CN116068957B - 一种散货港口雨污水收集与调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种散货港口雨污水收集与调度系统及方法，涉及雨污水管理技术领域。通过设计适合港口特征的雨污水收集过程监测控制系统，包括数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块，通过数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块实现对所述不同区域中的雨污水的收集与排放，实现对港口雨水资源收集过程的监测与智能控制，为港区初期雨水收水、后期雨水排放提供数据支撑，协助港口防治港口内涝并提高水资源收集利用率。

Description

一种散货港口雨污水收集与调度系统及方法

技术领域

本发明涉及雨污水管理技术领域，尤其是涉及一种散货港口雨污水收集与调度系统及方法。

背景技术

近年来，诸多港口面临着淡水资源紧缺问题，尤其是散货港口，每年需要消耗大量淡水用于生产抑尘，给港口带来较大的用水成本负担。港口在雨季面临大规模降雨，一方面带来宝贵的淡水雨水资源，另一方面也可能造成港口内涝。

目前港口在雨污水资源高效收集利用方面缺乏信息化、大数据作为支撑的技术手段和技术体系，导致港口内涝频发、雨污水收集利用率偏低。问题的关键在于港口在无法实时获取降雨期间不同区域积水量、雨污水收集管渠实时流量、各个雨污水收集池的可利用容量与空间等，由此导致港口无法根据雨污水系统实状态来及时调整雨水的收集、排放策略，进而导致港口初期雨水收水量分布不均衡，部分区域内涝严重影响生产作业，部分区域雨水收水量较少、难以满足回用水量要求。

同时，港口也无法实时获取雨污水水质状况，无法判断雨水是否达到排放标准或者何时可以达到排放标准，由此导致港口无法及时调整后期雨水排放策略，进而导致港口要么雨污水超标排放污染环境，或者港口后期雨水大量积存港口内涝。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种散货港口雨污水收集与调度系统, 具体包括数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块，通过所述数据监测功能模块、所述软件算法平台、所述远程控制功能模块实现对不同区域中的雨污水的收集与排放，其中，

所述数据监测功能模块，用于监测并采集港口雨污水数据，所述港口雨污水数据包括雨污水水质数据、储水设施液位数据以及明渠的实时流量数据，为软件算法平台提供所需的基础数据；

所述软件算法平台，与所述数据监测功能模块相连，用于对港口雨污水数据进行分析计算，并基于所述分析计算结果向远程控制功能模块发送设备控制指令；

所述远程控制功能模块，与所述软件算法平台连接，用于根据所述控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况，所述港口雨污水收集设施的运行工况包括提升泵站的远程控制、明渠闸门的远程控制、截流井闸门的远程控制，以完成港口雨污水收集与排。

进一步的，所述雨污水水质数据包括雨污水中的COD、氨氮、pH、浊度数据。

进一步的，还包括液位计、流量监测设备以及水质监测设备，所述液位计安装于港口储水设施以及港口收水区域中易积水点，所述流量监测设备安装于港口雨水收水主干明渠、一级支流明渠汇入主干明渠处以及明渠汇入雨污水收集池处，所述水质监测设备布置在港口主要雨水排放口和雨水排放口前的截流井处。

进一步的，所述提升泵站的远程控制功能包括水泵泵组的启停、水泵的运行功率；所述明渠闸门远程控制功能包括明渠闸门的开启/关闭、闸门开启程度；所述截流井闸门远程控制功能包括截污闸门及雨水闸门的开启/关闭，截流井内水泵的开启/关闭。

进一步的，所述软件算法平台的算法模型包括雨水收水过程调度模型和雨污水自动排放控制算法模型；

其中，

雨水收水过程调度模型用于根据所述储水设施液位数据及所述明渠的实时流量数据，判断各区域点位的内涝风险等级，若为内涝高风险区，则寻找所述内涝高风险区周边区域的内涝低风险区，并改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，控制水泵向所述内涝低风险区抽水；

雨污水自动排放控制算法模型用于根据雨量计监测数据，控制雨污水自动排放，若当前为晴天状态，则控制截污闸门处于开启状态，雨水闸门处于关闭状态；若当前为降雨状态，则根据水质监测数据进行雨污水的自动排放控制。

