CN115168448A - 一种基于gis的排水管网问题诊断装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于GIS的排水管网问题诊断装置和方法，涉及水环境与信息技术领域，监测设备，用于水质与水流指标数据的监测；物联网关，用于对水质与水流监测数据汇总整合；云服务平台，用于存储历史管网基本数据、当前管网基本数据与排污水源信息，通过设备监测代替了人工提取水样，工作效率高，人工成本低，通过互联网传输监测数据，便于排水管网的集中化监控和管理，通过水质与管段关联分析诊断，可及时发现管网异常情况并进行及时处理，可对区域排水管网全生命周期内的建设、维护等信息进行系统性地数字化管理，可实现排水管网三维可视化展示，可用于区域排水管网问题诊断，同时也可对水质超标排放等情况进行污染物溯源分析。

Description

一种基于GIS的排水管网问题诊断装置和方法
技术领域
本发明涉及水环境与信息技术领域，尤其涉及一种基于GIS的排水管网问题诊断装置和方法。
背景技术
地下管线是一个城市的生命线，其中排水管网在地下管网中又占据了非常重要的地位，地面坍塌、城市内涝等事故经常发生的原因，大部分是由于地下管道老化年老失修所引起，由于没有翔实资料作为支撑，管理部门目前对地下管线灾害事故的预报、警示等束手无策，只能在事故发生后才能采取相应措施进行补救，给广大市民的生命财产安全造成了重大的威胁。
目前，污水处理设施进水浓度严重偏低，错接管、渗漏管、堵塞管、倒灌管现象普遍存在，仍然有大量污水通过各种途径直排入河，导致污水处理厂的削减效能没有得到有效发挥，水质稳定达标的基础很不牢固，已成为国家和省、市、县高度关注的焦点，如不能及时解决病残管网问题，雨季来临时雨污溢流问题将严重影响水质达标。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于GIS的排水管网问题诊断装置和方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于GIS的排水管网问题诊断装置，所述装置包括：
监测设备，用于水质与水流指标数据的监测；
物联网关，用于对水质与水流监测数据汇总整合；
云服务平台，用于存储历史管网基本数据、当前管网基本数据与排污水源信息；
可视化数据展示系统，利用管网水力模型进行分析模拟计算，采用管网物理拓扑分析功能可分析设计缺陷及问题管段分布，其中根据管线连通情况可识别判断断头管，上下游管段管径衔接情况可识别判断错口管、上下游管段坡度及埋深情况可识别判断逆坡管，与获取到的排水管网节点水质成分数据进行关联对比，将污染源初步预定位到主管段的管网节点。
为了便于数据的传输，本发明改进有，所述监测设备通过物联网关与云服务平台相连，所述云服务平台与可视化数据展示系统相连。
为了监测检查井内水体的各项数据，本发明改进有，所述监测设备包括液位传感器、流量传感器和水质监测仪，所述液位传感器用于监测检查井内的液位，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台，所述流量传感器和水质监测仪用于监测与检查井相连通的管道内的流量和水质，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台。
为了将监测数据实时传输给云服务平台，本发明改进有，所述物联网关设置于检查井外，用于接收检查井内监测设备传送的监测数据，并将其通过GPRS网络传输至云服务平台。
为了对水质污染源定位，本发明改进有，所述污染源定位是结合区域污水管网水质模型及各测点的水量水质监测数据，对区域是否存在雨污错接、企业偷排或污水超标排放现象进行分析，并分析可能的排污口位置、排污时间及排污量。
一种基于GIS的排水管网问题诊断方法，包括以下步骤：
步骤一，建立排水管网GIS三维可视化模型，包括综合地理信息系统GIS、数据库与三维模型，显示排水管网的空间层次和位置；
步骤二，管网基本数据收集，包括管网属性数据、水质数据、流量数据、污染源数据；
步骤三，建立管网节点流量模型，用于对管网排污流量数据、压力数据进行统计计算分析，并通过GIS地图显示；
步骤四，建立关联排污水源信息的排污水质成分元数据库，将排污水源信息数据进行收集；
步骤五，监测数据超标，当管网中存在的水质污染不超标时，则将数据传回可视化数据展示系统和元数据库中；
步骤六，GIS地图实时报警，当管网中存在的水质污染超标时，可视化数据展示系统通过GIS地图实时进行显示报警；
步骤七，污染源信息GIS显示，将主管段的管网节点中水质数据与排污水质成分元数据库分析对比，若相同则得到排污水源信息，并通过GIS地图显示。
为了收集管网的各项数据，本发明改进有，所述步骤二中，管网属性数据包括：
A.管道结构数据：管材、管径、管长、壁厚；
B.管道功能数据：管道类型、功能等级；
