CN118052469A - 一种海绵城市雨水综合管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种海绵城市雨水综合管理方法及系统，其中方法包括：获取当前区域的实时降雨量，并将实时降雨量上传至云平台；获取初始蓄水池水位，根据初始蓄水池水位和实时降雨量，建立水位控制模型，并根据水位控制模型，利用比例‑积分‑微分（PID）控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率；获取水质指标，并将水质指标上传至云平台；分析水质指标，当水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；接收到超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。解决了海绵城市雨水资源的管理和利用率低的问题。本发明具有实现雨水资源的高效管理和利用的效果。
Description
技术领域
本发明涉及给排水管理技术领域，尤其涉及一种海绵城市雨水综合管理方法及系统。
背景技术
海绵城市是指城市能够像海绵一样在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”，下雨时吸水、蓄水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并为绿化等提供水补给，以达到综合利用雨水资源和节约用水的目的。通过海绵城市的建设能够有效减缓城市内涝、综合利用雨水资源。但是海绵城市的建设离不开对雨水的综合管理，需要实时监测从收集雨水、预处理雨水到回用雨水的水质、水位、流量的情况，为雨水资源化利用的效能评估提供数据支持。
然而现有的对海绵城市雨水管理的方法缺乏实时动态数据的支持，海绵城市雨水资源的管理和利用率低。因此希望可以提供一种海绵城市雨水综合管理方法及系统，通过利用物联网和云平台来获取实时动态数据，实现雨水资源的高效管理和利用。
发明内容
本发明目的一是提供一种海绵城市雨水综合管理方法及系统，具有实现雨水资源的高效管理和利用的特点。
本发明的上述发明目的一是通过以下技术方案得以实现的：
一种海绵城市雨水综合管理方法，包括：
获取当前区域的实时降雨量，并将所述实时降雨量上传至云平台；
获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；
获取水质指标，所述水质指标包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS、回用管COD，并将所述水质指标上传至云平台；
分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；
接收到所述超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。
通过采用上述技术方案，首先通过获取当前区域的降雨量并上传至云平台，可以实时监测雨水资源的情况，从而更加有效地进行管理和利用。其次根据实时降雨量和初始蓄水池水位建立水位控制模型，并利用PID控制器算法调整蓄水池泵阀的运行速率，实现对蓄水池水位的实时控制。这样可以有效地应对突发性降雨，降低城市内涝风险。此外通过获取蓄水池、清水池以及回用管中的悬浮物含量(SS)和有机物含量(COD)等水质指标，并上传至云平台进行监测和分析，能够及时发现水质超标情况。一旦水质指标超过预设阈值，将生成超标警告，提醒相关人员采取相应的措施。最后在接收到水质超标警告后，将自动发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。这可以防止超标水质继续传播和使用，保护水环境和人体健康。综上所述，可以实现雨水资源的高效管理和利用，同时保障水质安全，提高海绵城市的可持续发展能力和生态环境质量。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述一种海绵城市雨水综合管理方法还包括：
获取绿化的土壤湿度，并将所述土壤湿度上传至云平台；
当所述土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至所述土壤湿度保持在预设的湿度范围内；
获取回用管的流量，并将所述回用管的流量上传至云平台。
通过采用上述技术方法，首先通过获取绿化的土壤湿度并上传至云平台，可以实时监测土壤湿度情况。当土壤湿度低于预设的湿度范围时，系统将发送指令开启回用管中相应的泵阀，以保持土壤湿度在预设范围内。这有助于有效管理城市绿化的灌溉水源，保持植物生长所需的适宜湿度。此外通过获取回用管的流量并上传至云平台，可以实现对回用水的使用和流量情况的实时监测。这有助于了解城市水资源的利用情况，为后续的水资源管理和规划提供数据支持。综上所述，可以进一步完善海绵城市雨水综合管理方法，实现对雨水资源、水质和土壤湿度等多方面的监测和调节，从而提高城市水资源的可持续利用性，促进城市生态环境的健康发展。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内，包括：
建立水位控制模型，以表示初始蓄水池水位随时间变化的规律，所述水位控制模型为：
Z＝Z0+∫(Qin-Qout+p)dt
其中，Z为实时变化的蓄水池水位，Z0为初始蓄水池水位，Qin为蓄水池的入水流量，Qout为蓄水池的出水流量，p为实时降雨量；
计算初始蓄水池水位与目标水位的偏差，即初始蓄水池水位与目标水位之间的差值，所述目标水位为预设的水位范围的上限与下限的中间值；
根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，所述PID控制器用于控制蓄水池泵阀的运行速率，计算公式如下：