进一步的，所述内涝风险等级判断方法为，

根据储水设施最大水量及剩余容量，计算剩余容量/明渠的实时流量，得到水池达到最高液位剩余时间，若剩余时间小于10min则将该区域判断为内涝高风险区，若剩余时间大于等于10min则将该区域判断为内涝低风险区。

进一步的，所述雨污水的自动排放控制为，

获取截流井水质监测数据，若截流水水质达到排放标准则，则打开截流井雨水闸门，并关闭截流井截污闸门，雨水汇集至雨水排放口;

获取排水口监测设备实时监测排放雨水水质数据，若排放口雨水水质达到排放标准，则打开排水口闸门，并获取截流井内实时监测截流井液位，当液位降低至0.5m以内，则开启截流井截污闸门，关闭截流井雨水闸门。

一种如上任一项所述的散货港口雨污水收集与调度系统的使用方法，包括如下步骤：

S1现场数据采集：数据监测功能模块采集现场实时数据，为软件算法平台提供计算所需的基础数据；

S2数据分析，发送控制指令：软件算法平台利用算法模型对现场实时数据进行分析计算，并基于分析计算结果向远程控制功能模块发送设备控制指令；

S3执行控制指令：远程控制功能模块基于S2得到的控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况，完成港口雨污水收集的智慧调度。

本发明针对散货港口特征及实际需求，通过设计适合港口特征的雨污水收集过程监测控制系统，实现对港口雨水资源收集过程的实时监测与智能控制，为港初期雨水收水、后期雨水排放提供数据支撑，协助港口防治港口内涝并提高水资源收集利用率，其具有如下有益效果：

一，本申请通过将散货港口按照各个独立的堆场收水区分为不同区域，将不同区域进行分区监测，使得能够精确获得不同区域的雨污水收集与排放情况。

二，根据散货港口货物类型特点，选择COD、氨氮、pH、浊度等四个参数作为散货港口的水质监测指标，对散货港口水质监测更加精准。

三，除在储水设施设置液位计以实时监测储水设施水量外，还在各个区域尤其是各区域的易积水点设置液位计，结合流量监测设备的位置布置上，能够及时准确的获得港口各区域积水与内涝风险情况。

四，通过计算水池达到最高液位剩余时间判断各区域的内涝风险等级，并根据内涝风险等级及时改变输水路径，能够有效防止内涝的发生。

五，在晴天及降雨初期时，将雨水闸门保持关闭状态可防止脏的初期雨污水排入港口，保证港口雨污水在达标前提下的排放。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对本发明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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为系统整体功能架构图；

图2为雨水收水过程调度模型流程图；

图3为雨污水自动排放控制算法模型流程图；

图4为雨污水收集与调度方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括这些要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

另外，下述各方法实施例中的步骤时序仅为一种举例，而非严格限定。

实施例1

本发明提供一种散货港口雨污水收集与调度系统，将散货港口按照各个独立的堆场收水区分为不同区域，该系统具体包括数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块，通过数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块实现对不同区域中的雨污水的收集与排放。图1为系统整体功能架构图。

1.数据监测功能模块

用于港口雨污水收集过程数据监测，具体包括雨污水水质数据监测、储水设施液位监测以及主干明渠流量监测，其中，港口雨污水收集过程监测数据指标主要包括实时雨量、液位指标、流量指标、水质指标，雨污水水质数据包括雨污水中的COD、氨氮、pH、浊度数据，为系统平台及相关算法模型提供计算所需的基础数据。

为实现本系统的功能，还设置有液位计、流量监测设备以及水质监测设备。

（1）液位计主要功能为监测港口各区域实时水位，为港口管理部门提供内涝积水数据。

液位计选用耐用、技术成熟、成本低的超声波液位计，液位计应带有DTU模块，可利用4G实现数据远传，设备整体防尘防水等级应达到IP65以适应现场防尘、防水要求。

液位计安装位置应包括：

港口主要储水设施，用于判断储水设施实时水量，分析得到港口不同区域的可利用储水容量；

按照港口收水区域的划分，各个区域至少应安装1台液位计在易积水点，用于判断港口各区域积水情况与内涝风险。

（2） 流量监测设备，主要功对于流量指标进行实时监测。

流量计选用超声波明渠流量计，应带有DTU模块，可利用4G实现数据远传，设备整体防尘防水等级应达到IP65以适应现场防尘、防水要求。流量数据用于判断不同区域、不同排管明渠的实时负荷。

