TWI770859B - 下水道管渠入流入滲流量自動監測系統 - Google Patents

Abstract

一種下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，主要藉由一感測裝置取得一下水道的流量資料，一雨量監測設備取得雨量資料，並取得上、下游管網相關雨量及流量資料，利用智能運算裝置，自動監測下水道管渠雨天入流入滲流量，達到智能自動化之目的。

Description

下水道管渠入流入滲流量自動監測系統

本發明是有關一種下水道管渠雨天入流入滲流量監測系統，是一用於自動監測下水道管渠入流入滲流量之自動化系統，係以管渠內流量資料，搭配上、下游管網相關雨量、流量資料，利用智能運算裝置以自動監測下水道雨天入流入滲流量之自動化系統。

下水道管渠係以密閉式管線埋設於地面下，管線常因雨汙管線混接、錯接或受損破裂發生入流入滲現象，造成環境污染。主要引起異常的原因說明下：

(1)雨水入流：設施缺陷均會引起異常入流，其入流量隨設施狀況及降雨量而變化：

(a)地面排水或雨水涵渠錯接，而使雨水進入汙水系統。

(b)管線設施受損，使雨水從受損處入流；或淹水區開啟人孔，將積水宣洩於汙水下水道。

(c)人孔框座破損及其封口破損，使地面逕流進入汙水系統。

(d)用戶之屋頂(或屋擔)落水管、露臺或陽台排水管等排水設備混接，使暴雨進入汙水系統。

(2)地下水入滲：管線及人孔之接頭或隙縫所容許之地下水入滲量因設施本身明顯之缺陷；包括管線塌陷、斷裂、裂縫，管線接頭分離、錯開、破損、橡膠止水環脫落，管體裂紋、隙縫、下陷，樹根入侵，人孔壁及管線接頭潰壞等，所產生之地下水入滲量，則視缺陷情況及地下水位而定；若地下水位高於管底高程，則比入滲量屬長期穩定流。降雨量也會影響部分之地下水入滲量，且隨降雨量而變化。

下水道檢查入流入滲主要使用攝影機逐段檢查管內狀況並錄影判讀為主要檢查方式，由現場作業人員攜帶錄影設備進行縱走檢視，並在各接頭處進行環攝，以確認管線狀況。或者，將攝影機置自走車裝置上於管道內移動，通過在地面上之監視錄影機，觀察下水道破損、裂縫、浸漏、連接管之狀態，並將其收錄在儲存設備上，再播放檢查。

但上述檢查缺點為無法在通水狀態下進行檢視，因此，須先清洗下水道系統，並須將檢視之管段以另一暫代管段輸水後，再行檢視，較費時費工。

因此，若是有以上狀態發生，將容易因暴雨導致管渠負荷量不足，產生人孔滿溢及道路積淹水等問題。為防患於未然，須詳細檢查管網結構及連接狀況，以維持下水道設施之正常功能，減少汙水處理廠處理成本，避免之災害發生，降低對河川的汙染。

因此，為了能夠解決上述情況，本案除了能夠自動監測下水道而雨天入流入滲的流量之外，可將非接觸式感測裝置直接設置定位於人孔蓋內(指人孔蓋背面或管渠的壁面)，用以有效避免感測線材接觸水體腐蝕與阻塞，如此對於設備安裝與維護將是一大助益，故本發明應為一最佳解決方案。

一種下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，係包含：一主機本體，內部係具有一主機電路板；一雨量監測設備，係與該主機本體電性連接，用以取得至少一筆的雨量資料，並傳送至該主機本體；一天線裝置，係與該主機電路板電性連接，係接收及傳輸資料；一感測裝置，係與該主機電路板電性連接，用以量測一或多個管渠內部的水位、流速、流量資料；一智能運算裝置，係與該主機電路板電性連接或設置於一雲端伺服器，該智能運算裝置會蒐集雨量、水位、流速或/及流量資料進行處理，進而分析出一無降雨的規律流量時序曲線，當降雨時與相應無降雨規律流量時序曲線比較，用以推估出一雨天入流入滲流量；以及一電池，係用以提供該上述各項裝置所需之運作電源。

於一較佳實施例中，與晴天規律流量比較，其中該雨天入流入滲流量之推估判斷條件為：(1)蒐集多筆流量大數據資料，濾除已知阻塞或滲漏等異常管渠之流量等資料，去除降雨期間之流量；(2)將流量資料分成四種時段，分別為週一至週四、週五、週六與週日；(3)將每種時段同一時間的流量平均，得到所有時段之平均流量；(4)將四種時段之平均流量，組成該無降雨規律流量時序曲線；(5)當雨天時，根據量測流量，計算超過該無降雨規律流量曲線的流量，可推估為該雨天入流入滲流量程度。