其中，u(t)为PID控制器的输出，Kp为PID控制器的比例系数，Ki为PID控制器的积分系数，Kd为PID控制器的微分系数，e(t)为初始蓄水池水位与目标水位之间的偏差；
根据所述PID控制器输出，调整蓄水池泵阀的运行速率，所述蓄水池泵阀的运行速率包括蓄水池入水泵的运行速率和蓄水池出水泵的运行速率。
通过采用上述技术方法，首先通过建立水位控制模型，结合实时降雨量和初始蓄水池水位，系统可以计算出PID控制器的输出。PID控制器根据当前水位与目标水位之间的偏差，调整蓄水池泵阀的运行速率，使得实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内。这样可以确保蓄水池的水位稳定，有效控制海绵城市雨水的储存和排放。此外根据PID控制器的输出，可以自动调节蓄水池入水泵和出水泵的运行速率。当水位偏离目标范围较大时，会加大或减小泵阀的运行速率，以快速调整水位。通过自动调节泵阀速率，可以实现对蓄水池水位的精确控制，提高系统的响应速度和稳定性。综上所述，可以实现对蓄水池水位的精确控制和调节，确保实时变化的水位在预设范围内。这样可以提高海绵城市雨水综合管理系统的运行效率，减轻城市内涝风险，保障城市水资源的合理利用。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述一种海绵城市雨水综合管理方法还包括：
计算蓄水池水位增量，根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水利用率，并将所述雨水利用率上传至云平台；
根据所述蓄水池SS、所述蓄水池COD、所述回用管SS、所述回用管COD，综合评估雨水净化率，并将所述雨水净化率上传至云平台；
根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水排放率，并将所述雨水排放率上传至云平台；
根据所述回用管的流量，评估用水节约量，并将所述用水节约量上传至云平台。
通过采用上述技术方法，首先通过根据降雨量和蓄水池水位增量计算雨水利用率，并将其上传至云平台，可以实现对雨水资源的利用情况进行评估和监测。这有助于评估海绵城市雨水综合管理系统的效果，进一步优化管理策略，提高雨水资源的利用效率。其次通过根据蓄水池和回用管中的SS、COD等指标，综合评估雨水的净化率，并上传至云平台，可以实现对雨水净化效果的监测和评估。这有助于了解海绵城市雨水净化系统的效果，优化净化设施的布局和管理，提高雨水净化效率。其外通过计算降雨量和初始蓄水池水位增量之间的差值，评估出雨水排放率，并将其上传至云平台，可以实现对海绵城市雨水排放情况的监测和评估。这有助于优化城市排水系统的设计和管理，减少雨水排放对环境造成的负面影响。最后通过评估回用管的流量，计算出用水节约量，并将其上传至云平台，可以实现对城市用水情况的监测和评估。这有助于优化城市用水管理策略，提高城市用水效率。综上所述，可以进一步完善海绵城市雨水综合管理方法，实现对多方面指标的监测和评估，为城市的可持续发展提供数据支持和技术保障。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述一种海绵城市雨水综合管理方法还包括：
根据所述回用管的流量，统计用水量，并将所述用水量上传至云平台；
根据所述用水量，统计待缴纳费用，并将所述待缴纳费用上传至云平台；
根据所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量、所述用水量、所述待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述可视化的报表上传至云平台。
通过采用上述技术方法，首先通过回用管的流量统计用水量，并将其上传至云平台，可以实现对城市用水情况的监测和评估。这有助于了解城市用水状况，为城市用水管理提供数据支持。其次根据用水量统计待缴纳费用，并将其上传至云平台，可以实现对城市用水费用的管理和监测。这有助于优化收费管理策略，提高用水费用的收缴率。最后根据雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量、用水量和待缴纳费用等多个指标，可以生成可视化的报表，并将其上传至云平台。这有助于对城市雨水综合管理系统和用水管理情况进行全面的监测和评估，为城市可持续发展提供数据支持和技术保障。综合来看，采用上述技术方法可以实现对城市雨水综合管理系统和用水管理情况的全面监测和评估，为城市的可持续发展提供数据支持和技术保障。同时，通过生成可视化的报表，可以使城市管理者更加直观地了解城市的雨水和用水情况，为制定科学管控策略提供依据。
本发明目的二是提供一种海绵城市雨水综合管理系统，具有实现雨水资源的高效管理和利用的特点。
本发明的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：
一种海绵城市雨水综合管理系统，所述系统包括：
雨水动态监测子系统，用于实时监测降雨量和初始蓄水池水位，将所述实时降雨量和所述初始蓄水池水位上传至云平台，根据所述实时降雨量和所述初始蓄水池水位，调整蓄水池泵阀的运行速率，还用于实时监测于水质指标，将所述水质指标上传至云平台，云平台分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告，进而控制蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀；
雨水资源化利用效能评估子系统，用于评估雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量，并将所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量上传至云平台；
