一种城市排水管网在线监测系统的制作方法

本发明涉及市政工程信息技术领域，特别是一种城市排水管网在线监测系统。

背景技术：

随着我国城镇化进程加快，每年都有大量新建管网水管通水运行。城市中有大量的排水设备，形成相应的城市排水系统，排水系统由检查井、排水泵站、污水处理厂、雨水口、排放口等等组成，排水设备中的检查井、雨水口、排放口等通过排水管网进行连接，日常的雨污水进入排水管网进行运输排放。目前，城市排水管网具有结构庞大，结构错综复杂等特点，现有技术中，对城市排水管网的监测、监控仍停留在大量依靠人工的模式，智能化水平，准确率都不能符合现有技术的需求。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明旨在提供一种城市排水管网在线监测系统。

本发明的目的采用以下技术方案来实现：

一种城市排水管网在线监测系统，包括：

数据采集模块，包括根据城市排水管网的拓扑结构设置的监测节点，所述监测节点设置有水位监测器和流量监测器，用于获取监测节点的实际运行的水位和流量数据并发送到处理模块；

处理模块，用于结合监测节点实际运行的水位和流量数据、排水管网的拓扑结构、现场管道数据、gis数据整合成城市排水管网水力模型；

分析模块，用于根据城市排水管网水力模型评估实际城市排水管网的运行状态。

本发明的有益效果为：本发明系统根据城市排水网的拓扑结构设置监测节点，该监测节点实时获取监测现场的水位和流量数据并发送到处理模块中，精确度高，实时性强，人力成本低；处理模块结合接收到的从不同监测节点实时获取的水位和流量数据以及城市排水管网拓扑结构等整合出排水管网水力模型，将实时数据应用到水力模型中，能够准确地进行建模，提高了排水管网水力模型与实际运行情况的吻合度，模型的准确性更高；分析模块对获取的排水管网水力模型进行分析，实现了对城市排水管网运行情况的监测与评估，为对城市排水管网的管理提供了依据。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1为本发明的框架结构图。

附图标记：

数据采集模块1、处理模块2、分析模块3、显示模块4、警报模块5

具体实施方式

结合以下应用场景对本发明作进一步描述。

参见图1，其示出一种城市排水管网在线监测系统，包括：

数据采集模块1，包括根据城市排水管网的拓扑结构设置的监测节点，所述监测节点设置有水位监测器和流量监测器，用于获取监测节点的实际运行的水位和流量数据并发送到处理模块2；

处理模块2，用于结合监测节点实际运行的水位和流量数据、排水管网的拓扑结构、现场管道数据、gis数据整合成城市排水管网水力模型；

分析模块3，用于根据城市排水管网水力模型评估实际城市排水管网的运行状态。

本发明上述实施方式，根据城市排水网的拓扑结构设置监测节点，该监测节点实时获取监测现场的水位和流量数据并发送到处理模块2中，精确度高，实时性强；处理模块2结合接收到的从不同监测节点实时获取的水位和流量数据以及城市排水管网拓扑结构等整合出排水管网水力模型，将实时数据应用到水力模型中，能够准确地进行建模，提高了排水管网水力模型与实际运行情况的吻合度，模型的准确性更高；分析模块3对获取的排水管网水力模型进行分析，实现了对城市排水管网运行情况的监测与评估，为对城市排水管网的管理提供了依据。

在一种实施方式中，所述监测节点的设置位置包括雨污水管道的混接点位置、管网与河道相连通的位置、系统管网管底标高最低位置处、城市排水管网拓扑结构中管道交汇节点对应的现场所在位置。

由于实际情况中，城市排水管网结构庞大而且其管路结构错综复杂，本发明中将监测节点设置在上述位置，能够有效地对城市排水管网的运行状态进行数据采集，为系统对城市排水管网的运行状态进行评估奠定了基础。

在一种实施方式中，所述系统还包括显示模块4，用于显示所述城市排水管网水力模型。

在一种实施方式中，所述显示模块4，还用于显示所述实际城市排水管网的运行状态。

本发明上述实施方式，通过显示模块4对城市排水管网水力模型及实际城市排水管网的运行状态进行显示，能够直观地呈现出城市排水管网的实时状态，有助于管理者及时制定预防及抢险等方案。

