CN114880967A - 一种能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统 - Google Patents

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杨世庄
李济善
霍柳行
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Abstract

本发明提供一种能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统。所述能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统包括：优化决策系统、数据库服务器、监控系统、气象系统、数据管理系统和计算机；所述数据库服务器包括有实时数据库和历史数据库；所述气象系统与实时数据库连接；所述监控系统与实时数据库连接；所述实时数据库与历史数据库通过数据管理系统连接；所述实时数据库与历史数据库共同连接有一个数据查询系统。本发明提供的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统可以降低损失，同时可以保证城市生活的正常运转，进而来增强城市的防洪抗灾能力,并且可以节约能源，保护环境，使其具有很高的推广价值的优点。

Description

一种能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统
技术领域
本发明属于防洪排涝工程技术领域，尤其涉及一种能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统。
背景技术
随着城市防洪规划在全国的迅速普及，城市防洪排涝工作进入了既注重沿河设防的防治洪灾之源模式，又注重保护洪灾受害目标的防护结合模式的新时期；
当城市出现洪水汛情时，防汛部门出动大量的人员和车辆到各现场进行防洪排涝工作，如果没有统一的指挥调度，整个工作会混乱不堪，无法及时有效的开展工作，而如果指挥调度中心无法实时的掌握受灾现场情况、人员车辆位置情况，就无法高效准确的做出决策并发布调度命令，造成额外损失，相关技术中，公开了一种城市防洪排涝调度管控系统，包括信息采集设备、数据库服务器、监测终端、命令发布设备和命令接收设备；信息采集设备与数据库服务器通信连接，数据库服务器与监测终端通信连接，命令发布设备与数据库服务器通信连接，命令发布设备与命令接收设备通信连接。本发明通过速度传感器、定位仪和视频设备对防汛人员、车辆及现场信息进行采集，通过数据库服务器对信息进行分布式存储，通过监测终端实时监测防汛工作进展，通过命令发布设备和命令接收设备完成防汛调度工作，对防汛排涝工作进行综合管理调度，使整个防汛排涝工作过程思路清晰、调度准确合理，提高了防汛排涝工作的工作效率，改善了防汛排涝工作的工作效果。
但是，上述结构中还存在不足之处，考虑到城市管网规划与整体布局，加上排水设施建设投人大、工期长,运营费用高。
因此，有必要提供一种新的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统解决上述技术问题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可以降低损失，同时可以保证城市生活的正常运转，进而来增强城市的防洪抗灾能力,并且可以节约能源，保护环境，使其具有很高的推广价值的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统。
为解决上述技术问题，本发明提供的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统包括：优化决策系统、数据库服务器、监控系统、气象系统、数据管理系统和计算机；
所述数据库服务器包括有实时数据库和历史数据库；
所述气象系统与实时数据库连接；
所述监控系统与实时数据库连接；
所述实时数据库与历史数据库通过数据管理系统连接；
所述实时数据库与历史数据库共同连接有一个数据查询系统；
所述数据查询系统与优化决策系统连接。
作为本发明的进一步方案，所述计算机上设有人机接口，所述计算机上包括有屏幕显示系统、防汛应急辅助系统、河道管理辅助系统和管网管理辅助系统。
作为本发明的进一步方案，所述优化决策系统通过人机接口与计算机连接，所述优化决策系统上连接有GPS系统和管网模型系统。
作为本发明的进一步方案，所述管网模型系统是以排水模型的基础建立的，所述管网模型系统是被模拟成一系列的管道连接到一系列的节点，而节点代表那些具有特殊测量意义和功能的点(比如堰、泵站、人孔、排水口、虚拟蓄水池等等)，且对于每段排水管是利用圣维南方程组进行分析和计算得出：
Figure BDA0003646986190000021
其中，式中：Z－为水位；
Q－为流量；
t－为时间；
l－为管道长度；
R－为管道直径；
A－为过水截面积；
K－为流量模数；
g－为重力加速度；
由上述可见，圣维南方程组是具有两个独立变量l与t和两个从属变量Z与Q的一阶拟线性双曲型微分方程组，且求解采用为MIKEURBAN软件，以便精确计算水位
Figure BDA0003646986190000031
与流量
Figure BDA0003646986190000032
与相关技术相比较，本发明提供的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统具有如下有益效果：
1、本发明通过使洪水造成的损失减到最小，同时可以保证城市生活的正常运转,增强城市的防洪抗灾能力,进而可以提高城市的现代化水平,同时节约能源，保护环境，且具有很高的推广价值。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
请结合参阅图1，其中，图1为本发明的原理框图。能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统包括：优化决策系统、数据库服务器、监控系统、气象系统、数据管理系统和计算机；
所述数据库服务器包括有实时数据库和历史数据库；
所述气象系统与实时数据库连接；
所述监控系统与实时数据库连接；
所述实时数据库与历史数据库通过数据管理系统连接；
所述实时数据库与历史数据库共同连接有一个数据查询系统；
所述数据查询系统与优化决策系统连接。
