CN116527721A - 一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法 - Google Patents

一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，该方法构建了一种针对地下排水管网的监测及诊断平台，该系统平台利用数字技术实现排水管网的安全高效、节能降耗、智慧管控的全生命周期建设与运维管理。其中的数字技术主要包括GIS、IOT、大数据建模、Cesium开源三维地球引擎等。集成运用GIS、Cesium开源三维地球引擎技术建立与真实物理世界联动的数字孪生世界，使得排水管网具备“生命体”特征，初步具备了“感知”、“记录”、“分析”、“决策”等能力，从而实现排水管网的智能感知、辅助决策等功能，可有效形成“智慧排水”，很大程度上替代人的工作，实现建设排水管理的智慧化。

Description

一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法
技术领域
发明涉及智慧排水技术领域，尤其涉及一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法。
背景技术
随着城市市政设施建设加快，在污水处理设施中，其污水处理能力和污水排放量的矛盾已经得到缓解。但管网问题与水环境治理现状之间的矛盾逐渐凸显。地下排水工程作为城市基础设施的重要组成部分，在维持现代化城市高效率、高质量正常运转方面发挥着重要作用，因此，在新型智慧城市发展背景下，立足管网排水的运行监控与智能处置，提升数据与运行服务水平，建立科学的运行评价指标体系，是落实智慧发展要求的有效手段。在深入研究排水管网的监测诊断模式的基础上，采用科学方法，建立一套评价管网运行、功能状态、数据指标、应用服务等方面的体系，以全面掌握排水管网的运行体征，识别排水在建设、管理、服务、发展等方面上存在的短板，帮助各地有效的进行排水管网的监测，具有重要社会和经济意义。当前，排水管网的智能监测、监测、诊断技术普及程度仍不高，其发展空间依然广阔。
发明内容
本发明的目的在于，解决现有技术的不足之处，提出一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，该方法可在很大程度上实现替代人的功能，实现排水管网运维管理的智慧化。
一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：收集数据：开展排水管网诊断前，应首先收集有关排水管网的监测数据，包括排水管网的结构、流量、水质及污染物信息；
步骤2：建立模型：根据收集的排水管网信息，利用计算机技术建立排水管网模型；
步骤3：分析模型：利用模型进行分析，计算不同管道的水流量、水质及污染物分布；
步骤4：监测漏损：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小；
步骤5：确定改进措施：根据分析结果，确定改善排水管网的措施；
步骤6：实施改进：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进；
步骤7：监测效果：实施改进措施后，对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标。
优选的，步骤1还包括以下子步骤：
步骤1.1：对排水管网进行地理测绘，获得管网的结构，长度，管道类型及点位分布数据，以作为排水管网诊断的基础；
步骤1.2：其次，排水管网诊断前，需要在管网管点上安装硬件传感器设备，用于采集排水管网中的流量、水质、污染物的各监测指标；
步骤1.3：建设实时可靠的传输网络，合理适配不同数据源，预处理汇集数据，提供数据缓存功能。
优选的，步骤2还包括以下子步骤：
步骤2.1：将收集的排水管网信息，以及传感器监测到的数据信息上传至数据库；
步骤2.2：构建统一数据库标准，建立合适的数据模型，针对性设计数据库架构并实现数据共享；
步骤2.3：对大量的监测数据进行报文及解析，再利用计算机建立排水管网模型；
步骤2.4：优化数据治理，统一数据治理标准，采用适合的数据加载方法，提升数据安全质量。
优选的，步骤3还包括以下子步骤：
步骤3.1：建设数字孪生系统，集成GIS、IOT、Cesium开源三维地球引擎技术，构建与排水设施物理世界相联结的数字映射系统；
步骤3.2：利用模型进行分析，计算不同类型管道的水流量、水质、污染物数据，以了解排水管网的状况，以及可能存在的问题；
步骤3.3：把模型分析出的数据渲染到数字映射模拟地图上。
优选的，步骤4还包括以下子步骤：
步骤4.1：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小，这有利于预测与发现排水管网存在的问题；
步骤4.2：搭建事件管理运维平台，实现事件高效管理与跟踪；
步骤4.3：预测及监测到可能出现的问题后，通过事件管理运维平台分发到对应的负责人手中，其做出对应处理，减少漏损对排水管网的影响。
优选的，步骤5中，需根据分析结果，确定改善排水管网的措施，包括但不限于增加管道、改变管道的位置及管道修补，用以改善排水管网的运行状况。
优选的，步骤6还包括以下子步骤：
步骤6.1：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进，以期改善排水管网的运行状况；
步骤6.2：搭建移动系统，在改进完成之后，通过手持移动系统提交见证性资料，系统对此类管道进行着重监测。
优选的，步骤7中，实施改进措施后，仍需对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标，用以确保排水管网的安全运行。