雨水资源化利用收费管理子系统，用于统计用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述用水量、所述待缴纳费用、所述可视化的报表上传至云平台；
用户端子系统，用于从云平台上获取所述雨水动态监测子系统上传的所述实时降雨量、所述初始蓄水池水位和所述水质指标的实时监测数据，还用于接收到云平台发送的超标警告，还用于从云平台上获取所述雨水资源化利用效能评估子系统上传的雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率和用水节约量，还用于从云平台上获取所述雨水资源化利用收费管理子系统上传的用水量统计数据、待缴纳费用以及可视化的报表。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述所述雨水动态监测子系统包括：
降雨量监测模块，用于获取当前区域的实时降雨量，并将所述实时降雨量上传至云平台；泵阀第一控制模块，用于获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；
水质监测模块，用于获取水质指标，所述水质指标包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS、回用管COD，并将所述水质指标上传至云平台；
超标警报模块，用于分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；泵阀第二控制模块，用于接收到所述超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述雨水动态监测子系统还包括：
土壤湿度获取模块，用于获取绿化的土壤湿度，并将所述土壤湿度上传至云平台；
泵阀第三控制模块，用于当所述土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至所述土壤湿度保持在预设的湿度范围内；
流量统计模块，用于获取回用管的流量，并将所述回用管的流量上传至云平台。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述雨水资源化利用效能评估子系统包括：
雨水利用率评估模块，用于计算蓄水池水位增量，根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水利用率，并将所述雨水利用率上传至云平台；
雨水净化率评估模块，用于根据所述蓄水池SS、所述蓄水池COD、所述回用管SS、所述回用管COD，综合评估雨水净化率，并将所述雨水净化率上传至云平台；
雨水排放率评估模块，用于根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水排放率，并将所述雨水排放率上传至云平台；
用水节约量评估模块，用于根据所述回用管的流量，评估用水节约量，并将所述用水节约量上传至云平台。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为，所述雨水资源化利用收费管理子系统包括：
用水量统计模块，用于根据所述回用管的流量，统计用水量，并将所述用水量上传至云平台；缴费统计模块，用于根据所述用水量，统计待缴纳费用，并将所述待缴纳费用上传至云平台；报表中心模块，用于根据所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量、所述用水量、所述待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述可视化的报表上传至云平台。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.采用本技术方案，可以实现雨水资源的高效管理和利用，同时保障水质安全，提高海绵城市的可持续发展能力和生态环境质量；
2.有助于有效管理城市绿化的灌溉水源，保持植物生长所需的适宜湿度，可以进一步完善海绵城市雨水综合管理方法，实现对雨水资源、水质和土壤湿度等多方面的监测和调节，从而提高城市水资源的可持续利用性，促进城市生态环境的健康发展；
3.可以实现对蓄水池水位的精确控制和调节，确保实时变化的水位在预设范围内。这样可以提高海绵城市雨水综合管理系统的运行效率，减轻城市内涝风险，保障城市水资源的合理利用；
4.对雨水净化效果的监测和评估，有助于了解海绵城市雨水净化系统的效果，优化净化设施的布局和管理，提高雨水净化效率，对海绵城市雨水排放情况的监测和评估，有助于优化城市排水系统的设计和管理，减少雨水排放对环境造成的负面影响，对城市用水情况的监测和评估，有助于优化城市用水管理策略，提高城市用水效率，实现对多方面指标的监测和评估，为城市的可持续发展提供数据支持和技术保障；
5.采用上述技术方法可以实现对城市雨水综合管理系统和用水管理情况的全面监测和评估，为城市的可持续发展提供数据支持和技术保障。同时，可视化的报表使城市管理者更加直观地了解城市的雨水和用水情况，为制定科学管控策略提供依据。
附图说明
图1是本发明其中一实施例的一种海绵城市雨水综合管理方法中步骤S1-S3的示意图；
图2是图1中步骤S1的具体流程示意图；
图3是图2中步骤S11的具体流程示意图；
图4是图1中步骤S2的具体流程示意图；
图5是图1中步骤S3的具体流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-5，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。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
参阅图1，为本申请实施例提供的一种海绵城市雨水综合管理方法的一个实施例，包括步骤S1-S3。