於一較佳實施例中，與無降雨規律水位比較，其中該雨天入流入滲流量之推估判斷條件為：(1)蒐集多筆流量大數據資料，濾除已知阻塞或滲漏等異常管渠之流量等 資料，去除降雨期間之流量；(2)用一人工智能演算法(如LSTM、RNN等)，推估出該無降雨規律流量時序曲線；(3)當雨天時，根據量測流量，計算超過該無降雨規律流量曲線的流量，可推估為該雨天入流入滲流量程度。

於一較佳實施例中，其中該感測裝置為一非接觸式感測裝置或接觸式感測裝置，用以偵測該管渠內部水位、流速或流量資料。

於一較佳實施例中，其中該非接觸式流量裝置為雷達式流量計或雷射式流量計。

於一較佳實施例中，其中該主機本體及感測裝置係固定於一人孔蓋本體的背面或該管渠的牆面。

於一較佳實施例中，其中該智能運算裝置係由該雨量偵測設備或由該天線接收該雲端伺服器蒐集該雨量資料。

1:人孔蓋本體

11:正面

114:容置部

1141:天線裝置

11411:電路導線

115:穿孔

12:背面

120:主機本體

121:機箱

1210:機箱蓋

1211:主機電路板

1212:感測裝置

1213:電池

1214:天線裝置

1215:接觸式感測器

1216:智能運算裝置

1217:觸發件

2:路面

3:下水道井

4:雨量監測設備

51:雲端伺服器

52:雨量量測設備站

53:上、下游及關連管網監測設備

54:遠端控制單元

6:水體

[第1圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之架構示意圖。

[第2圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之硬體設備示意圖。

[第3A圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之第一流程示意圖。

[第3B圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之第二流程示意圖。

[第4A圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之固定於人孔蓋背面示意圖。

[第4B圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之固定於管渠壁面示 意圖。

[第4C圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之感測裝置設置在主機本體外部示意圖。

[第5圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之外接接觸式感測器示意圖。

[第6A圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之天線裝設在人孔蓋示意圖。

[第6B圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之感測裝置為非接觸感測器示意圖。

[第6C圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之硬體剖面示意圖。

[第6D圖]係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之機箱結合機箱蓋示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第1及2圖所示，係本發明下水道管渠入流入滲流量自動監測系統之架構圖，主要包含有一主機本體120，該主機本體120是接收來自感測裝置1212及雨量監測設備4的資料，並可透過天線裝置1214接受一雲端伺服器51資料(包含雨量、水位、流速或流量等資料)或複數個遠端雨量監測站52或複數個上、下游關聯網監測設備53的資料(包含水位、流速或/及或流量等資料)。

該主機本體120係至少包含有一機殼121，該機殼121內設置有主機電路板1211、感測裝置1212、電池1213、天線裝置1214及智能運算裝置1216， 其中該感測裝置1212、電池1213、天線裝置1214及智能運算裝置1216係皆與該主機電路板1211電性連接。

該感測裝置1212係為一非接觸式感測裝置(不跟偵測物直接接觸)或接觸式感測裝置(跟偵測物直接接觸)，用以偵測下水道井內的水位、流速或流量等資料，其中該非接觸式流量裝置係為雷達式流量計或是雷射式流量計。

該電池1213用以提供該主機本體120及其他硬體設備運作所需之電源，而該天線裝置1214用以無線接收外部資料(包含雨量、水位、流速或流量等資料)，以傳送給該主機電路板1211或/及該主機電路板1211能夠透過該天線裝置1214傳輸資料至遠端控制單元54。

該雨量監測設備4可裝設於現場，用以蒐集雨量資料，並傳送置主機本體120。

該智能運算裝置1216係設置於該主機本體120內部或雲端伺服器中，若裝設於主機本體120內部係該主機電路板1211電性連接；該智能運算裝置1216會將所接收之水位、流速、流量等資料及該雨量資料進行運算，以推估雨天入流入滲流量；關於智能運算裝置1216，運作說明如下：

(1)與無降雨規律流量曲線比較，判斷分析流程，如第3A圖所示：(a)蒐集流量大數據資料，濾除已知阻塞或破裂等異常管渠之流量等資料，並去除降雨期間流量資料401；(b)將流量資料分為四種時段，分別為週一至週四、週五、週六與週日402； (c)將每種時段同一時間的流量平均，得到所有時段之平均流量，將四種時段之平均流量，組成無降雨規律流量時序曲線403；(d)當雨天時，根據量測流量，計算超過無降雨規律流量曲線的流量，可推估為雨天入流入滲流量404。

