实时自校正管网液位检测方法及检测装置

技术领域

本申请涉及管网检测领域，特别涉及一种实时在线自校正管网液位检测方法及检测装置。

背景技术

随着我国城市化进程不断加快，城市排水管网建设有了较大发展，但随之而来的排水管网管理问题也日渐增多。

相关技术中，其中，排水管排水管网液位监测目前主要使用压力液位测量、超声波液位测量等方式。在压力液位测量过程中，通常在管网的底部进行压力传感器的设置，通过传感器的读数以及相关的换算公式，确定液位深度；在超声波液位测量过程中，通常将超声波设备配置于液面上方位置，并通过超声波探测的方式，测量液位的具体位置。

然而，管网液位测量准确性和可靠性面临诸多挑战，如污水腐蚀性强、悬浮物多、漂浮物多、设备全浸没等问题。各种液位传感器在污水管网液位测量中也存在问题，压力液位测量等接触式传感器存在温度漂移、时间漂移或气管堵塞等问题，这些问题会影响数据的准确性，甚至长期累计偏差达数十厘米。超声波液位传感器不但存在盲区而易受水流形态、表面垃圾等影响。因此，相关技术在测量过程中会因数据长期稳定性和测量盲区的存在致使对于管网液位的检测准确率降低。

发明内容

本申请关于实时自校正管网液位检测方法及检测装置，能够提高对于管网液位检测的准确率。

一方面，提供了一种实时自校正管网液位检测方法，该方法包括：

获取第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式水位高度值，接触式水位高度值为接触式测量装置对液位高度的测量结果，第一非接触式空高测量值为第一非接触式测量装置对液位空高的测量结果，第二非接触式空高测量值为第二非接触式测量装置对液位空高的测量结果；

响应于第一非接触式空高测量值与第二非接触式空高测量值均处于校正区段内，基于第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式测量装置高度差，确定第一偏差值，并存储第一偏差值，所述校正区段用于指示接触式测量装置与非接触式测量装置均能够得到准确的测量数值的深度区间；

基于第一偏差值确定非接触式空高校正值；

基于非接触式空高校正值以及接触式水位高度值确定第二偏差值，并存储第二偏差值；

基于第二偏差值对接触式水位高度值进行调整，获得液位修正值。

在一个可选的实施例中，该方法还包括：

响应于非接触式空高测试值未处于校正区段内，获取参考偏差值，参考偏差值为最近存储的第一偏差值以及第二偏差值。

在一个可选的实施例中，该方法还包括：

响应于非接触式空高测量值为异常值，且接触式水位高度值为正常值，基于接触式水位高度值以及参考偏差值获得液位修正值。

在一个可选的实施例中，获取第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式水位高度值之前，包括：

预设校正区段以及初始偏差值。

在一个可选的实施例中，预设校正区段，包括：

确定第一非接触式测量装置的第一波束角，以及第二非接触式测量装置的第二波束角；

基于接触式测量装置的量程、第一波束角、第二波束角、第一非接触式测量装置的安装位置、第二非接触式测量装置的安装位置以及管网宽度，确定校正区段。

在一个可选的实施例中，该方法还包括：

获取与非接触式测量装置对应的安装角度值；

响应于安装角度值指示非接触式测量装置的安装方向未垂直向下，生成角度调整信号，角度调整信号用于指示非接触式测量装置进行安装角度调整。

在一个可选的实施例中，第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置实现为雷达；

接触式测量装置实现为压力传感器。

另一方面，提供了一种实时自校正管网液位检测装置，该装置包括数据采集单元、第一非接触式测量装置、第二非接触式测量装置以及接触式测量装置；

第一非接触式测量装置、第二非接触式测量装置以及接触式测量装置分别与数据采集单元通信连接；

数据采集单元用于执行如上任一的实时自校正管网液位检测方法。

在一个可选的实施例中，数据采集单元包括处理模块、通讯模块、存储模块、报警模块以及传感器接口；

传感器接口分别与非接触式测量装置以及接触式测量装置通信连接；

通讯模块、存储模块、报警模块以及传感器接口分别与处理模块连接。

在一个可选的实施例中，第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置实现为雷达；

接触式测量装置实现为压力传感器。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

在测量液位高度的过程当中，通过对于校正区段的划分，针对处于校正区段之内的液位高度，结合非接触式测量装置测量得到的非接触式空高测试值以及接触式测量装置确定的接触式水位高度值，并通过冗余设置的非接触式测量装置，进行不同测试方法与不同测试装置之间的偏差确定，并在确定偏差后进行修正值生成，使得最终测量值以接触式测试装置的测量结果为主，但结合了非接触式测试装置的特性进行了误差校核，测试结果更为准确，且由于偏差值被存储，不会因测试时间较长，产生累计误差。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种实时自校正管网液位装置的结构示意图。

