CN116596166B - 一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统，涉及排水管理技术领域，包括主控中心，所述主控中心通信连接有降雨预测模块、污水监测模块、排水处理模块、设备管理模块、信息反馈模块；所述降雨预测模块用于构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量，所述污水监测模块用于获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量，所述排水处理模块用于获得排水状态以及生成报警信息，并通过排水设备对其进行处理，所述设备管理模块用于判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息，所述信息反馈模块用于将报警信息和故障信息分别反馈至城市居民或工作人员；通过本发明的技术方案，能够有效降低洪涝所带来的影响。

Description

一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统

技术领域

本发明涉及排水管理技术领域，具体是一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统。

背景技术

城市洪涝是一种城市内常见的自然灾害，主要是由于降雨剧增或排水不善所导致的，一旦发生便会对城市居民的生活造成很多不便，排水管理主要涉及闸门、排水泵、排水管道、污水处理厂等设施，受到天气、排水量、管道漏损、水泵上下游联动等因素的影响，如何做好城市洪涝的排水管理是一项很重要的民生工程；

现有的排水管理系统对于城市洪涝的预测缺乏针对性，且对于不同排水区域的排水机制也过于趋同，没能实现灵活的排水管理，造成资源浪费且排水效率低下，针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统，包括主控中心，所述主控中心通信连接有降雨预测模块、污水监测模块、排水处理模块、设备管理模块、信息反馈模块；

所述降雨预测模块用于根据预报降雨量和实际降雨量构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量；

所述污水监测模块用于对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量；

所述排水处理模块用于获得当前和未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备分别对其进行处理或预处理；

所述设备管理模块用于根据排水处理过程判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息；

所述信息反馈模块用于将报警信息和故障信息分别反馈至城市居民或工作人员。

进一步的，所述降雨预测模块根据预报降雨量和实际降雨量构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量的过程包括：

将城市划分为若干个排水区域，获得排水区域在不同时间段的预报降雨量，获得与不同时间段的预报降雨量相对应的实际降雨量，根据预报降雨量和实际降雨量之间的对应关系构建降雨预测模型，获得排水区域在后续时间段的预报降雨量，并将其输入至降雨预测模型以获得排水区域在后续时间段的预测降雨量。

进一步的，所述污水监测模块对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量的过程包括：

设置监测周期和水量监测单元，通过水量监测单元获得日常污水量，将日常污水量按照不同时间段进行划分，获得最近若干个监测周期内同一时间段的日常污水量，并获得日常污水量系数，将日常污水量系数作为后续相应的时间段的预测污水量。

进一步的，所述排水处理模块获得当前的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行处理的过程包括：

设置流速监测单元和水位监测单元，通过流速监测单元和水位监测单元分别获得流速和水位，设置流速阈值和水位阈值，将流速和水位分别与流速阈值和水位阈值进行比较，并根据比较结果获得不同的排水状态，同时生成相应的报警信息；

所述报警信息包括第一报警信息、第二报警信息、第三报警信息以及第四报警信息，设置闸门和排水泵两种排水设备，所述闸门和排水泵分别设有三种等级的开合度和排水功率，根据不同的报警信息采取不同的开合度和排水功率进行排水。

进一步的，所述排水处理模块获得未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行预处理的过程包括：

根据实际降雨量和日常污水量获得当前排水量，同时根据预测降雨量和预测污水量获得预测排水量，将当前排水量和预测排水量进行比较，并根据比较结果获得不同的排水状态，同时生成相应的报警信息；

所述报警信息包括第五报警信息、第六报警信息，根据不同的报警信息对当前排水设备的开合度、排水功率进行不同的调整。

进一步的，所述设备管理模块根据排水处理过程判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息的过程包括：

获得同一排水区域内的每个闸门的开合能力，对所获得的开合能力进行变化评估，获得相应的变化系数，设置变化阈值，将变化系数和变化阈值进行比较，根据比较结果将闸门区分为正常设备或故障设备，获得故障设备的地理位置信息，并生成相应的闸门故障信息；

获得排水泵的实际功率和转换功率，将实际功率和转换功率进行比较，根据比较结果将排水泵区分为正常设备或故障设备，获得故障设备的地理位置信息，并生成相应的水泵故障信息。

进一步的，所述信息反馈模块将报警信息反馈至城市居民的过程包括：

设置报警单元，通过所述报警单元将各项报警信息发送给城市居民，所述报警信息包括第一报警信息、第二报警信息、第三报警信息、第四报警信息、第五报警信息、第六报警信息。

进一步的，所述信息反馈模块将故障信息反馈至工作人员的过程包括：

设置通知单元，通过所述通知单元将各项故障信息发送给工作人员，所述故障信息包括闸门故障信息、水泵故障信息；

设置导航单元，根据所述故障信息内的地理位置信息，自动生成导航路线，将工作人员导航至相应的故障地点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、通过将城市划分为若干个排水区域，并利用降雨预测模型对每个排水区域进行预测，有利于获得更有针对性的预测降雨量，通过将日常污水量按照不同时间段进行划分，以日常污水量为基础获得日常污水量系数，有利于获得更有灵活性的预测污水量；