S1、雨水动态监测的方法；参阅图2，包括步骤S10-S17，其中S15-S17是灌溉绿化的方法的具体步骤：
S10、获取当前区域的实时降雨量，并将实时降雨量上传至云平台；
首先在空旷的地方或楼顶上选择适当的位置安装雨量计，避免被建筑物、树木等障碍物影响降雨数据的准确性。可以考虑安装在高处，以便更好地接收降雨。其次将雨量计与数据采集器相连，确保数据能够及时传输到海绵城市雨水综合管理系统。最后将数据上传至云平台，为海绵城市雨水综合管理系统提供基础数据支持。
S11、获取初始蓄水池水位，根据初始蓄水池水位和实时降雨量，建立水位控制模型，并根据水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；参阅图3，包括步骤S110-S113：
S110、建立水位控制模型，以表示初始蓄水池水位随时间变化的规律，水位控制模型为式(1)：
Z＝Z0+∫(Qin-Qout+p)dt(1)
其中，Z为实时变化的蓄水池水位，Z0为初始蓄水池水位，Qin为蓄水池的入水流量，Qout为蓄水池的出水流量，p为实时降雨量；
首先通过安装在蓄水池的水位传感器测量初始蓄水池水位，根据初始蓄水池水位和实时降雨量，建立水位控制模型。通过建立水位控制模型，可以预测未来一段时间的蓄水池水位变化趋势。在实际应用中，为了更准确地模拟水位变化，可能需要考虑更多的因素，如蓄水池的形状、水位与容积的关系、渗漏损失等。此外，还可以根据实际情况引入更复杂的动态模型，考虑水位变化的惯性和滞后效应。
S111、计算初始蓄水池水位与目标水位的偏差，即初始蓄水池水位与目标水位之间的差值，目标水位为预设的水位范围的上限与下限的中间值；
首先获取预设的水位范围的上限和下限，然后计算目标水位，即预设的水位范围的上限与下限的中间值。
此外获取初始蓄水池水位，计算初始蓄水池水位与目标水位的偏差，即初始蓄水池水位与目标水位之间的差值。
S112、根据水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，PID控制器用于控制蓄水池泵阀的运行速率，计算公式(2)如下：
其中，u(t)为PID控制器的输出，Kp为PID控制器的比例系数，Ki为PID控制器的积分系数，Kd为PID控制器的微分系数，e(t)为初始蓄水池水位与目标水位之间的偏差；
首先获取初始蓄水池水位和目标水位之间的偏差，然后设置PID控制器的比例系数(Kp)、积分系数(Ki)和微分系数(Kd)，设置方法如下：
设置比例系数、积分系数和微分系数的初始值。可以根据经验或者系统特性进行初步估计。
进行试错法来优化PID控制器的参数。具体步骤如下：
a.设置一个合适的初始水位设定值，并开始PID控制器的运行；
b.观察系统的响应，包括水位的上升或下降过程以及稳定后的波动情况；
c.根据观察到的系统响应，逐步调整比例系数、积分系数和微分系数，以达到期望的控制效果。这可以通过增大或减小各个系数的值来实现；
d.调整完毕后，再次观察系统的响应，并进行评估。如果控制效果满足要求，则可以将参数固定下来；如果不满足要求，则继续调整参数，直到达到期望的控制效果为止。
经过多次试错法调参或者自适应控制算法的迭代，得到合适的比例系数、积分系数和微分系数，以获得良好的控制性能。
最后根据式(2)，在每个时间步骤中，微分项还可以表示为Kd*(当前偏差-上一次偏差)，根据当前的偏差和上一次的偏差，使用PID控制器算法计算出对应的输出。
S113、根据PID控制器输出，调整蓄水池泵阀的运行速率，蓄水池泵阀的运行速率包括蓄水池入水泵的运行速率和蓄水池出水泵的运行速率。
根据上述步骤S112计算得到的PID控制器的输出，获取一个控制信号值。这个控制信号值可以是一个具体的数值，也可以是一个相对的指令，表示需要增加或减少泵阀的运行速率。
对于蓄水池入水泵的运行速率调整：
a.如果控制信号值为正数(或增加指令)，则增加蓄水池入水泵的运行速率。可以通过增大入水泵的供电电压或者调整其转速来实现；
b.如果控制信号值为负数(或减少指令)，则减少蓄水池入水泵的运行速率。可以通过降低入水泵的供电电压或者调整其转速来实现。
对于蓄水池出水泵的运行速率调整：
a.如果控制信号值为正数(或增加指令)，则增加蓄水池出水泵的运行速率。可以通过增大出水泵的供电电压或者调整其转速来实现；
b.如果控制信号值为负数(或减少指令)，则减少蓄水池出水泵的运行速率。可以通过降低出水泵的供电电压或者调整其转速来实现。
最后，泵阀的运行速率的调整还需要借助相应的控制设备和算法，如变频器来控制电机转速等。此外，还要对泵阀的响应时间和系统的惯性进行评估，以确定调整速率和幅度的合理范围，避免过快或过慢的调节造成系统不稳定或控制误差过大。
S12、获取水质指标，水质指标包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS、回用管COD，并将水质指标上传至云平台；首先在蓄水池、清水池和回用管等重要位置安装水质检测设备，包括悬浮物测量仪、COD测量仪等，确保检测数据的准确性和可靠性。然后根据水质监测要求和监测频率，设置检测周期。例如，可以每小时或每天进行一次水质检测。其次在每个检测周期内，启动水质检测设备，获取水质指标数据，包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS和回用管COD等。此外对每次检测所获取的水质指标数据进行处理和储存，包括数据清洗、去重、计算平均值等。最后将处理后的水质指标数据上传至云平台，以便进行数据分析和处理。上传方式通过物联网设备、传感器、数据采集器等实现。
S13、分析水质指标，当水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；