流量监测设备应安装在港口雨水收水主干明渠，在一级支流明渠汇入主干明渠处应安装流量计，在明渠最终汇入雨污水收集池处应安装流量计。

（3）水质监测设备，主要用于对于水质指标进行实时监测。

由于散货港口货物类型主要包括煤炭、硫磺、矿石、粮食等，散货产生的雨污水主要污染物包括COD、氨氮、pH、浊度等，因此水质监测指标选取COD、氨氮、pH、浊度等四个参数。

水质监测设备安装位置包括：

布置在港区主要雨水排放口,主要监测数据包括COD、氨氮、pH、悬浮物浓度，确保雨污水排放水质满足污染物排放标准。

布置在雨水排放口前的截流井，主要监测数据包括pH、悬浮物浓度，并配套建设水质监测站房，实时对水质进行监测，协助港口判断水质是否可以排放、何时可以排放。

以上液位、流量、水质数据将为港口暴雨季节雨污水收集、排放的调度提供重要基础数据。

2.软件算法平台

与数据监测功能模块相连，用于提供应用服务器及对港口雨污水数据进行分析计算，并基于分析计算结果向远程控制功能模块发送控制指令。

软件算法平台的算法模型包括雨水收水过程调度模型和雨污水自动排放控制算法模型；

其中，

雨水收水过程调度模型用于根据储水设施液位数据及明渠的实时流量数据，判断各区域点位的内涝风险等级，若为内涝高风险区，则寻找内涝高风险区周边区域的内涝低风险区，并改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，控制水泵向内涝低风险区抽水；

雨污水自动排放控制算法模型用于根据雨量计监测数据，控制雨污水自动排放，若当前为晴天状态，则控制截污闸门处于开启状态，雨水闸门处于关闭状态。若当前为降雨状态，则根据水质监测数据进行雨污水的自动排放控制。

3. 远程控制功能模块

与软件算法平台连接，用于根据软件算法平台发出的控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况。

港口雨污水收集设施的运行工况包括提升泵站的远程控制、明渠闸门的远程控制、截流井闸门的远程控制，以完成港口雨污水收集与排放的智慧调度。具体包括：提升泵站远程控制、明渠闸门远程控制、截流井闸门远程控制，这些远程控制均通过安装PLC控制柜来实现，PLC通过接收系统服务器发送的信号来调整设备的运行状况。为保证PLC控制柜与上级服务器之间通讯稳定、可靠，通讯方式采用港口内网。

提升泵站的远程控制功能应包括水泵泵组的启停、水泵的运行功率，明渠闸门远程控制功能应包括明渠闸门的开启/关闭，闸门开启程度，截流井闸门远程控制功能应包括开启/关闭截污闸门或雨水闸门，开启关闭截流井内水泵。

下面结合具体实施例，说明如何软件算法平台对远程控制功能模块的控制实现散货港口雨污水收集与调度。

现有技术中，港区传统雨污水收集过程如下：港区不同堆场有各自的雨污水收集明渠、雨污水提升泵站、泵站输水管路、雨污水收集池。具体的，雨污水经过堆场表面漫流汇集至雨污水明渠→雨污水明渠将水输送至区域内提升泵站→泵站将雨污水输送至收集池。

因此，在传统的雨污水收集过程中，当雨水收水池满而降雨尚未停止，港区对应的堆场区域就会发生内涝现象。

而本发明的技术方案中，利用雨水收水过程调度算法模型，根据储水设施液位监测数据及明渠的实时流量判断各区域点位的内涝风险等级，若存在内涝高风险区，则寻找内涝高风险区周边区域的内涝低风险区，并改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，控制水泵向内涝低风险区抽水，若不存在高风险区则继续对各区域点位的内涝风险等级进行判断。

在一个具体实施中，如图2所示，雨水收水调度过程如下：

将港口按照各个独立的堆场收水区域对港口进行分区，根据储水设施液位监测数据及明渠的实时流量判断各区域内涝风险等级，首先根据液位计算出池体水量、剩余容量，然后用剩余容量/明渠的实时流量，得到水池达到最高液位剩余时间，池满时间＜10min时将该区域判断为内涝高风险区域，池满时间≥10min的区域判断为内涝低风险区域。