2、通过对不同的流速、水位，采取不同的开合度、排水功率，既能节省排水设备的能源，又能对不同的排水区域实现不同的排水机制，通过对未来的排水状态进行预测，并根据预测结果对其进行调整，能够有效地降低洪涝所带来的影响；

3、通过获得闸门、排水泵在排水处理过程中的开合能力、实际功率，并以此为基础对排水设备是否存在故障进行判断，有利于及时对出现故障的排水设备进行更换，能够有效地减少因设备故障而导致的排水效率降低的情况发生。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统，包括主控中心，所述主控中心通信连接有降雨预测模块、污水监测模块、排水处理模块、设备管理模块、信息反馈模块；

所述降雨预测模块用于根据预报降雨量和实际降雨量构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量；

所述污水监测模块用于对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量；

所述排水处理模块用于获得当前和未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备分别对其进行处理或预处理；

所述设备管理模块用于根据排水处理过程判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息；

所述信息反馈模块用于将报警信息和故障信息分别反馈至城市居民或工作人员。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述降雨预测模块根据预报降雨量和实际降雨量构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量的过程包括：

将城市划分为若干个排水区域，通过天气预报获得排水区域在不同时间段的预报降雨量；

设置采集单元，通过所述采集单元获得与不同时间段的预报降雨量相对应的实际降雨量；

根据所获得的预报降雨量和实际降雨量之间的对应关系构建降雨预测模型，将所获得的预报降雨量作为降雨预测模型的输入值，将所述降雨预测模型的输出值作为所输入的预报降雨量的预测降雨量；

利用与预报降雨量相对应的实际降雨量对所述降雨预测模型进行训练，以实现对于降雨预测模型的不断优化，通过天气预报获得排水区域在后续时间段的预报降雨量，将所获得的预报降雨量输入至降雨预测模型，获得排水区域在后续时间段的预测降雨量；

在本发明的实施例中，不选择直接以天气预报的预报降雨量作为参考，而是选择先构建降雨预测模型，以降雨预测模型所输出的预测降雨量作为参考，这是因为天气预报所提供的预报降雨量往往覆盖范围过大，且数值不具有针对性，无法为系统提供更为精准的参考，因此本发明将城市划分为若干个排水区域，并利用降雨预测模型对每个排水区域进行更为具体的预测，同时通过实际降雨量不断对降雨预测模型进行训练和优化，以获得更有针对性的预测降雨量。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述污水监测模块对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量的过程包括：

设置监测周期；

在排水区域的排水管道内设置水量监测单元，通过所述水量监测单元对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，所述日常污水量是指城市在非降雨天气下的日常污水量，不包括降雨所导致的污水增多情况，仅为城市本身就有的日常污水量；

将所获得的日常污水量按照不同时间段进行划分，并将同一时间段的日常污水量纳入同一个子集，获得最近k个监测周期内同一时间段的日常污水量，并将所获得的日常污水量标记为W_i，其中，i=1，2，……，k，获得日常污水量系数，并将所获得的日常污水量系数标记为W₀；

；

将所获得的日常污水量系数作为后续相应的时间段的日常污水量的预测值，并将其标记为预测污水量；

在本发明的实施例中，在非降雨天气下获得日常污水量能够减少降雨对于日常污水量所造成的影响，将日常污水量按照不同时间段进行划分，有利于对不同时间段的日常污水量实现具有针对性的预测，进而为后续的排水管理提供更为有效的参考，以最近若干个监测周期内的日常污水量为基础获得日常污水量系数，能够保证日常污水量系数始终处于动态变化中，有利于获得更有灵活性的预测污水量。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述排水处理模块获得当前的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行处理的过程包括：

在排水管道入口设置流速监测单元，通过所述流速监测单元对排水管道入口的流速进行监测以获得流速，并将所获得的流速标记为Ls；

在排水管道内部设置水位监测单元，通过所述水位监测单元对排水管道内部的水位进行监测以获得水位，并将所获得的水位标记为Sw；

设置流速阈值L₀和水位阈值S₀；

当Ls≤L₀且Sw≤S₀时，将当前的排水状态标记为第一状态，并生成第一报警信息；

当Ls＞L₀且Sw≤S₀时，将当前的排水状态标记为第二状态，并生成第二报警信息；

当Ls≤L₀且Sw＞S₀时，将当前的排水状态标记为第三状态，并生成第三报警信息；

当Ls＞L₀且Sw＞S₀时，将当前的排水状态标记为第四状态，并生成第四报警信息；

所述排水设备包括设置于排水管道入口的闸门和设置于排水管道内部的排水泵，所述闸门内设置有三种等级的开合度，分别为第一开合度、第二开合度、第三开合度，其中，第一开合度小于第二开合度小于第三开合度，所述排水泵内设置有三种等级的排水功率，分别为第一排水功率、第二排水功率、第三排水功率，其中，第一排水功率小于第二排水功率小于第三排水功率；