首先根据相关标准、法规或实际需求，确定需要监测的水质指标和相应的预设阈值。例如，蓄水池悬浮物含量(SS)的预设阈值为50mg/L，有机物含量(COD)的预设阈值为30mg/L等。然后将每次监测所获取的水质指标数据与预设阈值进行比较，判断是否超过预设阈值。一旦发现水质指标超过预设阈值，就需要生成超标警告。可以通过以下方式进行：
a.发送报警通知：将超标信息发送给相关人员，包括运维人员、管理人员等。可以通过邮件、短信、即时通讯工具等方式发送报警通知；
b.显示警示信息：在雨水动态监测子系统的界面上显示警示信息，以提醒相关人员及时采取措施。
S14、接收到超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀；
首先监测到超标警告，自动触发相应的操作。在接收到超标警告后，首先需要确认超标警告的来源和具体指标。可以通过雨水动态监测子系统的界面或相关报警通知来获取这些信息。然后根据超标警告的来源，确定需要关闭的蓄水池、清水池以及回用管中的泵阀。可以通过系统的设备布局图、标识或实地检查来定位这些泵阀。发送关闭指令给相关的泵阀设备，具体的操作方式依赖于系统的控制方式，可以是手动操作，也可以是通过自动控制系统发送指令。一旦发送关闭指令，需要对设备状态进行监测，确保设备正确执行了关闭操作。可以通过系统的监测界面、传感器反馈或现场巡检等方式来确认设备状态。
S15、获取绿化的土壤湿度，并将土壤湿度上传至云平台；
可以采取以下具体实施过程：
选择土壤湿度传感器：选用适合绿化环境的土壤湿度传感器，可根据需求选择合适的类型，如电阻式传感器、电容式传感器或频域反射传感器等。确保传感器能够准确测量土壤湿度，并与云平台兼容。
部署传感器：按照植物分布和土壤特性，合理布置土壤湿度传感器。通常需要将传感器埋入土壤中，注意安装深度和位置，以确保传感器能够准确读取土壤湿度。
连接传感器与数据采集设备：将土壤湿度传感器与数据采集设备(如微控制器或物联网设备)进行连接。根据传感器的接口类型和数据采集设备的通信方式，选择合适的连接方式(如模拟输入、数字接口或串口等)。
数据采集与处理：使用数据采集设备采集传感器所得到的土壤湿度数据。
连接云平台：使用合适的通信方式，将处理后的土壤湿度数据发送至云平台。可以选择使用云平台提供的API或协议，建立与云平台的连接，并上传数据。
数据上传与存储：在与云平台建立连接后，按照云平台的要求，将土壤湿度数据上传至云平台。云平台会提供相应的接口和文档，用于数据上传和存储，可根据实际需求进行配置和调整
S16、当土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至土壤湿度保持在预设的湿度范围内；
首先在系统中设定预设湿度范围，根据植物的需求确定下限和上限。其次在云平台上监测和分析土壤湿度数据，当土壤湿度低于下限值时，控制系统发送相应的开启指令给回用管中的泵阀，以供给植物适量的水分。回用管中的泵阀根据接收到的开启指令进行操作，将适量的水分供给到植物的根部，以维持土壤湿度在预设范围内。最后系统持续监测土壤湿度，并根据实时数据判断是否需要继续保持泵阀的开启状态。同时，控制系统可以提供相应的反馈信息，如传感器数据和泵阀状态等。
S17、获取回用管的流量，并将回用管的流量上传至云平台。
安装流量传感器：选择适合的回用管流量传感器，例如电磁流量计、涡街流量计等，并按照说明将其安装在回用管上，通常安装在管道的直线段上以确保精确测量。
连接传感器与数据采集设备：将流量传感器与数据采集设备连接起来。数据采集设备可以是PLC(可编程逻辑控制器)、数据采集模块或者物联网设备。确保传感器能够将流量数据传输给数据采集设备。
配置数据采集设备：对数据采集设备进行配置，包括设置传感器类型、通讯协议、采样频率等参数，以确保准确地获取流量传感器的数据。
连接数据采集设备与云平台：使用合适的通讯设备(如以太网、Wi-Fi模块)将数据采集设备与云平台连接。可以使用现有的物联网平台或者自建的数据上传通道，确保流量数据可以传输到云平台。
数据上传至云平台：配置数据采集设备，使其能够按照预定的时间间隔或事件触发将流量数据上传至云平台。数据上传通常通过HTTP、MQTT等协议进行。
S2、雨水资源化利用效能评估的方法；参阅图4，包括步骤S20-S23：
S20、计算蓄水池水位增量，根据实时降雨量和蓄水池水位增量，评估雨水利用率，并将雨水利用率上传至云平台；
首先确定好需要评估雨水利用率的时间范围，例如统计1个月以内的总降雨量和蓄水池总增量，将蓄水池总增量除以总降雨量，并乘以100，即可得到1个月以内的雨水利用率的百分比，并将雨水利用率上传至云平台。
S21、根据蓄水池SS、蓄水池COD、回用管SS、回用管COD，综合评估雨水净化率，并将雨水净化率上传至云平台；
首先，在蓄水池中设置水质监测点，监测并记录降雨过程中的水质指标，其次蓄水池中的雨水需要进行简单的沉淀、过滤和消毒处理，经过处理后的雨水进入回用管，在回用管中设置水质监测点，监测并记录处理后雨水的水质指标。最后比较处理前后的水质指标数据，计算出悬浮物含量(SS)、有机物含量(COD)的变化量。根据变化量分别计算SS净化率和COD净化率，将SS净化率和COD净化率进行综合评估。可以简单地将两个净化率进行平均，或者根据实际需求和权重给予不同指标不同的重要性，并将经过综合评估得到的雨水净化率上传至云平台。
S22、根据实时降雨量和蓄水池水位增量，评估雨水排放率，并将雨水排放率上传至云平台；
首先确定好需要评估雨水排放率的时间范围，例如统计1个月以内的总降雨量和蓄水池总增量，计算总降雨量和蓄水池总增量之间的差值，并将差值除以总降雨量，乘以100，即可得到1个月以内的雨水排放率的百分比，并将雨水排放率上传至云平台。
S23、根据回用管的流量，评估用水节约量，并将用水节约量上传至云平台。
首先确定好需要评估用水节约量的时间范围，例如统计1个月以内的用水节约量。根据上述步骤S17中，上传至云平台的回流管流量，获取1个月以内的回流管流量，即可得到1个月以内的用水节约量，并将用水节约量上传至云平台。