C.管道位置数据：管道编号、上游检查井编号、下游检查井编号、所在道路及道路等级、埋深、X坐标、Y坐标；
D.管道施工数据：敷设坡度、设计充满度、设计单位、施工单位；
E.管道健康数据：运行时间、缺陷数量及等级、缺陷检测方法及时间、缺陷检测单位、缺陷修复方法及材料、内衬壁厚、缺陷修复设计及施工单位；
F.管道环境数据：地下水位、土壤类型及地质状况；
G.管道输送介质数据：腐蚀介质种类、腐蚀介质浓度。
为了收集污染源的各项数据，本发明改进有，所述步骤二中，污染源数据包括：
A.位置数据：编号、X坐标、Y坐标、排口接入管道编号；
B.污染物数据：污水类型、污水预处理工艺、突出污染物、排水水量及水质。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于，
本发明中，通过设备监测代替了人工提取水样，工作效率高，人工成本低，通过互联网传输监测数据，便于排水管网的集中化监控和管理，通过水质与管段关联分析诊断，可及时发现管网异常情况并进行及时处理，可对区域排水管网全生命周期内的建设、维护等信息进行系统性地数字化管理，可实现排水管网三维可视化展示，可用于区域排水管网问题诊断，同时也可对水质超标排放等情况进行污染物溯源分析。
附图说明
图1为本发明提出一种基于GIS的排水管网问题诊断装置和方法的整体流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于GIS的排水管网问题诊断装置，装置包括：
监测设备，用于水质与水流指标数据的监测，监测设备通过物联网关把监测数据传输到云服务平台；
物联网关，用于对水质与水流监测数据汇总整合；
云服务平台，用于存储历史管网基本数据、当前管网基本数据与排污水源信息；
可视化数据展示系统，利用管网水力模型进行分析模拟计算，采用管网物理拓扑分析功能可分析设计缺陷及问题管段分布，其中根据管线连通情况可识别判断断头管，上下游管段管径衔接情况可识别判断错口管、上下游管段坡度及埋深情况可识别判断逆坡管，与获取到的排水管网节点水质成分数据进行关联对比，将污染源初步预定位到主管段的管网节点。
监测设备通过物联网关与云服务平台相连，云服务平台与可视化数据展示系统相连，监测设备包括液位传感器、流量传感器和水质监测仪，液位传感器用于监测检查井内的液位，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台，流量传感器和水质监测仪用于监测与检查井相连通的管道内的流量和水质，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台。
物联网关设置于检查井外，用于接收检查井内监测设备传送的监测数据，并将其通过GPRS网络传输至云服务平台，污染源定位是结合区域污水管网水质模型及各测点的水量水质监测数据，对区域是否存在雨污错接、企业偷排或污水超标排放现象进行分析，并分析可能的排污口位置、排污时间及排污量。
请参阅图1，一种基于GIS的排水管网问题诊断方法，包括以下步骤：
步骤一，建立排水管网GIS三维可视化模型，包括综合地理信息系统GIS、数据库与三维模型，显示排水管网的空间层次和位置，通过三维模型，便于人们直观了解各个排水管网空间层次；
步骤二，管网基本数据收集，包括管网属性数据、水质数据、流量数据、污染源数据；
步骤三，建立管网节点流量模型，用于对管网排污流量数据、压力数据进行统计计算分析，并通过GIS地图显示；
步骤四，建立关联排污水源信息的排污水质成分元数据库，将排污水源信息数据进行收集，可将排污水源数据汇总在一起并存储进元数据库中；
步骤五，监测数据超标，当管网中存在的水质污染不超标时，则将数据传回可视化数据展示系统和元数据库中；
步骤六，GIS地图实时报警，当管网中存在的水质污染超标时，可视化数据展示系统通过GIS地图实时进行显示报警，通过GIS地图实时报警，可帮助人们做出迅速反应，以便应对水质污染的情况；
步骤七，污染源信息GIS显示，将主管段的管网节点中水质数据与排污水质成分元数据库分析对比，若相同则得到排污水源信息，并通过GIS地图显示，用GIS地图显示污水源信息，可便于人们更加直观的了解当前状况。
管网属性数据包括：
A.管道结构数据：管材、管径、管长、壁厚；
B.管道功能数据：管道类型、功能等级；
C.管道位置数据：管道编号、上游检查井编号、下游检查井编号、所在道路及道路等级、埋深、X坐标、Y坐标；
D.管道施工数据：敷设坡度、设计充满度、设计单位、施工单位；
E.管道健康数据：运行时间、缺陷数量及等级、缺陷检测方法及时间、缺陷检测单位、缺陷修复方法及材料、内衬壁厚、缺陷修复设计及施工单位；
F.管道环境数据：地下水位、土壤类型及地质状况；
G.管道输送介质数据：腐蚀介质种类、腐蚀介质浓度。
污染源数据包括：
A.位置数据：编号、X坐标、Y坐标、排口接入管道编号；
