本发明涉及海绵城市蓄水、排水建设领域，尤其涉及一种蓄排联动系统和方法。
背景技术：
海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”。现有的海绵城市蓄排水联动系统设计集中在渗滞蓄上，通过建设透水方砖、布设地下蓄水池、构建雨水花园和人工湿地等基础设施达到雨水回收、利用的目的，同时，蓄水设施还可以作为净化雨水的装置，将路面径流和污染雨水经过过滤后在进行重复利用或正常排水。现有海绵城市蓄排水联动系统不是一个孤立的过程，渗滞蓄净用排的每个过程都不独立存在，雨水利用效率低且不易统筹管理，易带来过量蓄水造成破坏海绵城市基础设施的问题。
技术实现要素：
本发明提供一种蓄排联动系统和方法，解决现有系统和方法无法根据基础设施的水位值和海绵城市降雨量自动排水的问题。
一种蓄排联动系统，用于海绵城市，包含：主控器、水位传感器、水泵、电源管理模块；所述水位传感器用于采集所述海绵城市的基础设施中的液位信息；所述主控器用于根据所述液位信息向所述水泵发送控制信号；所述水泵用于根据所述控制信号开始或停止工作；所述电源管理模块用于给所述主控器、水位传感器、水泵供电。
进一步地，所述系统还包括：水泵控制模块；所述水泵控制模块用于根据所述主控器发送的控制信号向所述水泵发送启停信号；所述水泵用于根据所述启停信号开始或停止工作；所述电源管理模块还用于给所述水泵控制模块供电。
进一步地，所述系统还包括：通信模块、服务器；所述通信模块用于将所述主控器输出的水位值、水泵工作状态传输给所述服务器；所述服务器用于根据所述水位值、水泵工作状态、所述海绵城市降雨量向所述主控器发送水泵工作信号；所述主控器用于根据所述水泵工作信号控制所述水泵开始或停止工作；所述电源管理模块还用于给所述通信模块供电。
优选地，所述系统还包括：存储模块；所述存储模块用于存储所述主控器产生的水位数据、水泵状态数据；所述电源控制模块还用于给所述存储模块供电。
进一步地，对所述主控器、电源管理模块、存储模块、通信模块进行防水保护。
优选地，所述通信模块为433无线通信模块或GPRS无线通信模块或NB-IOT模块或GPRS/NB-IOT无线模块。
一种蓄排联动方法，包括以下步骤：获取所述海绵城市的降雨量信息；获取所述主控器输出的水位值、水泵工作状态；根据所述水位值大小，通过所述主控器向所述水泵发送控制信号；根据所述水泵控制信号控制所述水泵开始或停止工作。
优选地，所述根据所述水位值大小，通过所述主控器向所述水泵发送控制信号的步骤，进一步包含：当所述水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作；当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为停止工作。
优选地，所述根据所述水位值大小，通过所述主控器向所述水泵发送控制信号的步骤，进一步包含：当所述水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作；当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述服务器发送远程控制信号；根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态，通过所述服务器向所述主控机发送联动策略控制信号；通过所述主控机根据所述联动策略控制信号向所述水泵发送控制信号。
优选地，所述根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态，通过所述服务器向所述主控机发送联动策略控制信号的步骤，进一步包含：当所述降雨量信息为小雨至中雨量级时，所述联动策略控制信号为水泵不工作；当所述降雨量信息为大雨量级时，所述联动策略控制信号为水泵工作，且向所述服务器传输所述水位值的周期变更为一小时一次；当所述降雨量信息为暴雨及暴雨以上量级时，所述联动策略控制信号为水泵工作，且向所述服务器传输所述水位值的周期变更为十分钟一次。
本发明有益效果包括：本发明在海绵城市基础设置中增加水位传感器，对基础设施的水位信息进行监测，同时结合天气预报数据对水泵是否开始工作进行综合分析评估判断，海绵城市基础设置不会发生过量蓄水而造成结构破坏或海绵城市基础设施失效，使海绵城市具备迎接大强度降雨的蓄水能力，真正实现海绵城市的调蓄、错峰的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为一种蓄排联动系统实施例；
图2为一种包含水泵控制模块的蓄排联动系统实施例；
图3为一种包含服务器的蓄排联动系统实施例；
图4为一种包含存储模块的蓄排联动系统实施例；
图5为一种蓄排联动方法流程实施例；
图6为一种包含主控器控制的蓄排联动方法流程实施例；