当生成第一报警信息时，可判断当前流速、水位均较低，因此采取第一开合度、第一排水功率进行排水；

当生成第二报警信息时，可判断当前流速较高、水位较低，因此采取第二开合度、第一排水功率进行排水；

当生成第三报警信息时，可判断当前流速较低、水位较高，因此采取第一开合度、第二排水功率进行排水；

当生成第四报警信息时，可判断当前流速、水位均较高，因此采取第二开合度、第二排水功率进行排水；

在本发明的实施例中，分别对排水管道入口的流速和排水管道内部的水位进行监测，所监测的流速可用于反映当前地表的积水情况，流速越高，积水越严重，所监测的水位可用于反映当前地下的排水情况，水位越高，排水越严重，针对不同的流速、水位，可采取不同的开合度、排水功率，这样既能节省排水设备的能源，又能对不同的排水区域实现不同的排水机制，同时生成相应的报警信息，一方面用于对排水设备进行调节，另一方面用于对城市居民进行反馈，报警信息越高，洪涝风险就越大，可提示城市居民提前避开相应的排水区域。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述排水处理模块获得未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行预处理的过程包括：

获得当前排水量，当前排水量由实际降雨量和日常污水量构成，并将所获得的当前排水量标记为P_当，根据所获得的预测降雨量和预测污水量获得下一时间段的预测排水量，并将所获得的预测排水量标记为P_预；

当P_预＝P_当时，不对其进行任何操作；

当P_预＜P_当时，将未来的排水状态标记为第五状态，并生成第五报警信息；

当P_预＞P_当时，将未来的排水状态标记为第六状态，并生成第六报警信息；

当生成第五报警信息时，可判断下一时间段的排水量将会降低，保持原有的开合度、排水功率的等级不变；

当生成第六报警信息时，可判断下一时间段的排水量将会升高，将原有的开合度、排水功率同时提高一个等级；

若当前排水设备的开合度、排水功率已经达到最高等级，下一时间段的排水状态还是处于升高状态，则将未来的排水状态标记为第七状态，并生成第七报警信息；

当生成第七报警信息时，以当前排水区域的中心为圆心，以预设距离R为半径，将所有处于该范围内的排水区域作为当前排水区域的邻近区域，获得所述邻近区域在下一时间段的排水状态，将其中被标记为第五状态的开合度降低一个等级，同时排水功率提高一个等级；

在本发明的实施例中，根据所获得的当前排水量和预测排水量的比较结果对下一时间段的排水状态进行预测，并根据预测结果通过排水设备对其进行预处理，通过这种方法能够有效地降低洪涝所带来的影响，而对于排水设备已达最高等级，下一时间段的排水状态仍然升高的情况，则通过改变邻近区域的开合度、排水功率以实现对当前区域的排水压力的缓解，能够最大程度地提高排水效率。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述设备管理模块根据排水处理过程判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息的过程包括：

以某一闸门为例，将其开合度转换的时刻标记为初始时刻，并将初始时刻记为a1，获得初始时刻的流速，并将所获得的流速记为l1，将当前时刻记为a2，获得当前时刻的流速，并将所获得的流速记为l2；

获得该闸门的开合能力，并将所获得的开合能力标记为K；

；

对同一排水区域内的闸门数量进行标记，记为j，其中，j=1，2，……，m，获得每个闸门的开合能力，并将所获得的开合能力标记为K_j，对所获得的开合能力进行变化评估，获得相应的变化系数，并将所获得的变化系数标记为B_j；

；

设置变化阈值B₀；

当B_j≤B₀时，将该闸门标记为正常设备；

当B_j＞B₀时，将该闸门标记为故障设备；

对于被标记为故障设备的闸门，获得该闸门的地理位置信息，并生成相应的闸门故障信息；

以某一排水泵为例，将其排水功率转换的时刻标记为初始时刻，并将初始时刻记为c1，获得初始时刻的水位，并将所获得的水位记为s1，将当前时刻记为c2，获得当前时刻的水位，并将所获得的水位记为s2；