S3、雨水资源化利用收费管理的方法；参阅图5，包括步骤S30-S32：
S30、根据回用管的流量，统计用水量，并将用水量上传至云平台；
用水量即为用水节约量。因此在本申请实施例中，步骤S30与上述步骤S23类似，为避免重复，此处不再赘述。
S31、根据用水量，统计待缴纳费用，并将待缴纳费用上传至云平台；
首先在云平台上设置相应的费率，根据不同的用水量范围或计费规则确定待缴纳费用的计算方法。可以设置分段计费、阶梯计费或统一计费等方式。确保费率的准确性和合理性。其次在云平台上建立数据库，用于存储采集到的用水量数据和计算得到的待缴纳费用。确保数据的安全性、完整性和可靠性。最后利用数据分析工具，对采集到的用水量数据进行处理和分析，根据费率设置进行费用计算，并统计待缴纳费用。可以根据不同的时间段、地区或用户类型等进行费用的分类统计。并将待缴纳费用上传至云平台。
S32、根据雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量、用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表，并将可视化的报表上传至云平台。
首先从云平台上的各数据库，调用出所述的各项数据。
其次将雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量、用水量和待缴纳费用生成报表数据。同时，选择合适的数据可视化工具(如Tableau、Power BI等)，将数据以图表、统计图等形式进行可视化展示。
最后根据需求定制报表内容和样式，包括各项指标的趋势分析、对比分析、地理信息呈现等。确保报表清晰易懂，能够直观地反映各项数据指标的变化和关联关系。同时，提供报表导出功能，方便用户将报表数据保存或分享。
报表访问与权限控制：在云平台上设置报表访问权限，确保只有经授权的用户可以查看和下载相关报表。同时，可以根据用户角色和需求，定制不同的报表访问权限和数据展示内容。
本实施例的实施原理为：
雨水动态监测的方法：首先获取当前区域的实时降雨量，并根据获取到的初始蓄水池水位，利用PID控制器算法，计算出PID控制器的输出，进而根据PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；然后获取到蓄水池、清水池和回流管的水质指标，分析采集到的水质指标，当水质指标超过预设阈值时，生成超标警告，接收到超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀；最后还包括灌溉绿化的方法，获取到绿化的土壤湿度，当土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至土壤湿度保持在预设的湿度范围内，并获取回用管的流量。以上获取到的所有数据均上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算。
雨水资源化利用效能评估的方法：首先从云平台上获取到实时降雨量和初始蓄水池水位，评估雨水利用率；其次从云平台上获取到蓄水池和回流管的水质指标，综合评估雨水净化率；此外从云平台上获取到实时降雨量和初始蓄水池水位，评估雨水排放率；最后从云平台上获取到回用管的流量，评估用水节约量。以上评估得到的所有数据均上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算。
雨水资源化利用收费管理的方法：首先从云平台上获取到回用管的流量，统计用水量；其次从云平台上获取到用水量，统计待缴纳费用；最后从云平台上获取到雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量、用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表。以上统计得到的所有数据均上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算。
本申请实施例还提供一种海绵城市雨水综合管理系统，包括雨水动态监测子系统、雨水资源化利用效能评估子系统、雨水资源化利用收费管理子系统和用户端子系统。
雨水动态监测子系统，用于实时监测降雨量和初始蓄水池水位，将实时降雨量和初始蓄水池水位上传至云平台，根据实时降雨量和初始蓄水池水位，调整蓄水池泵阀的运行速率，还用于实时监测于水质指标，将水质指标上传至云平台，云平台分析水质指标，当水质指标超过预设阈值时，生成超标警告，进而控制蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀；雨水资源化利用效能评估子系统，用于评估雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量，并将雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量上传至云平台；
雨水资源化利用收费管理子系统，用于统计用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表，并将用水量、待缴纳费用、可视化的报表上传至云平台；
用户端子系统，用于从云平台上获取雨水动态监测子系统上传的实时降雨量、初始蓄水池水位和水质指标的实时监测数据，还用于接收到云平台发送的超标警告，还用于从云平台上获取雨水资源化利用效能评估子系统上传的雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率和用水节约量，还用于从云平台上获取雨水资源化利用收费管理子系统上传的用水量统计数据、待缴纳费用以及可视化的报表。