所述计算机上设有人机接口，所述计算机上包括有屏幕显示系统、防汛应急辅助系统、河道管理辅助系统和管网管理辅助系统。
所述优化决策系统通过人机接口与计算机连接，所述优化决策系统上连接有GPS系统和管网模型系统。
所述管网模型系统是以排水模型的基础建立的，所述管网模型系统是被模拟成一系列的管道连接到一系列的节点，而节点代表那些具有特殊测量意义和功能的点(比如堰、泵站、人孔、排水口、虚拟蓄水池等等)，且对于每段排水管是利用圣维南方程组进行分析和计算得出：
Figure BDA0003646986190000041
其中，式中：Z－为水位；
Q－为流量；
t－为时间；
l－为管道长度；
R－为管道直径；
A－为过水截面积；
K－为流量模数；
g－为重力加速度；
由上述可见，圣维南方程组是具有两个独立变量l与t和两个从属变量Z与Q的一阶拟线性双曲型微分方程组，且求解采用为MIKEURBAN软件，以便精确计算水位
Figure BDA0003646986190000042
与流量
Figure BDA0003646986190000043
所述管网模型系统从一个基本的泵站算起，假设以1号泵站的输入端为人孔，则可以得出：
Figure BDA0003646986190000044
式中，
Figure BDA0003646986190000045
表示第
Figure BDA0003646986190000046
个人孔的流量函数，Q1(l,t)表示第j个泵站的流量输出函数，ΔV1(l,t)表示第
Figure BDA0003646986190000047
个泵站进水池在t时间内容纳水量的变化量；
对第p个泵站进行分析，得知：
Figure BDA0003646986190000051
于是,每个泵站的输人流量和输出流量成为可测量,进一步可以将每个泵站都视为一个黑箱,来调度泵站机组的具体运作，从而对整个排水系统进行优化控制；
针对不同的目标分别建立各自的目标函数：
a、防止洪水：
防洪相对于一般排水而言，显得异常复杂，必须根据天气预报、历史信息数据等进行预测，建立目标函数f如下：
Figure BDA0003646986190000052
若f＝1,必须提前做好排水准备，尽量排空管网中滞留的污水；遇上长时间暴雨、暴雪、梅雨天气，各个排水泵站要满负荷开启,尽量减少洪水所造成的损失：
若f＝0,则以排水泵站节能为主。
b、管道溢出最小化：
当管道溢出已经不可避免时,管道溢出最小化将显得尤为重要,具体如下：
Figure BDA0003646986190000053
c.单泵站节能：
h表示进水池的水位，n表示开启泵站的台数，
Figure BDA0003646986190000054
表示第
Figure BDA0003646986190000055
台泵的功率,
Figure BDA0003646986190000056
表示第
Figure BDA0003646986190000057
个泵站所消耗的电能。
d.排水管网综合节能：
Figure BDA0003646986190000058
根据这些客观的条件和目标函数,在一定的范围之内,结合圣维南方程,客观的应用优化方法去计算,预测,得出可行性策略,从而在网络中产生最好的可执行状态,考虑到可能的突发暴雨事件，或者其它会影响城市排水决策系统的因素,控制目标的优化范围必须充分选择,慎重考虑。
统计策略要建立在雨水预报的基础上,从而预测雨水数据的范围,结合城市的实际情况,制定一个满意、可行的优化决策，而且,决策的结果必须要反复的计算,覆盖每一个决策的间隔,根据新的实测数据自适应的调节模型参数,不断的进行优化。
而上述约束条件如下：
在排水中,约束的选择既要考虑控制变量也要考虑其它不能直接控制的变量，一般来讲,优化问题的约束大致如下：
a.防止溢出，保护环境是城市排水的重要内容，
Figure BDA0003646986190000061
Figure BDA0003646986190000062
表示第
Figure BDA0003646986190000063
个人孔溢出的临界水位，
Figure BDA0003646986190000064
表示第
Figure BDA0003646986190000065
个人孔的水位；
b.管道允许的流量：
Figure BDA0003646986190000066
Figure BDA0003646986190000067
表示第
Figure BDA0003646986190000068
个管道实际的流量，
Figure BDA0003646986190000069
表示第
Figure BDA00036469861900000610
个管道允许的最大流量；
污水处理厂的最大处理量：
∑Q≤Qmax
∑Q表示直接与污水处理厂相连的泵站输出流量及人孔流量，Qmax表示污水处理厂的最大处理量。
上述指出,进水池目标水位越高，扬程越小,所需轴功率越小，但是，水位高对进水管的压力就大，有可能引起管道破裂，此时泵水流量要求比较大，同时，水位冗余度小，在流量突然增大的情况下，容易使下级管网污水溢出，从而造成环境污染，但目标水位设置过低，使扬程增大，相同流量下，轴功率越大，会造成不必要的电能浪费，因此，确定一个合适的水位是先决条件，具体表示如下：
hmin≤h≤hmax
hmin，hmax分别表示进水池可容许的最低水位和最高水位。
将上述的目标函数和约束条件整理成ILOG所能接受的语言进行求解,然后即可选择一种最优的调度模式指导整个管网的运行。
生产优化调度系统是位于生产运行管理和现场监控之间的实时信息系统，它使得生产运行管理和现场监控之间联系起来。系统优化调度根据生产要求与现场设备运行数据情况，寻求最优的调度模式，使系统运行在最佳状态，优化技术重点考虑管网与泵站运行时防止溢出调度问题以及泵站的节能运行问题，在每个控制间隔,都会计算出一个优化策略,用来指导排水系统的高效率运行，GIS系统在防汛调度上必不可少,优势明显，降水时各地区降水量、泵站运行状况及泵.站流量、河道水位等动态信息可通过有线或无线自动传入系统计算机内，计算机结合储存的排水设施情况及地形、地物等属性可提前预报市区的积水地点及深度，并生成最佳排水调度方案，并预测排除积水所需的时间,在遇特大降水时,根据地面高程特性及地面建筑物特性生成最佳市区防洪、分洪方案,使洪水造成的损失减到最小，同时可以保证城市生活的正常运转,增强城市的防洪抗灾能力,进而可以提高城市的现代化水平,同时节约能源，保护环境，且具有很高的推广价值。

