一种基于物联网的智能阀门远程管理系统及方法

本发明涉及阀门管理，具体为一种基于物联网的智能阀门远程管理系统及方法。

背景技术：

1、家用水阀的主要作用是控制水管的出水的开关并且控制水管出水的水流大小，当水阀长时间没有维护修检的话，金属材料的阀门会在与周围环境自发的相互作用当中发生腐蚀的现象。水阀出现腐蚀现象的话，会存在水阀漏水情况的出现，在用户在没有察觉到水阀漏水之前，水阀会一直漏水；在用户出门匆忙忘记关水阀或者水阀没有关紧，用户不仅需要承担实际用水的额外费用而且还会造成水资源的浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于物联网的智能阀门远程管理系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网的智能阀门远程管理方法，所述智能阀门远程管理方法具体步骤如下：

3、s1-1、利用大数据采集用户在工作日早中晚三个时间段用水变化量的历史数据，根据采集的三个时间段的用水变化量的历史数据建立早中晚三个时间段用水变化量的预测模型；

4、s1-2、通过早中晚三个时间段用水变化量的预测模型对早中晚三个时间段的用水变化量进行监测，当检测到用户在早中晚三个时刻的实际用水变化量与用水变化量的预测模型相差超过设定的阈值时，对水阀的进行故障检测；

5、s1-3、当检测到水阀出现故障后阀门管理系统第一时间对移动终端设备发送告警提示，提醒用户寻找相关人员对水阀检查维修；

6、s1-4、当检测到水阀没有出现故障，对用户的行为进行分析；分析用户是否存在用水需求，当用户不存在用水需求时，检测到水阀处于开启状态，阀门管理系统将水阀没有关闭的消息发送给移动终端设备，待用户通过移动终端确认水阀没有关闭的消息后，水阀管理系统将水阀关闭。

7、进一步的，所述s1-1中采集用户在早中晚三个时间段用水变化量的历史数据建立一个用水变化量的预测模型的具体方法如下：

8、s2-1、采集用户早中晚三个时间段用水变化量的历史数据，设置早中晚三个时间段用水变化量的数据分别为样本点(x1i，y1i)、(x2i，y2i)、(x3i，y3i)，i＝1、2、3，……，n，n为常数；其中x1i代表第i次用户早晨用水的时间段，y1i代表第i次用户在早晨时间段用水的变化量；其中x2i代表第i次用户中午用水的时间段，y2i代表第i次用户在中午时间段用水的变化量；x3i代表第i次用户在夜晚的用水时间段，y3i代表第i次用户在夜晚时间段用水的变化量；其中y2i＜y1i＜y3i；

9、s2-2、根据采集的历史数据生成拟合曲线，设置早中晚三个时间段的拟合曲线为y1＝k1x1+b1、y2＝k2x2+b2、y3＝k3x3+b3；令早中晚的拟合值分别为其中为第i次用户在早晨用水时间段用水变化量的预测值，为第i次用户在中午用水时间段用水变化量的预测值，为第i次用户在夜晚用水时间段用水变化量的预测值；

10、已知样本点与拟合曲线的定义条件是能够得到其中k为曲线系数，b为误差项，为早晨用水时间段与用水变化量的曲线系数预测值，为早晨用水时间段与用水变化量曲线的误差项预测值；为中午用水时间段与用水变化量的曲线系数预测值，为中午用水时间段与用水变化量曲线的误差项预测值；为夜晚用水时间段与用水变化量的曲线系数预测值，为夜晚用水时间段与用水变化量曲线的误差项预测值；

11、s2-3、设置需要找到k1和b1使得p1最小，其中p1为残差平方和；设置需要找到k2和b2使得p2最小，其中p2为残差平方和；设置需要找到k3和b3使得p3最小，其中p3为残差平方和；

12、s2-4、计算

13、

14、

15、

16、

17、

18、同理可得

19、

20、

21、

22、

23、

24、s2-5、通过计算能够得到早中晚三个时间段的拟合曲线

25、

26、其中q＝i+1，i＝1、2、3，……，n，n为常数。

27、进一步的，所述s1-2中对早中晚三个时间段的用水变化量进行监测，当检测到用户在早中晚三个时刻的实际用水变化量与用水变化量的预测模型相差超过设定的阈值时，对水阀关闭情况进行检测；具体方法如下：

28、s3-1、设置用户所在房屋外来访客人员为数量m，所述外来访客人员为在房屋滞留时间t超过12小时的人员；外来访客人员在房屋滞留的时间段以及停留的时间长分别为d，t；外来访客人员的用水变化量为y＝η1tm+η2tm+η3tm+δ，当d∈(24:00-10：00]时，η2＝η3＝0，y1＝η1tm+δ；当d∈(10:00-16：00]时，η1＝η3＝0，y2＝η2tm+δ；当d∈(16:00-24：00]时，η1＝η2＝0，y3＝η3tm+δ；所述η2＜η1＜η3，η2+η1+η3＝1；其中y1、y2、y3分别表示为外来访客人员在早中晚三个时间段的用水变化量；其中外来访客人员数量是通过单元电子门采集来访人数，外来访客人员通过单元电子门输入门牌号告知用户人员来访，再由用户通过单元电子门的控制端打开电子门的时候获取外来访客人员来访的时间，外来访客人员在允许进入该栋楼的时候采集此时外来人员的人脸数据，再通过楼道摄像头根据人脸识别采集外来访客人员离去的时间，根据数据库中外来访客人员来访的时间以及离去时间生成外来人员在房屋滞留的时间段以及停留的时间长。