在本实施例中，可以是雨水动态监测子系统监测实时降雨量、蓄水池水位、水质指标，对蓄水池泵阀的运行速率进行动态调整，当水质指标超过预设阈值时，生成超标警告，进而控制蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀，并将监测到的所有数据上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算；雨水资源化利用效能评估子系统首先从云平台上获取到实时降雨量和初始蓄水池水位，评估雨水利用率，其次从云平台上获取到蓄水池和回流管的水质指标，综合评估雨水净化率，此外从云平台上获取到实时降雨量和初始蓄水池水位，评估雨水排放率，最后从云平台上获取到回用管的流量，评估用水节约量。以上评估得到的所有数据均上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算；雨水资源化利用收费管理子系统首先从云平台上获取到回用管的流量，统计用水量；其次从云平台上获取到用水量，统计待缴纳费用；最后从云平台上获取到雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量、用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表。以上统计得到的所有数据均上传至云平台，并于云平台上进行数据的分析、处理、计算；用户端子系统从云平台上获取雨水动态监测子系统上传的实时降雨量、初始蓄水池水位和水质指标的实时监测数据，其次接收到云平台发送的超标警告，此外从云平台上获取雨水资源化利用效能评估子系统上传的雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率和用水节约量，最后从云平台上获取雨水资源化利用收费管理子系统上传的用水量统计数据、待缴纳费用以及可视化的报表。
在一种可能实施方式中，一种海绵城市雨水综合管理系统还包括：雨水动态监测子系统包括降雨量监测模块、泵阀第一控制模块、水质监测模块、超标警报模块、泵阀第二控制模块、土壤湿度获取模块、泵阀第三控制模块、流量统计模块；雨水资源化利用效能评估子系统包括雨水利用率评估模块、雨水净化率评估模块、雨水排放率评估模块、用水节约量评估模块；雨水资源化利用收费管理子系统包括用水量统计模块、缴费统计模块、报表中心模块；用户端子系统包括PC端、手机APP端、小程序端。
需要说明的是：上述实施例提供的系统在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统和方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
本申请实施例提供了一种海绵城市雨水综合管理系统。海绵城市雨水综合管理系统可以包括：至少一个处理器，至少一个网络接口，用户接口，存储器，至少一个通信总线。
处理器用于调用存储器中存储有一种海绵城市雨水综合管理方法，当由一个或多个处理器执行时，使得海绵城市雨水综合管理系统执行如上述实施例中一个或多个所述的方法。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例一种海绵城市雨水综合管理方法，为避免重复，此处不在赘述。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必需的。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种海绵城市雨水综合管理方法，其特征在于，包括：
获取当前区域的实时降雨量，并将所述实时降雨量上传至云平台；
获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；
获取水质指标，所述水质指标包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS、回用管COD，并将所述水质指标上传至云平台；
分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；
接收到所述超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取绿化的土壤湿度，并将所述土壤湿度上传至云平台；
当所述土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至所述土壤湿度保持在预设的湿度范围内；
获取回用管的流量，并将所述回用管的流量上传至云平台。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内，包括：
建立水位控制模型，以表示初始蓄水池水位随时间变化的规律，所述水位控制模型为：
其中，Z为实时变化的蓄水池水位，Z0为初始蓄水池水位，Qin为蓄水池的入水流量，Qout为蓄水池的出水流量，p为实时降雨量；
计算初始蓄水池水位与目标水位的偏差，即初始蓄水池水位与目标水位之间的差值，所述目标水位为预设的水位范围的上限与下限的中间值；
根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，所述PID控制器用于控制蓄水池泵阀的运行速率，计算公式如下：
其中，u(t)为PID控制器的输出，Kp为PID控制器的比例系数，Ki为PID控制器的积分系数，Kd为PID控制器的微分系数，e(t)为初始蓄水池水位与目标水位之间的偏差；
根据所述PID控制器输出，调整蓄水池泵阀的运行速率，所述蓄水池泵阀的运行速率包括蓄水池入水泵的运行速率和蓄水池出水泵的运行速率。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
计算蓄水池水位增量，根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水利用率，并将所述雨水利用率上传至云平台；
