一种城市水系监测管理系统的制作方法

1.本发明属于城市水系监测技术领域，具体涉及一种城市水系监测管理系统。


背景技术：

2.随着“聚焦民生与服务、促进共享和协同”智慧城市建设号角的吹响，推进智慧城市管理，将智慧城市作为加快经济发展转型的战略导向成为城市建设的一项重要议题。城市内有河流流过，在汛期常爆发洪水，因此必要实时、高效、准确地获得河道雨量、水位、水质、流量、流速数据，并以此作防洪预警、泄洪调度、闸门管理，水质安全预警的决策依据。而目前还未有一整套结合物联网、信息化等技术针对城市内水系的监测管理系统。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，本发明提供了一种城市水系监测管理系统，具体技术方案如下：
4.一种城市水系监测管理系统，包括水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统、云平台信息发布及远程监测子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统；
5.所述水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统分别与云平台信息发布及远程监测子系统连接；
6.所述水情监测子系统用于监测各河流的所在区域的雨量、河流的水位及河流出入口的流量，并将监测的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统；
7.所述流域水质在线监测子系统用于监测各河流的水质，并将监测的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统；
8.所述视频监控子系统用于监测各河流的水面情况，并将监测的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统；
9.所述云平台信息发布及远程监测子系统用于根据水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统监测的数据进行远程监测，并发布预警信息及发布调度信息至泵站及蓄水闸坝调度子系统；
10.所述泵站及蓄水闸坝调度子系统用于根据云平台信息发布及远程监测子系统发布的调度信息进行河流间的水量调度。
11.优选地，所述水情监测子系统包括若干雨量计、水位计、流量计、数据传输设备，所述雨量计设置在各个调蓄湖；
12.所述水位计、流量计分别分布设置于各河流的各闸坝上下游；
13.所述雨量计、水位计、流量计分别与数据传输设备连接，所述数据传输设备用于将雨量计、水位计、流量计的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统。
14.优选地，所述泵站及蓄水闸坝调度子系统包括设置在各泵站、蓄水闸坝的现场通信设备、控制柜；所述现场通信设备用于接收云平台信息发布及远程监测子系统发布的调度信息，并将调度信息传输至控制柜；
15.所述控制柜与对应的蓄水坝或闸门连接，用于根据调度信息是泄洪还是蓄水以控制对应的蓄水坝或闸门打开或关闭。
16.优选地，所述水情监测子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统分别采用星型与环型相结合的混合型网络拓扑结构，首先，在监控调度中心以星型拓扑建立核心层监测通信网络，其次，在调度中心设置汇聚层主控制设备，并以环型拓扑建立汇聚层监测通信网络。
17.优选地，所述流量计选择雷达流速流量计，所述水位计选择超声波水位计。
18.优选地，所述流域水质在线监测子系统包括在各调蓄湖设置的站房式水质在线监测子站，所述站房式水质在线监测子站包括依次连接的现场采样装置、监测试剂存贮装置、水质监测传感器、水质分析仪、通信模块；所述现场采样装置用于对调蓄湖内的水质进行采样，并将采集的水样传输至监测试剂存贮装置，所述监测试剂存贮装置用于存储现场采样装置采集的水样，所述水质监测传感器放置在监测试剂存贮装置内，用于采集监测试剂存贮装置存储的水样的水质信号，并将采集的信号传输至水质分析仪，所述水质分析仪用于对水质监测传感器采集的水质信号进行分析，得到对应调蓄湖的水质情况，并将分析结果通过通信模块传输至云平台信息发布及远程监测子系统；所述水质情况包括总磷量、总氮量、ph值、浑浊度、溶解氧含量。
19.优选地，所述流域水质在线监测子系统采用树型网络拓扑结构，在监控调度中心配置核心交换机建立汇聚层通信网络，各站房式水质在线监测子站采用层间交换机连接，构建树型拖拓扑结构。
20.优选地，所述视频监控系统包括摄像头、视频专用交换机、室外ip音柱；所述摄像头、室外ip音柱分别与视频专用交换机连接，所述摄像头均匀分布在各河流两岸，用于监测各河流的岸边及水面情况，并通过视频专用交换机传输至云平台信息发布及远程监测子系统，所述室外ip音柱用于管理人员对现场进行声音传递。