(2)與無降雨規律流量曲線比較，判斷分析流程，如第3B圖所示：(a)蒐集流量大數據資料，濾除已知阻塞或破裂等異常管渠之流量等資料，去除降雨期間之流量資料501；(b)用人工智能演算法(如LSTM、RNN等)，推估出無降雨的規律流量時序曲線502；(c)當雨天時，根據量測流量，計算超過無降雨規律流量曲線的流量，可推估為雨天入流入滲流量503。

如第4A圖所示，該主機本體120可固定於一人孔蓋本體1的背面12上，或如第4B圖所示，該主機本體120可固定於管渠壁面，並靠近人孔蓋本體的背面處。

另外，如第4C圖所示，該感測裝置1212能夠分離於該機殼121外設置，並定位於該背面12或管渠壁面上。

另外，如第5圖所示，該主機電路板1211係連接接觸式感測器1215(例如超音波流量計、壓力式水位計、超音波流速計或水質計等)時，該接觸式感測器1215係具有一感測端(圖中未示)，而該接觸式感測器1215之感測端係與該下水道井內的水體6相接觸，以進行偵測該下水道管渠內水體6之流量、水位、流速及水質等資料。

如第6A、6B及6C圖所示，係為另一實施例，該天線裝置1141能 外嵌於該人孔蓋1之正面11上或是外接耐壓天線，係於該正面11上形成有一容置部114，並將天線裝置1141設置於該容置部114內，而該天線裝置1141內部之電路導線11411能夠透過一穿孔115與該主機電路板1211進行電性連接；另外，該天線裝置1141能夠分離於該機殼121外設置，並定位於該人孔蓋1之背面12上。

當安裝於路面2的下水道井3上後，如第6B及6C圖所示，該感測裝置1212若為非接觸式感測裝置即無須與下水道內的汙水直接接觸，便於安裝與維護。

而於實際實施的狀態下，如第6D圖所示，必須使用一機箱蓋1210蓋於該機箱121上之後，再將該機箱121鎖於該人孔蓋本體1之背面12上。

再如第6C圖所示，另外該人孔蓋本體1與該下水道井3的接合處能夠設置有一觸發件1217，若是該人孔蓋本體1被移開時，該觸發件1217能夠啟動該主機電路板1211能夠自動發出示警通知並回傳井蓋之開啟狀態。

本發明所提供之下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：

1.本發明使用自動監測之系統機制，用以能夠提早處理因下水道管渠雨天入流入滲所產生之問題。

2.本發明對於下水道流量、水位及入流入滲監測系統安裝與維護，帶來很大優點，由於本案是將非接觸式感測裝置及相關裝置設置定位於人孔蓋的背面或管渠牆面，故能夠有效避免感測線材腐蝕、汙泥與垃圾之問題發生。

3.本發明之設計，對於清潔與維護具有極大幫助，能夠有效降低維護所需之成本。

本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在本發明之精神和範圍內，不可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

120:主機本體

121:機箱

1211:主機電路板

1212:感測裝置

1213:電池

1214:天線裝置

1216:智能運算裝置

Claims (3)

1. 一種下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，係包含：一主機本體，內部係具有一主機電路板；一雨量監測設備，係與該主機本體電性連接，用以取得至少一筆的雨量資料，並傳送至該主機本體；一天線裝置，係與該主機電路板電性連接，係接收及傳輸資料；一感測裝置，係與該主機電路板電性連接，用以量測一或多個管渠內部的水位、流速、流量資料；一智能運算裝置，係與該主機電路板電性連接或設置於一雲端伺服器，該智能運算裝置會蒐集雨量、水位、流速或/及流量資料進行處理，進而分析出一無降雨的規律流量時序曲線，當降雨時與相應無降雨規律流量時序曲線比較，用以推估出一雨天入流入滲流量；以及一電池，係用以提供該上述各項裝置所需之運作電源。
2. 如請求項1所述之下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，其中該雨天入流入滲流量之推估判斷條件為：蒐集多筆流量大數據資料，濾除已知阻塞或滲漏等異常管渠之流量等資料，去除降雨期間之流量；將流量分成四種時段；將每種時段同一時間的流量平均，得到所有時段之平均流量；將四種時段之平均流量，組成該無降雨規律流量時序曲線；當雨天時，根據量測流量，計算超過該無降雨規律流量曲線的流量，可推估為該雨天入流入滲流量。
3. 如請求項1所述之下水道管渠入流入滲流量自動監測系統，其中該雨天入流入滲流量之推估判斷條件為：蒐集多筆流量大數據資料，濾除已知阻塞或滲漏等異常管渠之流量等資料，去除降雨期間之流量；用一人工智能演算法，推估出該無降雨規律流量時序曲線；當雨天時，根據量測流量，計算超過該無降雨規律流量曲線的流量，可推估為該雨天入流入滲流量。

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