CN114995276A - 一种分布式智慧海绵监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式智慧海绵监控系统，该系统采用分布式的供电与信号通信方式，包括若干分区RTU立杆、若干片区PLC控制柜、云服务器和基于云服务器上的数据运行的基于数字孪生的海绵城市运维展示平台。本发明不仅能对海绵城市设施参数进行监测，还能编写定制的控制程序，实现对水泵、阀门等设备的自动及连锁控制。同时，分布式的供电及信号采集方式，最大限度的减少电缆的敷设，避免对已建成海绵设施的破坏。基于云平台的数据共享与传递方式，可实现分布式子系统间的协调调度。基于数字孪生技术的交互与展示方式，直观展现海绵地块的蓄水排水过程，建立每个地块的数字模型，为内涝灾害提供决策支持。
Description
技术领域
本发明属于海绵城市设施的智慧监测与控制技术领域，具体涉及一种分布式智慧海绵监控系统。
背景技术
当前，海绵城市建设项目正如火如荼的展开。部分高标准的海绵城市建设项目提出了对海绵设施智慧化监控的需求，智慧海绵项目应运而生。然而，目前的智慧海绵系统多集中在海绵设施的监测环节，基本没有对海绵设施的控制功能。仅实现监测功能，普通的RTU设备就能实现需求。但是，海绵设施中的调蓄池、智能截流井中的水泵、阀门等设备均需要实现智能控制。单纯的RTU设备无法实现定制控制程序的编写，不能实现海绵设施相关设备的智能连锁控制。如采用基于PLC的监控系统可编写控制程序，实现定制的控制逻辑。但PLC与设备间多为有线连接，需要重复开挖海绵设施，敷设电缆，造成了施工上的不便与成本的增加。
智慧海绵城市项目一般都配有监测展示平台，目前该类展示平台多以二维的图形界面展示监测数据，这种展示方案仅适合为专业维护人员提供观测与作业信息，无法形象展现海绵城市的建设成效，也不能在内涝灾害可能发生前为市政管理人员做出正确的决策提供有效支持。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种分布式智慧海绵监控系统，解决海绵城市的设施监控以及展示问题。
本发明所采取的技术方案为：
一种分布式智慧海绵监控系统，该系统采用分布式的供电与信号通信方式，包括若干分区RTU立杆、若干片区PLC控制柜、云服务器和基于云服务器上的数据运行的基于数字孪生的海绵城市运维展示平台；
分区RTU立杆设置于不同的监控分区中心，与分区中各监测仪表和控制设备连接；RTU立杆采集各仪表的信号，并直接向各设备发送控制命令；
片区PLC控制柜实现各片区内海绵设施定制的控制逻辑，并与该片区内的各分区RTU立杆通信接收该片区内的各分区RTU立杆传送的数据，并向该片区内的各分区RTU立杆发出控制命令；
云服务器接收各片区PLC控制柜发送的共享数据，经过统筹计算后向各片区PLC控制柜发送反馈数据，实现整体的调度协调。
进一步，该分区RTU立杆包括RTU设备、蓄电池和逆变器；其中RTU立杆通过蓄电池为分区内的直流设备供电，通过逆变器为分区内的交流小功率设备供电；RTU设备包括各种与现场仪表通信的接口以及与片区PLC控制柜实现通信的接口。
进一步，该分区RTU立杆还包括太阳能面板，太阳能面板与蓄电池相连。
进一步，片区PLC控制柜包括PLC控制器、输入输出模块、RTU通信模块和GPRS通信模块；定制的控制程序写入PLC控制器中，输入输出模块接收PLC控制柜附近的仪表信号并控制相关海绵设施中的设备；RTU通信模块完成与各分区RTU立杆的数据通信，GPRS通信模块完成与云服务器的通信。
进一步，片区PLC控制柜还包括UPS电源和配电开关若干；UPS电源为PLC控制器、输入输出模块、RTU通信模块、GPRS通信模块以及分区内的重要交流仪表设备供电，市电经过配电开关的分配，为片区内大功率交流设备供电。
进一步，云服务器接收各片区PLC控制柜传送来的数据并存储于云端，基于整合后的各片区数据，云服务器经过计算后向各片区PLC控制柜发送合适的控制数据，完成整个项目内各分区的控制调度功能；
当云服务器与各片区PLC控制柜的通信断开时，各分区PLC控制柜按照自身定制的控制程序完成对分区设备的控制功能。
进一步，基于数字孪生的海绵城市运维展示平台包括三维展示模块、运维模块、地块联合调度模块和内涝决策支持模块；
三维展示模块建立海绵城市项目的三维立体模型，展现各海绵设施、地下管道的位置、样式，同时在各海绵设施的三维模型上嵌入动画，以形象展现降雨发生时雨水通过海绵设施的汇集、流动、排放过程；