Claims (4)

1.一种能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统，其特征在于，包括：
优化决策系统、数据库服务器、监控系统、气象系统、数据管理系统和计算机；
所述数据库服务器包括有实时数据库和历史数据库；
所述气象系统与实时数据库连接；
所述监控系统与实时数据库连接；
所述实时数据库与历史数据库通过数据管理系统连接；
所述实时数据库与历史数据库共同连接有一个数据查询系统；
所述数据查询系统与优化决策系统连接。
2.根据权利要求1所述的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统，其特征在于：所述计算机上设有人机接口，所述计算机上包括有屏幕显示系统、防汛应急辅助系统、河道管理辅助系统和管网管理辅助系统。
3.根据权利要求2所述的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统，其特征在于：所述优化决策系统通过人机接口与计算机连接，所述优化决策系统上连接有GPS系统和管网模型系统。
4.根据权利要求3所述的能够改善防汛排涝工作的城市排涝调度管控系统，其特征在于：所述管网模型系统是以排水模型的基础建立的，所述管网模型系统是被模拟成一系列的管道连接到一系列的节点，而节点代表那些具有特殊测量意义和功能的点(比如堰、泵站、人孔、排水口、虚拟蓄水池等等)，且对于每段排水管是利用圣维南方程组进行分析和计算得出：
Figure FDA0003646986180000011
其中，式中：Z－为水位；
Q－为流量；
t－为时间；
l－为管道长度；
R－为管道直径；
A－为过水截面积；
K－为流量模数；
g－为重力加速度；
由上述可见，圣维南方程组是具有两个独立变量l与t和两个从属变量Z与Q的一阶拟线性双曲型微分方程组，且求解采用为MIKEURBAN软件，以便精确计算水位Zi(l，t)与流量Qi(l，t)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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