图7为一种包含远程控制的蓄排联动方法流程实施例；
图8为一种包含降雨量判别的蓄排联动方法流程实施例；
图9为一种蓄排联动综合评价模型实施例。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅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做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。
海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。其中的“蓄水”是把雨水留下来，以达到调蓄和错峰的目的，当需要的时候可以使用蓄积的水进行绿化灌溉和其它功用。当下海绵城市蓄水环节没有固定的标准和要求，地下蓄水样式多样，总体常用形式有两种：塑料模块蓄水、地下蓄水池。
以下结合附图，详细说明本发明各实施例提供的技术方案。
图1为一种蓄排联动系统实施例，本发明实施例提供一种蓄排联动系统，用于海绵城市，包含：主控器1、水位传感器2、水泵3、电源管理模块4。
所述水位传感器用于采集所述海绵城市的基础设施中的液位信息；所述主控器用于根据所述液位信息向所述水泵发送控制信号；所述水泵用于根据所述控制信号开始或停止工作；所述电源管理模块用于给所述主控器、水位传感器、水泵供电。
需要说明的是，所述主控器所述系统的核心，所述主控器可以选用增强型微控制器，由于所述增强型微控制器具有较大的闪存和RAM，便于对所述系统的数据进行数据处理，并产生各种控制信号。
优选地，所述主控器的软件可以采用Keil软件进行开发，包括UART收发代码编写、传感器数据的读取与处理代码编写、数据传输代码编写。
还需说明的是，所述水位传感器可以通过RS485接口与所述主控器连接，也可以通过其他接口与所述主控器连接，这里不做特别限定。
优选地，所述水位传感器为投入式水位传感器，所述水位传感器置于所述海绵城市的基础设施中，用于采集所述基础设施的液位信息。
需要说明的是，所述电源管理模块负责提供多路稳压直流电源输出，满足各个功能模块正常工作需要，同时也实现电源高效管理，尽可能的降低系统功耗，延长电池续航时间。
进一步地，对所述主控器、电源管理模块、存储模块、通信模块进行防水保护。
由于海绵城市蓄水设施长期将有蓄水功能，为了提高所述系统的使用寿命和所述系统的正常使用，需要对所述系统进行防水处理，所述主控器的防水等级具备IP68级别，所述主控器与所述电源管理模块、所述水泵控制模块之间的连接线缆也需要进行防水保护。
还需说明的是，所述主控器、水泵控制模块、水泵、电源管理模块还需要进行专门的环境适应性设计，确保在在低温下启动，高温下正常工作，产品能够在-20℃～+60℃的环境下正常工作。
优选地，所述系统还需满足IP68防水防尘设计。
优选地，所述系统应避免使用静电敏感器件，选用器件的静电敏感度一般不低于2000V，在结构方面，要实现良好的地气连接及采取必要的绝缘或屏蔽措施，提高整机的抗静电能力。
优选地，所述电源管理模块中的单板电源引进处要采用合适的滤波电路，尽可能同时滤除差模噪声和共模噪声，噪声泄放地与工作地特别是信号地要分开，可考虑使用保护地；集成电路的电源输入端要布置去耦电容，以提高抗干扰能力。散热器要与单板内电源地或屏蔽地或保护地连接(优先连接屏蔽地或保护地)，以降低辐射干扰。一般说来各级电源的输入、输出端都要使用合适的滤波电路。
本发明实施例提供的蓄排联动系统，所述主控器根据所述水位传感器回传的液位信息动态的调整所述水泵进行排水，使所述系统具备自主调节水位的功能，使海绵城市基础设置不会发生过量蓄水而造成结构破坏或海绵城市基础设施失效。
图2为一种包含水泵控制模块的蓄排联动系统实施例，本发明实施例提供的蓄排联动系统中包含水泵控制模块，用于海绵城市，包含：主控器1、水位传感器2、水泵3、电源管理模块4，水泵控制模块5。
所述水位传感器用于采集所述海绵城市的基础设施中的液位信息；所述主控器用于根据所述液位信息向所述水泵控制模块发送控制信号；所述水泵控制模块用于根据所述主控器发送的控制信号向所述水泵发送启停信号；所述水泵用于根据所述启停信号开始或停止工作；所述电源管理模块用于给所述主控器、水位传感器、水泵、水泵控制模块供电。
图3为一种包含服务器的蓄排联动系统实施例，本发明实施例提供的蓄排联动系统中包含服务器，可以实现远程控制，一种蓄排联动系统，用于海绵城市，包含：主控器1、水位传感器2、水泵3、电源管理模块4，水泵控制模块5、通信模块6、服务器7。