根据所述蓄水池SS、所述蓄水池COD、所述回用管SS、所述回用管COD，综合评估雨水净化率，并将所述雨水净化率上传至云平台；
根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水排放率，并将所述雨水排放率上传至云平台；
根据所述回用管的流量，评估用水节约量，并将所述用水节约量上传至云平台。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述回用管的流量，统计用水量，并将所述用水量上传至云平台；
根据所述用水量，统计待缴纳费用，并将所述待缴纳费用上传至云平台；
根据所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量、所述用水量、所述待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述可视化的报表上传至云平台。
6.一种海绵城市雨水综合管理系统，执行上述1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
雨水动态监测子系统，用于实时监测降雨量和初始蓄水池水位，将所述实时降雨量和所述初始蓄水池水位上传至云平台，根据所述实时降雨量和所述初始蓄水池水位，调整蓄水池泵阀的运行速率，还用于实时监测于水质指标，将所述水质指标上传至云平台，云平台分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告，进而控制蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀；
雨水资源化利用效能评估子系统，用于评估雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率、用水节约量，并将所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量上传至云平台；
雨水资源化利用收费管理子系统，用于统计用水量、待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述用水量、所述待缴纳费用、所述可视化的报表上传至云平台；
用户端子系统，用于从云平台上获取所述雨水动态监测子系统上传的所述实时降雨量、所述初始蓄水池水位和所述水质指标的实时监测数据，还用于接收到云平台发送的超标警告，还用于从云平台上获取所述雨水资源化利用效能评估子系统上传的雨水利用率、雨水净化率、雨水排放率和用水节约量，还用于从云平台上获取所述雨水资源化利用收费管理子系统上传的用水量统计数据、待缴纳费用以及可视化的报表。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述雨水动态监测子系统包括：
降雨量监测模块，用于获取当前区域的实时降雨量，并将所述实时降雨量上传至云平台；
泵阀第一控制模块，用于获取初始蓄水池水位，根据所述初始蓄水池水位和所述实时降雨量，建立水位控制模型，并根据所述水位控制模型，利用比例-积分-微分(PID)控制器算法，计算PID控制器的输出，进而根据所述PID控制器的输出调整蓄水池泵阀的运行速率，以使所述实时变化的蓄水池水位保持在预设的水位范围内；
水质监测模块，用于获取水质指标，所述水质指标包括蓄水池悬浮物含量(SS)、蓄水池有机物含量(COD)、清水池SS、清水池COD、回用管SS、回用管COD，并将所述水质指标上传至云平台；
超标警报模块，用于分析所述水质指标，当所述水质指标超过预设阈值时，生成超标警告；泵阀第二控制模块，用于接收到所述超标警告，发送指令关闭蓄水池、清水池以及回用管中相应的泵阀。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述雨水动态监测子系统还包括：
土壤湿度获取模块，用于获取绿化的土壤湿度，并将所述土壤湿度上传至云平台；
泵阀第三控制模块，用于当所述土壤湿度低于预设的湿度范围时，发送指令开启回用管中相应的泵阀，以至所述土壤湿度保持在预设的湿度范围内；
流量统计模块，用于获取回用管的流量，并将所述回用管的流量上传至云平台。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述雨水资源化利用效能评估子系统包括：
雨水利用率评估模块，用于计算蓄水池水位增量，根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水利用率，并将所述雨水利用率上传至云平台；
雨水净化率评估模块，用于根据所述蓄水池SS、所述蓄水池COD、所述回用管SS、所述回用管COD，综合评估雨水净化率，并将所述雨水净化率上传至云平台；
雨水排放率评估模块，用于根据所述实时降雨量和所述蓄水池水位增量，评估雨水排放率，并将所述雨水排放率上传至云平台；
用水节约量评估模块，用于根据所述回用管的流量，评估用水节约量，并将所述用水节约量上传至云平台。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述雨水资源化利用收费管理子系统包括：
用水量统计模块，用于根据所述回用管的流量，统计用水量，并将所述用水量上传至云平台；
缴费统计模块，用于根据所述用水量，统计待缴纳费用，并将所述待缴纳费用上传至云平台；
报表中心模块，用于根据所述雨水利用率、所述雨水净化率、所述雨水排放率、所述用水节约量、所述用水量、所述待缴纳费用，生成可视化的报表，并将所述可视化的报表上传至云平台。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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