运维模块通过嵌入采集的各项数据，实时展现各海绵设施的状态；通过嵌入人机交互按钮，发出操作指令，远程控制各海绵设施中的设备动作；
地块联合调度模块基于采集的各地块数据，依靠云平台实现地块间的数据共享与传递，实现各片区间的协调调度；
内涝决策支持模块基于数字孪生技术，建立各地块的排水模型，利用采集的地块实时数据训练地块的模型参数；当预报大雨、暴雨发生时，将降雨量带入地块的数字模型，预测地块可能发生的内涝点及范围，为内涝灾害决策提供支持。
本发明的有益效果为：
本发明不仅能对海绵城市设施参数进行监测，还能编写定制的控制程序，实现对水泵、阀门等设备的自动及连锁控制。同时，分布式的供电及信号采集方式，最大限度的减少电缆的敷设，避免对已建成海绵设施的破坏。基于云平台的数据共享与传递方式，可实现分布式子系统间的协调调度。基于数字孪生技术的交互与展示方式，直观展现海绵地块的蓄水排水过程，建立每个地块的数字模型，为内涝灾害提供决策支持。
附图说明
图1是本发明实施例的分布式智慧海绵监控系统框图；
图2是本发明实施例的分布式供电系统示意图；
图3是本发明实施例的分布式通信系统示意图；
图4是本发明实施例的海绵城市运维展示平台示意图。
具体实施方式
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，以海绵小区改造项目为应用背景，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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明实施例公开了一种适用于智慧海绵小区改造项目的设施监控及展示的分布式智慧海绵系统，采用分布式的供电与信号通信方式，包括分区RTU立杆、片区PLC控制柜、云服务器和基于云服务器上的数据运行的基于数字孪生的海绵城市运维展示平台。
分区RTU立杆设置于某一海绵小区内不同的监控分区中心，与分区中各监测仪表和控制设备连接。RTU立杆采集各仪表的信号，并直接向各设备发送控制命令。在海绵小区内设置一台片区PLC控制柜。片区PLC控制柜实现各海绵小区内海绵设施定制的控制逻辑，并与该小区内的各分区RTU立杆通信，接收各分区RTU立杆传送的数据，并向各分区RTU立杆发出控制命令。在由多个小区组成的社区内设置一台云服务器。云服务器接收各小区内片区PLC控制柜发送的共享数据，经过统筹计算后向各片区PLC控制柜发送反馈数据，实现社区范围内整体的调度协调。整体的系统框图如图1所示。
进一步地，分区RTU立杆包括RTU设备、太阳能面板、蓄电池、逆变器。RTU立杆通过蓄电池为分区内的直流设备供电，通过逆变器为分区内的交流小功率设备供电。RTU设备包含各种与现场仪表通信的接口。RTU设备还包含与片区PLC控制柜实现通信的接口。
进一步地，片区PLC控制柜包括PLC控制器、UPS电源、输入输出模块、与RTU通信模块、GPRS通信模块、配电开关若干。UPS电源为PLC控制器、各PLC通信模块、分区内的重要交流仪表设备供电。市电经过配电开关的分配，为片区内大功率交流设备供电。定制的控制程序写入PLC控制器中。输入输出模块接收PLC控制柜附近的仪表信号并控制相关海绵设施中的设备。RTU通信模块完成PLC与各分区RTU立杆的数据通信。GPRS通信模块完成与云服务器的通信。分布式供电系统如图2所示。
进一步地，云服务器接收各片区PLC控制柜传送来的数据并存储于云端。基于整合后的各海绵小区数据，云服务器经过计算后向各片区PLC控制柜发送合适的控制数据，完成整个社区内各小区的控制调度功能。当云服务器与各片区PLC控制柜的通信断开时，各分区PLC控制柜依然可按照自身定制的控制程序完成对分区设备的控制功能。分布式通信系统如图3所示。
进一步地，云服务器上运行基于数字孪生的海绵小区运维展示平台。如图4所示，海绵城市运维展示平台运行有三维展示模块、运维模块、地块联合调度模块、内涝决策支持模块。
三维展示模块建立海绵小区的三维立体模型，展现各海绵设施、地下管道的位置、样式，同时在各海绵设施的三维模型上嵌入动画，以形象展现降雨发生时雨水通过海绵设施的汇集、流动、排放过程。
运维模块通过嵌入采集的各项数据，实时展现各海绵设施的状态，通过嵌入人机交互按钮，发出操作指令，远程控制各海绵设施中的设备动作。
地块联合调度模块基于分布式监控系统采集的各海绵小区数据，依靠云平台实现各海绵小区间的数据共享与传递，可实现各海绵小区分布式子系统间的协调调度。