若某一区域被判定为内涝高风险区，则寻找周边区域的内涝低风险区，改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，将水输送至内涝低风险区，通过分析泵站抽水路径，控制抽水路径沿途电动闸门打开，并控制路径支路的其他电动闸门关闭，根据雨量计实时计量的降雨强度及高风险区内管渠实时流量、高风险区内实时剩余容量计算得到水泵的运行功率，基于抽水路径及水泵运行功率控制水泵向低风险区抽水；

若某一区域被判定为内涝低风险区，则继续储水设施液位监测数据及明渠的实时流量判断各区域内涝风险等级。

最终实现高风险区内储水设施液位停止上升或者上升速度明显减缓，低风险区域内储水设施液位快速上升，雨污水收集量平衡、内涝得到有效缓解、雨污水收集量有效提高。

在一个具体实施中，首先港口在雨水排放口前安装截流井。如图3所示，雨污水排放通过雨污水自动排放控制算法模型控制，雨污水自动排放控制算法模型具体包括，

若当前为晴天状态或降雨初期或降雨停止状态，则打开截流井截污闸门，关闭截流井雨水闸门；这是因为晴天时，截污闸门处于开启状态，雨水闸门处于关闭状态，管道内的部分污水通过截污口自流向污水管道，或通过污水提升装置提升到污水管道，做到晴天时污水零直排。

若当前为降雨中后期状态，则根据水质监测数据进行雨污水的自动排放控制。这是因为降雨时，初期的地面雨水比较脏，如果进入河道对河道水质造成污染，应该保证截流井截污闸门开启、截流井雨水闸门关闭,保证脏的初期雨水进入污水管。降雨中后期时，雨水相对比较干净，根据截流井水质监测数据，对雨污水的排放进行控制。

具体实施中，雨污水的自动排放控制过程如下：

获取截流井水质监测数据，若截流水水质达到排放标准,软件平台发送控制指令打开截流井雨水闸门,同时软件平台发送控制指令关闭截流井截污闸门，雨水经过截流井雨水闸门汇集至雨水排放口;若截流水水质达不到水质排放标准则保持各闸门的常规状态，同时继续监测水质；

获取排水口监测设备实时监测的排放雨水水质数据，若排水口水质达到排放标准，则软件平台发送控制指令打开排水口闸阀;若排水口水质达不到排放标准则排水口闸阀继续保持关闭，同时反馈指令，将截流井截污闸门关闭、雨水排放闸门打开；

同时获取截流井内实时监测截流井液位数据，当液位降低至0.5m以内或雨量计监测到降雨停止，则开启截流井截污闸门，关闭截流井雨水闸门，继续保持截流井晴天状态，雨污水全部截流；若液位仍超出0.5m，则重复执行上述雨污水的自动排放控制过程。

实施例2

如图4所示，本发明还提供一种散货港口雨污水集与调度方法，应用于前述的一种散货港口雨污水收集与调度系统，所述方法包括以下步骤，

S1现场数据采集：数据监测功能模块采集现场实时数据，为软件算法平台提供计算所需的基础数据；

S2数据分析，发送控制指令：软件算法平台利用算法模型对所述现场实时数据进行分析计算，并基于所述分析计算结果向远程控制功能模块发送设备控制指令；

S3执行控制指令：远程控制功能模块基于所述控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况，完成港口雨污水收集的智慧调度。

在具体实施中，软件算法平台的算法模型包括雨水收水过程调度模型和雨污水自动排放控制算法模型：

雨水收水过程调度模型用于根据储水设施液位监测数据及明渠的实时流量判断各区域点位内涝风险等级，若存在内涝高风险区，则寻找内涝高风险区周边区域的内涝低风险区，并改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，控制水泵向内涝低风险区抽水；

雨污水自动排放控制算法模型用于根据雨量计监测数据，控制雨污水自动排放，若当前为晴天状态，则控制截污闸门处于开启状态，雨水闸门处于关闭状态。若当前为降雨状态，则根据水质监测数据进行雨污水的自动排放控制。

可以理解的是，本实施例提供的方法还可以用于实现本发明其他实施例所提供的系统中的各项功能。

本发明还提供一种计算机设备。计算机设备以通用计算设备的形式表现。计算机设备的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元，系统存储器，连接不同系统组件的总线。