21.优选地，还包括气象监测子系统，所述气象监测子系统包括分布设置在各河流的温度感应器、湿度感应器、风速报警仪、风速风向仪、气压计以及数传设备，所述温度感应器、湿度感应器、风速报警仪、风速风向仪、气压计分别与对应的数传设备连接，用于分别监测对应流域的温度、湿度、风速、风向、气压并通过数传设备上传至云平台信息发布及远程监测子系统。
22.优选地，所述云平台信息发布及远程监测子系统还用于根据水情监测子系统采集的数据预测各河流的涨水态势，并将预警信息传输至各监测终端；
23.所述云平台信息发布及远程监测子系统根据以下方式预测各河流各闸坝的涨水态势：
24.采集历史各河流各闸坝的各时刻的实际水位hs，并绘制实际水位与时间的关系曲线hs～t；
25.根据以下公式计算预测的水位hy：
[0026][0027]
其中，hy(t)为闸坝t时刻的预测水位，d为闸坝δt内的降雨量，qr为闸坝的入口流量，qc为闸坝的出口水流量，s为闸坝入口至出口之间的面积。
[0028]
本发明的有益效果为：本发明提供了一种城市水系监测管理系统，包括水情监测
子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统、云平台信息发布及远程监测子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统，通过本发明，可为防汛抢险、抗洪救灾赢得宝贵的时间。当即将发生灾害时，可以通过网络、电话、广播等方式提前通知该区域的居民，使人民生命安全和财产损失大大降低。
[0029]
通过水质监测，可实时掌握全程水质情况，为河道污染、生态治理、植被维护提供数据支持；为菌种数量、种类的投放管理、治理方案调整、输水方案调整提供行动指南。通过总磷、总氮的监控，可为河道的水葫芦、蓝藻的预防和治理提供科学的数据依据。
[0030]
在整个监测管理过程中，减少人力的操作，充分利用各种传感器、信息网络实现自动化、信息化、统一化管理与调度，既能做到高效预警与管理，也能实现在控制中心根据监测数据远程控制、调度各种排泄洪设备、水坝、闸门等，为水系管理、防汛抢险、抗洪救灾赢得宝贵的时间。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0032]
图1为本发明的系统原理图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
[0034]
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0035]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0036]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0037]
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种城市水系监测管理系统，包括水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统、云平台信息发布及远程监测子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统；
[0038]
所述水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统分别与云平台信息发布及远程监测子系统连接；
[0039]
所述水情监测子系统用于监测各河流的所在区域的雨量、河流的水位及河流出入口的流量，并将监测的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统；
[0040]
所述流域水质在线监测子系统用于监测各河流的水质，并将监测的数据传输至云
平台信息发布及远程监测子系统；
[0041]
所述视频监控子系统用于监测各河流的水面情况，并将监测的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统；
[0042]
所述云平台信息发布及远程监测子系统设置在监控调度中心，用于根据水情监测子系统、流域水质在线监测子系统、视频监控子系统监测的数据进行远程监测，并发布预警信息及发布调度信息至泵站及蓄水闸坝调度子系统；
[0043]
所述泵站及蓄水闸坝调度子系统用于根据云平台信息发布及远程监测子系统发布的调度信息进行河流间的水量调度。
[0044]
其中，水情监测子系统包括若干雨量计、水位计、流量计、数据传输设备，所述雨量计设置在各个调蓄湖；
[0045]
所述水位计、流量计分别分布设置于各河流的各闸坝上下游；
[0046]
所述雨量计、水位计、流量计分别与数据传输设备连接，所述数据传输设备用于将雨量计、水位计、流量计的数据传输至云平台信息发布及远程监测子系统。所述流量计选择雷达流速流量计，所述水位计选择超声波水位计。
[0047]
所述泵站及蓄水闸坝调度子系统包括设置在各泵站、蓄水闸坝的现场通信设备、控制柜；所述现场通信设备用于接收云平台信息发布及远程监测子系统发布的调度信息，并将调度信息传输至控制柜；
[0048]
所述控制柜与对应的蓄水坝或闸门连接，用于根据调度信息是泄洪还是蓄水以控制对应的蓄水坝或闸门打开或关闭。