内涝决策支持模块基于数字孪生技术，建立各海绵小区的排水模型，利用监控系统采集的海绵小区实时数据训练海绵小区的模型参数。当预报大雨、暴雨发生时，将降雨量带入海绵小区的数字模型，预测小区可能发生的内涝点及范围，为内涝灾害决策提供支持。
综上所述，本发明的适用于海绵小区设施监控及展示的分布式智慧海绵系统，不仅能对海绵小区设施参数进行监测，还能编写定制的控制程序，实现对水泵、阀门等设备的自动及连锁控制。同时，分布式的供电及信号采集方式，最大限度的减少小区内电缆的敷设，避免对已建成海绵设施和绿化的破坏。基于云平台的数据共享与传递方式，可实现各小区间分布式子系统间的协调调度。基于数字孪生技术的交互与展示方式，直观展现海绵小区的蓄水排水过程，建立每个小区的数字模型，为内涝灾害提供决策支持。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，该系统采用分布式的供电与信号通信方式，包括若干分区RTU立杆、若干片区PLC控制柜、云服务器和基于云服务器上的数据运行的基于数字孪生的海绵城市运维展示平台；
分区RTU立杆设置于不同的监控分区中心，与分区中各监测仪表和控制设备连接；RTU立杆采集各仪表的信号，并直接向各设备发送控制命令；
片区PLC控制柜实现各片区内海绵设施定制的控制逻辑，并与该片区内的各分区RTU立杆通信接收该片区内的各分区RTU立杆传送的数据，并向该片区内的各分区RTU立杆发出控制命令；
云服务器接收各片区PLC控制柜发送的共享数据，经过统筹计算后向各片区PLC控制柜发送反馈数据，实现整体的调度协调。
2.根据权利要求1所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，该分区RTU立杆包括RTU设备、蓄电池和逆变器；其中RTU立杆通过蓄电池为分区内的直流设备供电，通过逆变器为分区内的交流小功率设备供电；RTU设备包括各种与现场仪表通信的接口以及与片区PLC控制柜实现通信的接口。
3.根据权利要求2所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，该分区RTU立杆还包括太阳能面板，太阳能面板与蓄电池相连。
4.根据权利要求1所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，片区PLC控制柜包括PLC控制器、输入输出模块、RTU通信模块和GPRS通信模块；定制的控制程序写入PLC控制器中，输入输出模块接收PLC控制柜附近的仪表信号并控制相关海绵设施中的设备；RTU通信模块完成与各分区RTU立杆的数据通信，GPRS通信模块完成与云服务器的通信。
5.根据权利要求4所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，片区PLC控制柜还包括UPS电源和配电开关若干；UPS电源为PLC控制器、输入输出模块、RTU通信模块、GPRS通信模块以及分区内的重要交流仪表设备供电，市电经过配电开关的分配，为片区内大功率交流设备供电。
6.根据权利要求1所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，云服务器接收各片区PLC控制柜传送来的数据并存储于云端，基于整合后的各片区数据，云服务器经过计算后向各片区PLC控制柜发送合适的控制数据，完成整个项目内各分区的控制调度功能；
当云服务器与各片区PLC控制柜的通信断开时，各分区PLC控制柜按照自身定制的控制程序完成对分区设备的控制功能。
7.根据权利要求1所述的分布式智慧海绵监控系统，其特征在于，基于数字孪生的海绵城市运维展示平台包括三维展示模块、运维模块、地块联合调度模块和内涝决策支持模块；
三维展示模块建立海绵城市项目的三维立体模型，展现各海绵设施、地下管道的位置、样式，同时在各海绵设施的三维模型上嵌入动画，以形象展现降雨发生时雨水通过海绵设施的汇集、流动、排放过程；
运维模块通过嵌入采集的各项数据，实时展现各海绵设施的状态；通过嵌入人机交互按钮，发出操作指令，远程控制各海绵设施中的设备动作；
地块联合调度模块基于采集的各地块数据，依靠云平台实现地块间的数据共享与传递，实现各片区间的协调调度；
内涝决策支持模块基于数字孪生技术，建立各地块的排水模型，利用采集的地块实时数据训练地块的模型参数；当预报大雨、暴雨发生时，将降雨量带入地块的数字模型，预测地块可能发生的内涝点及范围，为内涝灾害决策提供支持。
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