本发明的优点及技术效果在于：
1、本发明的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，利用基于云平台、统一存储、统一管理、统一使用的原则，打通了硬件、软件、中间件的数据，并实现账号和权限的统一管理和认证，既安全又可以灵活控制，优化执行效率，提高客户体验，使得智慧排水监控诊断系统的可用性提高；
2、本发明的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，利用计算机系统直接与数据库连接，实现平台管理中心对日志的电子化操作，并提供计划提醒和辅助决策的功能，减轻了人工的工作强度，同时提高决策的科学性。
附图说明
图1为发明的系统产品架构示意图；
图2为发明的技术结构示意图；
图3为发明的总体结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释发明，而不能理解为对发明的限制。
在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：收集数据：开展排水管网诊断前，应首先收集有关排水管网的所有数据，包括排水管网的结构、流量、水质、污染物等；
步骤2：建立模型：根据收集的排水管网信息，利用计算机技术建立排水管网模型；
步骤3：分析模型：利用模型进行分析，计算不同管道的水流量、水质、污染物分布等；
步骤4：检测漏损：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小；
步骤5：确定改进措施：根据分析结果，确定改善排水管网的措施；
步骤6：实施改进：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进；
步骤7：监测效果：实施改进措施后，对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标。
优选的，步骤1还包括以下子步骤：
步骤1.1：对排水管网进行地理测绘，获得管网的结构，长度，管道类型，点位分布等数据。这类数据是进行排水管网诊断的基础；
步骤1.2：其次，排水管网诊断前，需要在管网管点上安装硬件传感器设备，用于采集排水管网中的流量、水质、污染物等各检测指标；
步骤1.3：建设实时可靠的传输网络，合理适配不同数据源，预处理汇集数据，提供数据缓存功能。
优选的，步骤2还包括以下子步骤：
步骤2.1：将收集的排水管网信息，以及传感器监测到的数据信息上传至数据库；
步骤2.2：构建统一数据库标准，建立合适的数据模型，针对性设计数据库架构，创新支撑实现数据共享；
步骤2.3：对大量的监测检测数据进行报文及解析，再计算利用计算机技术建立排水管网模型；
步骤2.4：优化数据治理，统一数据治理标准，采用适合的数据加载方法，提升数据安全质量。
优选的，步骤3还包括以下子步骤：
步骤3.1：建设数字孪生系统，集成GIS、IOT、Cesium开源三维地球引擎技术,构建与排水设施物理世界相联结的数字映射系统；
步骤3.2：利用模型进行分析，计算不同类型管道的水流量、水质、污染物等，以便了解排水管网的状况，以及可能存在的问题；
步骤3.3：把模型分析出的数据渲染到数字映射模拟地图上。
优选的，步骤4还包括以下子步骤：
步骤4.1：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小，这有利于预测与发现排水管网存在的问题；
步骤4.2：搭建事件管理运维平台，实现事件高效管理与跟踪；
步骤4.3：预测及监测到可能出现的问题后，通过事件管理运维平台分发到对应的负责人手中，其做出对应处理，减少漏损对排水管网的影响。
优选的，步骤5还包括以下子步骤：
步骤5.1：根据分析结果，确定改善排水管网的措施，如增加管道、改变管道的位置、管道修补等，这些改进措施可以有效地改善排水管网的运行状况；
优选的，步骤6还包括以下子步骤：
步骤6.1：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进，以期改善排水管网的运行状况；
步骤6.2：搭建移动系统，在改进完成之后，通过手持移动系统提交见证性资料，系统对此类管道进行着重监测。
优选的，步骤7还包括以下子步骤：
步骤7.1：实施改进措施后，对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标，从而确保排水管网的安全运行。
为了更清楚地描述本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
本发明的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其采用的监测诊断系统如图1-3所示，包括数据管理系统，数据管理系统包括数据存档模块、数据显示模块、数据优化模块，数据管理系统用于对各项目管网数据进行管理；
报表生成系统，报表生成系统用于对实时运行数据计算并生成图表（柱状图、折线图、圆环图、饼状图）；
监测报警系统，监测报警系统用于对硬件传感器所监测的管网故障进行监测以及报警；
地图展示系统，地图展示系统用于对项目区域内的排水管网的信息进行展示；
智能诊断系统，该系统通过对大量监测数据进行自动诊断，并将诊断结果归类；
数据存档模块用于对从各远程站点采集到的数据按照不同类型、名称、属性和时序等特征进行分类，并存入数据库中，数据库可达到一分钟内1TB级别数据的存储、查询、编辑和删除；
数据显示模块基于平台中采集的视频、液位、水质、流量等数据，管理人员可随时查看各个关键性指标监测结果，数据显示模块支持以实时动态的方式展示数据的分布；
数据优化模块用于在通信干扰的情况下对偏离、失真、丢失的数据进行动态分析，修正失真的数据，并协助管理人员及时发现、修复故障。