在一种实施方式中，所述实际城市排水管网的运行状态包括城市排水管网中排水设施的排水能力与该区域内的雨污水产生量的匹配情况。

在一种实施方式中，所述分析模块3评估实际城市排水管网的运行状态，进一步包括，根据监测节点的水位和流量数据评估该监测节点的运行状态。

在一种实施方式中，所述分析模块3根据监测节点的水位和流量数据评估该监测节点的运行状态，进一步包括：

获取监测节点的实际运行的状态数据，其中所述状态数据包括水位数据或流量数据；

若获取的状态数据大于设定的阈值，对该监测节点进行异常状态标记；

初始化数据窗，其中所述数据窗的初始时刻为t1、初始宽度为m，并设定采用的你和函数模型为：γ(t)＝μ(t-t0)+λ；

当获取的状态数据数目达到m时，根据所述拟合函数模型对该m个状态数据采用最小二乘法获取该时间窗的拟合函数其中n＝1,2,…,m，δt表示获取所述状态数据的时间间隔；

采用获取的拟合函数拟合后续获取的状态数据，并计算累计和，其中采用的自定义累积和函数为：

式中，δ(t1+nδt)表示t1+nδt时刻的数据累积和，γ′(t1+iδt)表示t1+iδt时刻的实际获取的状态数据，表示t1+iδt时刻根据拟合函数获取的状态数据预测，n＝m’+1，m’表示当前数据窗的宽度；

如果累积和小于设定的阈值，则扩大数据窗的宽度，并继续拟合后续获取的状态数据，并输出更新后的拟合函数；如果累积和大于设定的阈值，则输出该数据窗的状态数据拟合函数，并采用新的数据窗，以当前时刻为初始时刻，处理获取的状态数据；

根据所述输出的拟合函数的斜率μ评估该监测节点的运行状态，若斜率μ大于设定的阈值，对该监测节点进行异常状态标记。

本发明上述实施方式，采用上述方式对监测节点采集到的状态数据进行分析处理，当状态数据超过设定的阈值时，标记该监测节点为状态异常；同时，采用自适应的数据窗对状态数据进行处理，判断状态数据的变化幅度，当持续采集的状态数据变化幅度不大时，能够自适应地扩大数据窗的宽度，将同一变化幅度的数据进行集中归类，减少状态数据瞬间起伏带来的误判，提高了精确度。

在一种实施方式中，所述系统还包括警报模块5，用于从所述监测节点中获取关键节点，当所述关键节点的运行状态出现异常时发出警报。

在一种实施方式中，所述警报模块5从所述监测节点中获取关键节点，进一步包括：

获取每个监测节点的关键度评估分数，根据关键度评估分数对监测节点进行排列，将序列中前n％的监测节点标记为关键节点；

其中，所述关键度评估分数由以下函数获得：

式中，表示监测节点z的关键度评估分数，mb表示监测节点z所在位置的进水口总数，表示进水口周期内向节点z所在位置进水的平均进水量之和，η′z表示监测节点z所在位置在城市排水管网拓补结构的节点介数，md表示监测节点z所在位置的出水口总数，表示出水口周期内从节点z所在位置出水的平均出水量之和，ωb和ωd分别表示监测节点z所在位置的进水和出水的权重因子，表示监测节点z所在位置的最大水流向处理效率，υz表示监测节点z监测到当前的水流量；

当监测到关键节点的运行状态为异常时，警报模块5发出警报消息并在所述显示模块4中显示。

在一种实施方式中，n＝20。

实际情况中，由于城市排水管网结构十分庞大且复杂，在其中设置的监测节点数量也是非常庞大的，然而，经研究发现，城市排水管网中一些关键节点的运行状态能代表该节点所在区域的整体运行状态，且该关键节点在排水管网中处于相对重要的位置；另外，当仅仅是单独的一些较为不关键位置的监测节点监测到出现的异常状态，该节点所在位置周围的管道可以协助疏通该节点位置引起的异常状态，其影响程度较为轻微，属于能够“自处理”的情况；本发明通过上述方式获取监测节点中的关键节点作重点监测与监控，能够排除能够“自处理”情况的信息干扰，同时当关键节点出现异常情况时，及时发出警报消息提示管理者安排现场预防及抢险策略，提高了城市排水管网监测系统的适应性。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当分析，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。