所述水位传感器用于采集所述海绵城市的基础设施中的液位信息，发给所述主控器；所述通信模块用于将所述主控器输出的水位值、水泵工作状态传输给所述服务器；所述服务器用于根据所述水位值、水泵工作状态、所述海绵城市降雨量向所述主控器发送水泵工作信号；所述主控器用于根据所述水泵工作信号向所述水泵控制模块发送控制信号；所述水泵控制模块用于根据所述主控器发送的控制信号向所述水泵发送启停信号；所述水泵用于根据所述启停信号开始或停止工作；所述电源管理模块用于给所述主控器、水位传感器、水泵、水泵控制模块、通信模块供电。
优选地，所述通信模块为433无线通信模块或GPRS无线通信模块或NB-IOT模块或GPRS/NB-IOT无线模块。GPRS/NB-IOT无线模块可直接与后台服务器进行通信，而433无线模块则需借助数据集中转发设备—数据集中器实现设备与后台服务器通信，在同一设备中，GPRS/NB-IOT模块和433模块只能选择一种。
需要说明的是，所述通信模块可以采用无线通信方式，也可以采用其他通信方式，这里不做特别限定。
优选地，所述服务器内部具有蓄排联动评价模型，可以根据所述液位信息和所述海绵城市的降雨量信息选择是否启动所述蓄排联动评价模型，当所述液位信息的水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作；当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述服务器发送远程控制信号；根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态，通过所述服务器向所述主控机发送联动策略控制信号；通过所述主控机根据所述联动策略控制信号向所述水泵发送控制信号。
本发明实施例提供的蓄排联动系统具有远程控制功能，可以更便捷的控制水泵排水，同时可以实现一个服务器控制多个水泵进行排水的功能，使海绵城市具备错峰排水功能。
图4为一种包含存储模块的蓄排联动系统实施例，本发明实施例提供的蓄排联动系统具备存储模块，用于存储主控器的相关数据，一种蓄排联动系统，用于海绵城市，包含：主控器1、水位传感器2、水泵3、电源管理模块4，水泵控制模块5、通信模块6、服务器7、存储模块8。
所述水位传感器用于采集所述海绵城市的基础设施中的液位信息，发给所述主控器；所述通信模块用于将所述主控器输出的水位值、水泵工作状态传输给所述服务器；所述服务器用于根据所述水位值、水泵工作状态、所述海绵城市降雨量向所述主控器发送水泵工作信号；所述主控器用于根据所述水泵工作信号向所述水泵控制模块发送控制信号；所述水泵控制模块用于根据所述主控器发送的控制信号向所述水泵发送启停信号；所述水泵用于根据所述启停信号开始或停止工作；所述存储模块用于存储所述主控器产生的水位数据、水泵状态数据；所述电源管理模块用于给所述主控器、水位传感器、水泵、水泵控制模块、通信模块、存储模块供电。
优选地，所述存储模块采用串行接口FLASH存储芯片，由于所述水位数据、水泵状态数据的数据量大，所述存储模块需要具有快速擦除特性，可进行块、区、页的读写功能。
优选地，所述存储模块还具备存储采集的液位数据、主控器信息配置、水泵状态信息采集以及电池电量信息配置功能。
本发明实施例提供的蓄排联动系统，具备数据存储功能，可以将主控器产生的数据进行存储，用于数据后处理和数据分析，以便优化所述蓄排联动模型的相关算法，更精确的控制所述水泵进行排水，提高所述海绵城市排水的效率。
图5为一种蓄排联动方法流程实施例，本发明实施例提供一种蓄排联动方法，包括以下步骤：
步骤101，获取所述海绵城市的降雨量信息。
在步骤101中，所述海绵城市的降雨量信息可以通过天气预报获得，也可以通过其他途径获得，这里不做特别限定。
步骤102，获取所述主控器输出的水位值、水泵工作状态。
在步骤102中，所述主控器输出的水位值是通过所述水位传感器得到的。
步骤103，根据所述水位值大小，通过所述主控器向所述水泵发送控制信号。
步骤104，根据所述水泵控制信号控制所述水泵开始或停止工作。
在步骤104中，所述水泵开始工作即开始对所述海绵城市的基础设施进行排水，所述水泵开始工作即开始对所述海绵城市的基础设施不进行排水。
图6为一种包含主控器控制的蓄排联动方法流程实施例，本发明实施例提供一种包含主控器控制的蓄排联动方法，具体包括以下步骤：
步骤101，获取所述海绵城市的降雨量信息。
步骤102，获取所述主控器输出的水位值、水泵工作状态。
步骤105，当所述水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作。
在步骤105中，所述最高水位阈值为根据经验的预先设定值。
步骤106，当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为停止工作。
步骤104，根据所述水泵控制信号控制所述水泵开始或停止工作。
图7为一种包含远程控制的蓄排联动方法流程实施例，本发明实施例提供一种包含远程控制的蓄排联动方法，具体包括以下步骤：