计算机设备典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被计算机设备访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。

系统存储器可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。

处理单元通过运行存储在系统存储器中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明其他实施例所提供的方法。

本发明还提供一种包含计算机可执行指令的存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现本发明其他实施例所提供的方法。

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 (5)

1.一种散货港口雨污水收集与调度系统，其特征在于，具体包括数据监测功能模块、软件算法平台、远程控制功能模块，通过所述数据监测功能模块、所述软件算法平台、所述远程控制功能模块实现对不同区域中的雨污水的收集与排放，其中，

所述数据监测功能模块，用于监测并采集港口雨污水数据，所述港口雨污水数据包括雨污水水质数据、储水设施液位数据以及明渠的实时流量数据，为软件算法平台提供所需的基础数据；

所述软件算法平台，与所述数据监测功能模块相连，用于对港口雨污水数据进行分析计算，并基于所述分析计算结果向远程控制功能模块发送设备控制指令；

所述散货港口雨污水收集与调度系统还包括液位计、流量监测设备以及水质监测设备，所述液位计安装于港口储水设施以及港口收水区域中易积水点，所述流量监测设备安装于港口雨水收水主干明渠、一级支流明渠汇入主干明渠处以及明渠汇入雨污水收集池处，所述水质监测设备布置在港口主要雨水排放口和雨水排放口前的截流井处；

所述软件算法平台的算法模型包括雨水收水过程调度模型和雨污水自动排放控制算法模型，其中，雨水收水过程调度模型用于根据所述储水设施液位数据及所述明渠的实时流量数据，判断各区域点位的内涝风险等级，若为内涝高风险区，则寻找所述内涝高风险区周边区域的内涝低风险区，并改变内涝高风险区的提升泵站输水路径，控制水泵向所述内涝低风险区抽水；

雨污水自动排放控制算法模型用于根据雨量计监测数据，控制雨污水自动排放，若当前为晴天状态，则控制截污闸门处于开启状态，雨水闸门处于关闭状态；若当前为降雨状态，则根据水质监测数据进行雨污水的自动排放控制；

所述雨污水的自动排放控制为，获取截流井水质监测数据，若截流水水质达到排放标准则，则打开截流井雨水闸门，并关闭截流井截污闸门，雨水汇集至雨水排放口;

获取排水口监测设备实时监测排放雨水水质数据，若排放口雨水水质达到排放标准，则打开排水口闸门，并获取截流井内实时监测截流井液位，当液位降低至0.5m以内，则开启截流井截污闸门，关闭截流井雨水闸门；

所述远程控制功能模块，与所述软件算法平台连接，用于根据所述控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况，所述港口雨污水收集设施的运行工况包括提升泵站的远程控制、明渠闸门的远程控制、截流井闸门的远程控制，以完成港口雨污水收集与排放。

2.根据权利要求1所述的一种散货港口雨污水收集与调度系统，其特征在于，所述雨污水水质数据包括雨污水中的COD、氨氮、pH、浊度数据。

3.根据权利要求1所述的一种散货港口雨污水收集与调度系统，其特征在于，所述提升泵站的远程控制功能包括水泵泵组的启停、水泵的运行功率；所述明渠闸门的远程控制功能包括明渠闸门的开启/关闭、闸门开启程度；所述截流井闸门的远程控制功能包括截污闸门及雨水闸门的开启/关闭，截流井内水泵的开启/关闭。

4.根据权利要求1所述的一种散货港口雨污水收集与调度系统，其特征在于，所述内涝风险等级判断方法为，

根据储水设施最大水量及剩余容量，计算剩余容量/明渠的实时流量，得到水池达到最高液位剩余时间，若剩余时间小于10min则将该区域判断为内涝高风险区，若剩余时间大于等于10min则将该区域判断为内涝低风险区。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的散货港口雨污水收集与调度系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1现场数据采集：数据监测功能模块采集现场实时数据，为软件算法平台提供计算所需的基础数据；

S2数据分析，发送控制指令：软件算法平台利用算法模型对现场实时数据进行分析计算，并基于分析计算结果向远程控制功能模块发送设备控制指令；

S3执行控制指令：远程控制功能模块基于S2得到的控制指令调整港口雨污水收集设施的运行工况，完成港口雨污水收集的智慧调度。