[0049]
所述水情监测子系统、泵站及蓄水闸坝调度子系统分别采用星型与环型相结合的混合型网络拓扑结构，首先，在监控调度中心以星型拓扑建立核心层监测通信网络，考虑到水系整体建设的时段较长，星型拓扑便于后续扩展及增加设备，同时核心层建立在监控调度中心，检修维护方便，可以弥补星型拓扑在容灾能力上的缺陷；其次，在调度中心设置汇聚层主控制设备，并以环型拓扑建立汇聚层监测通信网络。考虑到各监测点比较分散，以环型拓扑建立汇聚层可以有效提高通信可靠行，环型拓扑为环网内设备提供2条通信线路，当任意一处线路出现故障时，设备可立即自行切换到第2路通信了线路。
[0050]
其中，所述云平台信息发布及远程监测子系统还用于根据水情监测子系统采集的数据预测各河流的涨水态势，并将预警信息传输至各监测终端；
[0051]
所述云平台信息发布及远程监测子系统根据以下方式预测各河流各闸坝的涨水态势：
[0052]
采集历史各河流各闸坝的各时刻的实际水位hs，并绘制实际水位与时间的关系曲线hs～t；
[0053]
根据以下公式计算预测的水位hy：
[0054][0055]
其中，hy(t)为闸坝t时刻的预测水位，d为闸坝δt内的降雨量，qr为闸坝的入口流量，qc为闸坝的出口水流量，s为闸坝入口至出口之间的面积。
[0056]
还可以在监测得到起始时刻的实际水位后，计算后面每个时刻的预测水位，并采用预测得到的数位与实际监测得到的该时刻的水位进行对比，并进行拟合实际水位与预测
水位之间的拟合曲线，计算得到预测水位修正系数a，所述修正系数a用于后面预测未来时刻的预测水位时对预测得到的水位进行修正，如此提高精确度。
[0057]
例如，修正系数a的平均值
[0058]
假设未来t+1时刻的预测水位为hy(t+1)，则修正后的预测水位为
[0059]
所述流域水质在线监测子系统包括在各调蓄湖设置的站房式水质在线监测子站，所述站房式水质在线监测子站包括依次连接的现场采样装置、监测试剂存贮装置、水质监测传感器、水质分析仪、通信模块；所述现场采样装置用于对调蓄湖内的水质进行采样，并将采集的水样传输至监测试剂存贮装置，所述监测试剂存贮装置用于存储现场采样装置采集的水样，所述水质监测传感器放置在监测试剂存贮装置内，用于采集监测试剂存贮装置存储的水样的水质信号，并将采集的信号传输至水质分析仪，所述水质分析仪用于对水质监测传感器采集的水质信号进行分析，得到对应调蓄湖的水质情况，并将分析结果通过通信模块传输至云平台信息发布及远程监测子系统；所述水质情况包括总磷量、总氮量、ph值、浑浊度、溶解氧含量。
[0060]
所述流域水质在线监测子系统采用树型网络拓扑结构，在监控调度中心配置核心交换机建立汇聚层通信网络，各站房式水质在线监测子站采用层间交换机连接，构建树型拖拓扑结构。考虑到水系整体建设的时段较长，水质监测点较分散，且根据远期运行可以方便快捷的增加测点接入现有网络，树型拓扑结构具有极灵活的扩展性和延伸性，便于后续扩展及增加设备，在终端侧，通过在现场设置站房式水质在线监测子站，定期对测点水质进行监测。
[0061]
所述视频监控系统包括摄像头、视频专用交换机、室外ip音柱；所述摄像头、室外ip音柱分别与视频专用交换机连接，所述摄像头均匀分布在各河流两岸，用于监测各河流的岸边及水面情况，并通过视频专用交换机传输至云平台信息发布及远程监测子系统，所述室外ip音柱用于管理人员对现场进行声音传递。视频监控系统采用分布式拓扑结构，其结构特点是以节点为单位，分布式设置，任意节点都可以以星型、环型的结构进行扩展，这种结构便于远期运行过程中增减视频监视摄像设备。
[0062]
本发明的系统还包括气象监测子系统，所述气象监测子系统包括分布设置在各河流的温度感应器、湿度感应器、风速报警仪、风速风向仪、气压计以及数传设备，所述温度感应器、湿度感应器、风速报警仪、风速风向仪、气压计分别与对应的数传设备连接，用于分别监测对应流域的温度、湿度、风速、风向、气压并通过数传设备上传至云平台信息发布及远程监测子系统。云平台信息发布及远程监测子系统对温度、湿度、风向、风速、气压等信息进行24小时实时查询，并对泵站、蓄水坝以及蓄水湖的分布位置、现场设备运行状态进行监控，平台信息发布及远程监测子系统对查询到的温度、湿度、风向、风速、气压等通过平台的图表、地图、数字仪表、控制部件和报警部件显示出来。管理人员通过大数据平台的大屏显示选项，远程对现场实时的气象检测数据，以及工作人员工作状态进行统一管理，管理人员可以通过登录云平台信息发布及远程监测子系统随时随地查看现场数据。
[0063]
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单
元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0064]
在本技术所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
[0065]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。