B.污染物数据：污水类型、污水预处理工艺、突出污染物、排水水量及水质。
工作原理：首先建立排水管网GIS三维可视化模型，其中包括综合地理信息系统GIS、数据库与三维模型，显示排水管网的空间层次和位置，并对管网基本数据收集，如管网属性数据、水质数据、流量数据、污染源数据，然后建立管网节点流量模型，并对管网排污流量数据、压力数据进行统计计算分析，并通过GIS地图显示，然后再建立关联排污水源信息的排污水质成分元数据库，将排污水源信息数据进行收集，当管网中存在的水质污染不超标时，则将数据传回可视化数据展示系统和元数据库中，当管网中存在的水质污染超标时，可视化数据展示系统通过GIS地图实时进行显示报警，接着将主管段的管网节点中水质数据与排污水质成分元数据库分析对比，若相同则得到排污水源信息，并通过GIS地图显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于GIS的排水管网问题诊断装置，其特征在于，所述装置包括：
监测设备，用于水质与水流指标数据的监测；
物联网关，用于对水质与水流监测数据汇总整合；
云服务平台，用于存储历史管网基本数据、当前管网基本数据与排污水源信息；
可视化数据展示系统，利用管网水力模型进行分析模拟计算，采用管网物理拓扑分析功能可分析设计缺陷及问题管段分布，其中根据管线连通情况可识别判断断头管，上下游管段管径衔接情况可识别判断错口管、上下游管段坡度及埋深情况可识别判断逆坡管，与获取到的排水管网节点水质成分数据进行关联对比，将污染源初步预定位到主管段的管网节点。
2.根据权利要求1所述的基于GIS的排水管网问题诊断装置，其特征在于：所述监测设备通过物联网关与云服务平台相连，所述云服务平台与可视化数据展示系统相连。
3.根据权利要求1所述的基于GIS的排水管网问题诊断装置，其特征在于：所述监测设备包括液位传感器、流量传感器和水质监测仪，所述液位传感器用于监测检查井内的液位，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台，所述流量传感器和水质监测仪用于监测与检查井相连通的管道内的流量和水质，并将监测数据通过物联网关传输给云服务平台。
4.根据权利要求1所述的基于GIS的排水管网问题诊断装置，其特征在于：所述物联网关设置于检查井外，用于接收检查井内监测设备传送的监测数据，并将其通过GPRS网络传输至云服务平台。
5.根据权利要求1所述的基于GIS的排水管网问题诊断装置，其特征在于：所述污染源定位是结合区域污水管网水质模型及各测点的水量水质监测数据，对区域是否存在雨污错接、企业偷排或污水超标排放现象进行分析，并分析可能的排污口位置、排污时间及排污量。
6.一种基于GIS的排水管网问题诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，建立排水管网GIS三维可视化模型，包括综合地理信息系统GIS、数据库与三维模型，显示排水管网的空间层次和位置；
步骤二，管网基本数据收集，包括管网属性数据、水质数据、流量数据、污染源数据；
步骤三，建立管网节点流量模型，用于对管网排污流量数据、压力数据进行统计计算分析，并通过GIS地图显示；
步骤四，建立关联排污水源信息的排污水质成分元数据库，将排污水源信息数据进行收集；
步骤五，监测数据超标，当管网中存在的水质污染不超标时，则将数据传回可视化数据展示系统和元数据库中；
步骤六，GIS地图实时报警，当管网中存在的水质污染超标时，可视化数据展示系统通过GIS地图实时进行显示报警；
步骤七，污染源信息GIS显示，将主管段的管网节点中水质数据与排污水质成分元数据库分析对比，若相同则得到排污水源信息，并通过GIS地图显示。
7.根据权利要求6所述的基于GIS的排水管网问题诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，管网属性数据包括：
A.管道结构数据：管材、管径、管长、壁厚；
B.管道功能数据：管道类型、功能等级；
C.管道位置数据：管道编号、上游检查井编号、下游检查井编号、所在道路及道路等级、埋深、X坐标、Y坐标；
D.管道施工数据：敷设坡度、设计充满度、设计单位、施工单位；
E.管道健康数据：运行时间、缺陷数量及等级、缺陷检测方法及时间、缺陷检测单位、缺陷修复方法及材料、内衬壁厚、缺陷修复设计及施工单位；
F.管道环境数据：地下水位、土壤类型及地质状况；
G.管道输送介质数据：腐蚀介质种类、腐蚀介质浓度。
8.根据权利要求6所述的基于GIS的排水管网问题诊断方法，其特征在于，所述步骤二中，污染源数据包括：
A.位置数据：编号、X坐标、Y坐标、排口接入管道编号；
B.污染物数据：污水类型、污水预处理工艺、突出污染物、排水水量及水质。
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