图2示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数据采集单元的结构示意图。

图3示出了本申请一个示例性实施例提供的一种数据采集单元的具体结构示意图。

图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种实时自校正管网液位检测方法的流程示意图。

图5示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实时自校正管网液位检测方法的流程示意图。

图6示出了本申请一个示例性实施例提供的一种实际应用场景示意图。

图7示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实际应用场景示意图。

图8示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实际应用场景示意图。

图9示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实际应用场景示意图。

图10示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实际应用场景示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本申请一个示例性实施例提供的一种实时自校正管网液位装置的结构示意图，请参考图1，该实时自校正管网液位装置包括数据采集单元110、接触式测量装置120、第一非接触式测量装置130以及第二非接触式测量装置140。

本申请实施例中，数据采集单元为进行数据处理的模块，请参考图2，其对应的实体单元组件包括处理模块210、通讯模块220、存储模块230、报警模块240以及传感器接口250。其中，处理模块作为数据汇总与处理的部分，与其他模块分别通信连接。在一个可选地实施例中，请参考图3，处理模块实现为单片机310，数据采集单元还包括程序烧录口320、传感器接口330、异动报警装置340、外置电池接口350、复位电路360、窄带物联网（NarrowBand Internet of Things, NB-IoT）通讯模块370、数据存储器380、片内温湿度传感器模块390以及MODBUS通讯模块3110。

其中：

（1）、单片机采用CPU内核为ARM Cortex-M4，型号: STM32L431RCT6,CPU最大主频：80MHz 工作电压范围：1.71V~3.6V。本款微处理器根据运行时不同的应用需求来适时调整电压从而实现功耗的动态平衡。

（2）、MODBUS模块带隔离功能，增强抗干扰能力。

（3）、存储单元实现为线上数据存储单元，程序存储容量为256KB，RAM总容量为64KB EEPROM/数据。

（4）、异动报警单元实现为低功耗姿态传感器采集芯片LIS3DHTR，可输出X、Y、Z轴信息，其加速度范围量程包括±2g，4g，8g，16g。

（5）、外置电池接口用于与7.2V外置锂电池通信连接。

需要说明的是，本申请实施例对于装置的具体结构不做限制。在一个示例中，第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置均实现为雷达；接触式测量装置实现为压力传感器。在测量工作进行的过程中，非接触式测量装置位于待测量液面的上方，且垂直向下，接触式测量装置位于待测液面的下方，即，位于液体底部。可选地，第一非接触式测量装置与第二非接触式测量装置的量程为30-700cm，波束角为8度，工作频率为60G，精度为±2mm。接触式测量装置的量程为0-~20m，精度为±1%FS（Full Scale，满量程，本示例中即为0.2m）。

需要说明的是，在本申请是实施例中，结合参考图1，第一非接触式测量装置位于第二非接触式测量装置的上方。

结合图1至图3所示说明，图4示出了本申请一个示例性实施例提供的一种实时自校正管网液位检测方法的流程示意图，以该方法由如图1至图3所示装置中的数据采集单元执行为例进行说明，该方法包括：

步骤401，获取第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式水位高度值。

需要说明的是，除如图1至3所示装置中的采集单元外，本方法可以由其他具备数据接收、处理和发送能力的计算机设备执行。

在本申请实施例中，接触式水位高度值为接触式测量装置对液位高度的测量结果，第一非接触式空高测量值为第一非接触式测量装置对液位空高的测量结果，第二非接触式空高测量值为第二非接触式测量装置对液位空高的测量结果。该数据由非接触式测量装置在工作过程当中定时采集，并发送至数据采集单元进行处理。

步骤402，响应于第一非接触式空高测量值与第二非接触式空高测量值均处于校正区段内，基于第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式测量装置高度差，确定第一偏差值，并存储第一偏差值。