步骤101，获取所述海绵城市的降雨量信息。
步骤102，获取所述主控器输出的水位值、水泵工作状态。
步骤105，当所述水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作。
步骤107，当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述服务器发送远程控制信号。
步骤108，根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态，通过所述服务器向所述主控机发送联动策略控制信号。
在步骤108中，所述联动策略控制信号为所述服务器根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态进行综合评估产生的信号。
步骤109，通过所述主控机根据所述联动策略控制信号向所述水泵发送控制信号。
步骤104，根据所述水泵控制信号控制所述水泵开始或停止工作。
图8为一种包含降雨量判别的蓄排联动方法流程实施例，本发明实施例提供一种包含降雨量判别的蓄排联动方法，具体包括以下步骤：
步骤101，获取所述海绵城市的降雨量信息。
步骤102，获取所述主控器输出的水位值、水泵工作状态。
步骤105，当所述水位值不低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述水泵发送的控制信号为开始工作。
步骤107，当所述水位值低于最高水位阈值时，通过所述主控机向所述服务器发送远程控制信号。
步骤108，根据所述降雨量信息、水位值、水泵工作状态，通过所述服务器向所述主控机发送联动策略控制信号。
步骤110，当所述降雨量信息为小雨至中雨量级时，所述联动策略控制信号为水泵不工作。
步骤111，当所述降雨量信息为大雨量级时，所述联动策略控制信号为水泵工作，且向所述服务器传输所述水位值的周期变更为一小时一次
步骤112，当所述降雨量信息为暴雨及暴雨以上量级时，所述联动策略控制信号为水泵工作，且向所述服务器传输所述水位值的周期变更为十分钟一次
步骤104，根据所述水泵控制信号控制所述水泵开始或停止工作。
图9为一种蓄排联动综合评价模型实施例，本发明实施例提供一种蓄排联动综合评价模型，所述综合评价模型包括的以下几种情况：
所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为小雨到中雨；所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为大雨；所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为暴雨及以上；所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为小雨到中雨；所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为大雨；所述海绵城市基础设施的水位值正常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为暴雨及以上；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为小雨到中雨；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为大雨；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为开始工作，所述降雨量为暴雨及以上；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为小雨到中雨；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为大雨；所述海绵城市基础设施的水位值异常，所述水泵的工作状态为不工作，所述降雨量为暴雨及以上。
需要说明的是，所述降雨量为小雨是指1d(或24h)降雨量小于10mm；所述降雨量为中雨是指1d(或24h)降雨量10～25mm；所述降雨量为大雨是指1d(或24h)降雨量25～50mm；所述降雨量为暴雨是指1d(或24h)降雨量50～100mm；所述降雨量为大暴雨是指1d(或24h)降雨量100～250mm；所述降雨量为特大暴雨是指1d(或24h)降雨量在250mm以上。
还需说明的是，所述蓄排联动综合评价模型的控制策略需要考虑到所述综合评价模型的所有情况的边界条件。
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过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。