获得该排水泵的实际功率，并将所获得的实际功率标记为G_实，同时获得该排水泵的转换功率G_转；

；

当G_实≥nG_转时，将该排水泵标记为正常设备；

当G_实＜nG_转时，将该排水泵标记为故障设备；

其中，0＜n＜1，对于被标记为故障设备的排水泵，获得该排水泵的地理位置信息，并生成相应的水泵故障信息。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述信息反馈模块将报警信息反馈至城市居民的过程包括：

设置报警单元，通过所述报警单元将各项报警信息发送给城市居民，所述报警信息包括第一报警信息、第二报警信息、第三报警信息、第四报警信息、第五报警信息、第六报警信息以及第七报警信息。

需要进一步说明的是，在具体实施过程中，所述信息反馈模块将故障信息反馈至工作人员的过程包括：

设置通知单元，通过所述通知单元将各项故障信息发送给工作人员，并由工作人员根据相应的故障信息进行进一步的处理，所述故障信息包括闸门故障信息和水泵故障信息；

设置导航单元，根据所述故障信息内的地理位置信息，自动生成导航路线，将工作人员导航至相应的故障地点。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (1)

1.一种用于城市洪涝的智慧排水管理系统，包括主控中心，其特征在于，所述主控中心通信连接有降雨预测模块、污水监测模块、排水处理模块、设备管理模块、信息反馈模块；

所述降雨预测模块用于根据预报降雨量和实际降雨量构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量；

所述污水监测模块用于对日常排放的污水进行监测以获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量；

所述排水处理模块用于获得当前和未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备分别对其进行处理或预处理；

所述设备管理模块用于根据排水处理过程判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息；

所述信息反馈模块用于将报警信息和故障信息分别反馈至城市居民或工作人员；

所述降雨预测模块构建降雨预测模型，并根据降雨预测模型获得预测降雨量的过程包括：

将城市划分为若干个排水区域，获得排水区域在不同时间段的预报降雨量，获得与不同时间段的预报降雨量相对应的实际降雨量，根据预报降雨量和实际降雨量之间的对应关系构建降雨预测模型，获得排水区域在后续时间段的预报降雨量，并将其输入至降雨预测模型以获得排水区域在后续时间段的预测降雨量；

所述污水监测模块获得日常污水量，并根据日常污水量获得预测污水量的过程包括：

设置监测周期和水量监测单元，通过水量监测单元获得日常污水量，将日常污水量按照不同时间段进行划分，获得最近若干个监测周期内同一时间段的日常污水量，并获得日常污水量系数，将日常污水量系数作为后续相应的时间段的预测污水量；

所述排水处理模块获得当前的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行处理的过程包括：

设置流速监测单元和水位监测单元，通过流速监测单元和水位监测单元分别获得流速和水位，设置流速阈值和水位阈值，将流速和水位分别与流速阈值和水位阈值进行比较，并根据比较结果获得不同的排水状态，同时生成相应的报警信息；

所述报警信息包括第一报警信息、第二报警信息、第三报警信息以及第四报警信息，设置闸门和排水泵两种排水设备，所述闸门和排水泵分别设有三种等级的开合度和排水功率，根据不同的报警信息采取不同的开合度和排水功率进行排水；

所述排水处理模块获得未来的排水状态并生成相应的报警信息，同时通过排水设备对其进行预处理的过程包括：

根据实际降雨量和日常污水量获得当前排水量，同时根据预测降雨量和预测污水量获得预测排水量，将当前排水量和预测排水量进行比较，并根据比较结果获得不同的排水状态，同时生成相应的报警信息；

所述报警信息包括第五报警信息、第六报警信息，根据不同的报警信息对当前排水设备的开合度、排水功率进行不同的调整；

所述设备管理模块判断排水设备是否为故障设备，并生成相应的故障信息的过程包括：

获得同一排水区域内的每个闸门的开合能力，对所获得的开合能力进行变化评估，获得相应的变化系数，设置变化阈值，将变化系数和变化阈值进行比较，根据比较结果将闸门区分为正常设备或故障设备，获得故障设备的地理位置信息，并生成相应的闸门故障信息；

获得排水泵的实际功率和转换功率，将实际功率和转换功率进行比较，根据比较结果将排水泵区分为正常设备或故障设备，获得故障设备的地理位置信息，并生成相应的水泵故障信息；

所述信息反馈模块将报警信息反馈至城市居民的过程包括：

设置报警单元，通过所述报警单元将各项报警信息发送给城市居民，所述报警信息包括第一报警信息、第二报警信息、第三报警信息、第四报警信息、第五报警信息、第六报警信息；

所述信息反馈模块将故障信息反馈至工作人员的过程包括：

设置通知单元，通过所述通知单元将各项故障信息发送给工作人员，所述故障信息包括闸门故障信息、水泵故障信息；

设置导航单元，根据所述故障信息内的地理位置信息，自动生成导航路线，并将工作人员导航至相应的故障地点。