平台和管道安装单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，其特征在于，所述管道安装单元用于对管道安装进行规划，具体规划过程如下：

步骤SS1：根据规划区域内各个子区域的位置以及区域类型，对应匹配主管道和支管道，构建规划模型，将匹配好的主管道和支管道通过三维建模技术在三维软件进行建模，并将建模成功的主管道和支管道进行连接，管道连接后构建规划管网；

步骤SS2：工人根据规划管网在对应区域地面进行划线，完成划线后对划线区域进行混合开挖，混合开挖表示为机械挖土和人工挖土；

步骤SS3：将管道进行铺设，并以管道连接处为节点进行闭水试验，随机选取两个管道连接处为检测节点，以预制块封住管道口，并将管道内注满水，若24小时内无水渗漏，则闭水试验合格，若24小时有水渗漏，则闭水试验不合格，将对应管道标记为返工管道，并将返工管道发送至远程控制平台；

步骤SS4：管道铺设结束后，生成管网构建完成信号并将官网构建完成信号发送至信息储存单元。

3.根据权利要求1所述的一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，其特征在于，所述信息储存单元接收到管网构建完成信号后，获取管网信息并将管网对应管道进行信息储存，具体获取储存过程如下：

步骤T1：将管网进行网格区域划分，并将网格区域标记为o，o=1，2，……，m，m为正整数，将各个网格区域内的主管道和支管道按照排水方向进行排序，并将主管道标记为k，将支管道标记为p；

步骤T2：构建储存区块，并将储存区块设置主名称和子名称，即将网格区域o设置为主名称，将主管道和支管道设置为子名称，将储存区块标记QK，且储存区块的数量为大于1的自然数，构建储存区块集合A{QK111，QK122，……，QKokp}；

步骤T3：获取到各个管道的管道信息，并根据各个管道的地理位置获取到对应的储存区块，将各个管道的管道信息存入对应储存区块，各个网格区域完成储存时生成存储成功信号并将存储成功信号发送至远程控制平台。

4.根据权利要求1所述的一种用于城市地下排水的管道远程监控系统，其特征在于，所述管网分析单元用于对储存集合内子集对应的运行数据进行分析，从而对管网进行检测，具体分析检测过程如下：

步骤TT1：获取到储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值，并将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值标记为BZ；

步骤TT2：获取到储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长，并将储存集合内子集对应管道的平均每天排水时长标记为SC；

步骤TT3：将储存集合内子集对应管道的最大排放量与孔径的比值与平均每天排水时长分别对应与比值阈值和排水时长阈值进行比较。

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