29、s3-2、利用用水变化量的预测模型与该用户早晨用水时间段的实际用水量进行对比，当y1(i+1)-y1q＞y1或y2(i+1)-y2q＞y2或y3(i+1)-y3q＞y3或[y1(i+1)-y1q]+[y2(i+1)-y2q]+[y3(i+1)-y3q]＞y时；跳转至s3-3；

30、s3-3、检测到用户在早中晚三个时刻的实际用水变化量与用水变化量的预测模型相差超过外来访客人员的用水量时，预设用水变化量阈值η；当用户一天的实际用水减去外来访客人员用水后的用水变化量与用水变化量的预测模型相差超过η时，对水阀进行故障检测。

31、进一步的，所述s1-4中在水阀没有出现故障的情况下对用户是否存在用水需求进行分析的具体方法如下：根据历史数据得到水阀处于开启状态的时间点，依据所述水阀处于开启状态的时间点分别获取早中晚三个时间段中水阀处于开启状态时间点的历史用水变化量，对水阀处于开启状态时间点进行筛选，获取历史用水变化量大于早中晚三个时间段水阀处于开启状态的历史用水变化量平均值的水阀开启的时间点生成集合a，当实际的水阀开启状态的时间点不属于集合a时，存在用户忘记关水阀的情况，水阀管理系统将水阀没有关闭的消息发送给移动终端设备，待用户通过移动终端确认水阀没有关闭的消息后，水阀管理系统将水阀关闭。

32、一种基于物联网的智能阀门远程管理系统，所述智能阀门远程管理系统包括数据采集模块、数据传输模块、数据分析模块和阀门控制模块；

33、所述数据采集模块是采集用户在早中晚三个时间段的实际用水变化量以及用水变化量的历史数据，并且采集水阀处于开启状态的时间点、外来人员人数和外来人员滞留的时间段以及时长；

34、所述数据传输模块采集的用户早中晚三个时间段的实际用水变化量、外来人员数量、外来人员滞留的时间、水阀开启的时间以及用户早中晚三个时间段用水变化量的历史数据通过加密传输到数据库中进行存储；

35、所述数据分析模块通过用户早中晚三个时间段用水变化量的历史数据建立一个预测模型对用户下次早中晚三个时间段的用水变化量进行分析；

36、所述阀门控制模块是对移动终端设备进行告警提示，并且控制水阀关闭；

37、所述数据采集模块的输出端与数据传输模块的输入端连接，所述数据传输模块的输出端与数据分析模块的输入端连接，所述数据分析模块的输出端与阀门控制模块的输入端连接。

38、进一步的，所述数据采集模块包括用户早中晚三个时间段的实际用水变化量采集单元、早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据采集单元、外来人员人数采集单元、外来人员滞留时间采集单元和水阀开始时间采集单元；所述用户早中晚三个时间段的实际用水变化量采集单元是采集用户当天早中晚三个时间段的实际用水变化量的数据；所述早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据采集单元是采集用户早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据；所述外来人员人数采集单元是采集用户所在房屋外来人员的数量；所述外来人员滞留时间采集单元是采集外来人员在房屋的滞留时间段以及滞留的时长；所述水阀开启时间采集单元是采集水阀处于开启状态的时间点。

39、进一步的，所述数据传输模块包括数据加密单元和数据传输单元；所述数据加密单元是对采集的用户当天早中晚三个时间段的实际用水变化量、用户早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据、外来人员的数量和滞留时间段以及滞留时间长、水阀处于开启状态的时间点的数据进行加密处理；所述数据传输单元是将加密后的数据传输到数据库中进行存储。

40、进一步的，所述数据分析模块包括数据存储单元、水阀故障检测单元和用水变化量预测单元；所述数据存储单元是对采集的用户当天早中晚三个时间段的实际用水变化量、用户早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据、外来人员的数量和滞留时间段以及滞留时间长、水阀处于开启状态的时间点的数据进行存储；所述水阀故障检测单元是对用户的实际用水变化量与用水变化的预测值相差超过设定的阈值时对水阀进行故障检测；所述用水变化量预测单元是根据采集的用户早中晚三个时间段的用水变化量的历史数据建立用水变化量的预测模型。

41、进一步的，所述阀门控制模块包括移动终端告警单元和水阀控制单元；所述移动终端告警单元是当水阀出现故障或者出现水阀忘记关或没有关紧的情况下对移动终端进行告警；所述水阀控制单元是在用户没有用水需求的情况下水阀处于开启的状态，请求用户确认控制水阀关闭。

42、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过大数据采集用水的用水变化量的历史数据建立用水变化量的预测模型，通过预测模型与实际用水变化量进行比较，分析水阀是否出现故障，并第一时间向移动终端设备发出告警提醒，提醒用户能够在第一时间寻找相关人员对水阀进行维护修检；本发明通过历史数据分析水阀处于开启状态的时间点，根据水阀处于开启状态的时间点来判断水阀应该处于的状态，并且对水阀进行控制，减少水资源的浪费。