报表生成系统能够对运行过程中的实时运行数据自动统计计算，自动生成各类生产运行统计表，各类型的报表都可以随时查看，通过对数据的分析计算统计生活污水收集率、重现期、外水入侵率、雨污混接比、设计重现期符合标准比、降雨积水率等数据，为指挥决策提供可靠的数据依据；
监测模块在显示屏上以画面、图表、图像的形式动态显示监控的管点参数状态，显示设备可以显示当前监测的数据以及历史数据的趋势曲线，监测模块可通过颜色变化、百分比、色标填充等手段增强画面的可视性；
报警模块在故障发生时发出警报信息，并显示故障点和故障状态，报警模块可按照报警等级做出相应反应，且记录故障信息；
地图展示系统支持项目区域内排水管网效果的展示，可从GIS等系统中导入省市区县、楼宇、街路、水系等信息，并可将管、点、泵站，污水处理厂等、排水户等信息显示在地图上；
地图展示系统支持任意角度旋转及缩放功能，放置到最大比例可以查看3D管道建模情况，用户可在地图展示系统中查看管、点、各种排水设施、道路等信息；
地图展示系统中具备其内任意管网及监测硬件传感器设备的超链接，超链接内信息包括该管网的概要信息、详细档案以及维修保养记录；
自动诊断系统是通过对大量监测数据的报文及解析后，通过算法形成数据模型，该模型可将监测到的数据自动解析和诊断，并将诊断结果自动归类；
另外，本发明优选的，整个系统主要设备工具还包括现有技术中的防火墙、服务器、千兆交换机、低延时万兆交换机、GPU卡、液位传感器、水质传感器等。
最后，发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于发明的实施例或示例中。
尽管已经示出和描述了发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：收集数据：开展排水管网诊断前，应首先收集有关排水管网的监测数据，包括排水管网的结构、流量、水质及污染物信息；
步骤2：建立模型：根据收集的排水管网信息，利用计算机技术建立排水管网模型；
步骤3：分析模型：利用模型进行分析，计算不同管道的水流量、水质及污染物分布；
步骤4：监测漏损：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小；
步骤5：确定改进措施：根据分析结果，确定改善排水管网的措施；
步骤6：实施改进：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进；
步骤7：监测效果：实施改进措施后，对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标。
2.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤1还包括以下子步骤：
步骤1.1：对排水管网进行地理测绘，获得管网的结构，长度，管道类型及点位分布数据，以作为排水管网诊断的基础；
步骤1.2：其次，排水管网诊断前，需要在管网管点上安装硬件传感器设备，用于采集排水管网中的流量、水质、污染物的各监测指标；
步骤1.3：建设实时可靠的传输网络，合理适配不同数据源，预处理汇集数据，提供数据缓存功能。
3.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤2还包括以下子步骤：
步骤2.1：将收集的排水管网信息，以及传感器监测到的数据信息上传至数据库；
步骤2.2：构建统一数据库标准，建立合适的数据模型，针对性设计数据库架构并实现数据共享；
步骤2.3：对大量的监测数据进行报文及解析，再利用计算机建立排水管网模型；
步骤2.4：优化数据治理，统一数据治理标准，采用适合的数据加载方法，提升数据安全质量。
4.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤3还包括以下子步骤：
步骤3.1：建设数字孪生系统，集成GIS、IOT、Cesium开源三维地球引擎技术，构建与排水设施物理世界相联结的数字映射系统；
步骤3.2：利用模型进行分析，计算不同类型管道的水流量、水质、污染物数据，以了解排水管网的状况，以及可能存在的问题；
步骤3.3：把模型分析出的数据渲染到数字映射模拟地图上。
5.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤4还包括以下子步骤：
步骤4.1：检查排水管网是否存在漏损，以及漏损的大小，这有利于预测与发现排水管网存在的问题；
步骤4.2：搭建事件管理运维平台，实现事件高效管理与跟踪；
步骤4.3：预测及监测到可能出现的问题后，通过事件管理运维平台分发到对应的负责人手中，其做出对应处理，减少漏损对排水管网的影响。
6.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤5中，需根据分析结果，确定改善排水管网的措施，包括但不限于增加管道、改变管道的位置及管道修补，用以改善排水管网的运行状况。
7.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤6还包括以下子步骤：
步骤6.1：按照确定的改进措施，对排水管网进行改进，以期改善排水管网的运行状况；
步骤6.2：搭建移动系统，在改进完成之后，通过手持移动系统提交见证性资料，系统对此类管道进行着重监测。
8.根据权利要求1所述的一种地下排水管网的智慧监测及诊断方法，其特征在于：所述步骤7中，实施改进措施后，仍需对排水管网效果进行监测，检查排水管网是否达到预期目标，用以确保排水管网的安全运行。
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