在本申请实施例中，校正区段用于指示接触式测量装置与非接触式测量装置均能够得到较为准确的测量数值的深度区间。

可选地，在安装第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置时，第一非接触式测量装置与第二非接触式测量装置的位置已被确定，也即，计算机设备能够获取接触式测量装置高度差。在此情况下，若第一非接触式空高测量值与第二非接触式空高测量值之差并非计算机设备内预存的定值，即说明第一非接触式测量装置与第二非接触式测量装置中存在有至少一个测量装置，在检测液位高度过程中会产生测量偏差，故此时，计算机设备将会计算并存储第一偏差值，用于表示两个非接触式测量装置存在的测量偏差。

步骤403，基于第一偏差值确定非接触式空高校正值。

在本申请实施例中，非接触式空高校正值包括第一非接触式空高校正值与第二非接触式空高校正值。由于第一非接触式测量装置位于较高位置，在实际使用过程中，可以将第一非接触式测量装置测量得到的第一非接触式空高测量值作为参考，并确定非接触式空高校正值。

步骤404，基于非接触式空高校正值以及接触式水位高度值确定第二偏差值，并存储第二偏差值。

在本申请实施例中，当接触式水位高度值以及非接触式空高校正值之间存在差异时，数据采集模块即记录该偏差数值，并将该偏差数值进行存储。该偏差数值指示检测位置存在影响数据准确度的情况。且在该区间内，应以接触式水位高度值作为参考值。

步骤405，基于第二偏差值对接触式水位高度值进行调整，获得液位修正值。

该过程即为液位修正值的生成过程。

综上所述，本申请实施例提供的方法，在测量液位高度的过程当中，通过对于校正区段的划分，针对处于校正区段之内的液位高度，结合非接触式测量装置测量得到的非接触式空高测试值以及接触式测量装置确定的接触式水位高度值，并通过冗余设置的非接触式测量装置，进行不同测试方法与不同测试装置之间的偏差确定，并在确定偏差后进行修正值生成，使得最终测量值以接触式测试装置的测量结果为主，但结合了非接触式测试装置的特性进行了误差校核，测试结果更为准确，且由于偏差值被存储，不会因测试时间较长，产生累计误差。

图5示出了本申请一个示例性实施例提供的另一种实时自校正管网液位检测方法的流程示意图，以该方法应用于如图1至3任一所示的装置内的数据采集单元中为例进行说明，该方法包括：

步骤501，获取与非接触式测量装置对应的安装角度值。

步骤502，响应于安装角度值指示非接触式测量装置的安装方向未垂直向下，生成角度调整信号。

需要说明的是，上述步骤501以及步骤502所述的过程可以应用于第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置中。可选地，对于第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置的校准先后顺序，本申请实施例不做限定，但需要在测试完成，确定两个测量装置的安装角度均垂直向下后，方可进行后续测量工作。

步骤501至步骤502为进行测量前置的非接触式测量装置的安装以及检测过程。若非接触式测量装置的安装方向并非垂直向下，则数据采集单元将会生成角度调整信号，该角度调整信号可以用于直接控制非接触式测量装置进行安装角度调整，或，用于生成报警信号，报警信号指示工作人员对于非接触式测量装置进行角度调整。

步骤503，预设校正区段以及初始偏差值。

在本申请实施例中，校正区段由第一非接触式测量装置、第二非接触式测量装置以及接触式测量装置的量程以及安装位置共同确定。可选地，当非接触式测量装置存在测量波束角时，测量过程中，波束角将会在液位较低时投射至管网的管壁上，造成非接触式测量装置返回的测量结果不准确。故，在本申请实施例中，将确定第一非接触式测量装置的第一波束角，以及第二非接触式测量装置的第二波束角，并基于接触式测量装置的量程、第一波束角、第二波束角、第一非接触式测量装置的安装位置、第二非接触式测量装置的安装位置以及管网宽度，确定校正区段。

在本申请实施例中，初始偏差值将被置零。初始偏差值包括第一初始偏差值以及第二初始偏差值。

步骤504，获取第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式水位高度值。

该过程与步骤401对应，在此不做赘述。

对应装置的实际应用场景，存在四种情况，分别为：（1）、对应图6，接触式测量装置与两个非接触式测量装置均能返回正常值的情况。（2）、对应图7，接触式测量装置能够返回正常值，安装位置较高的第一非接触式测量装置能够返回正常值，且安装位置较低的第二非接触式测量装置无法返回正常值，异常原因为水位高于第二非接触式传感器的情况。（3）、对应图8，接触式测量装置能够返回正常值，安装位置较高的第一非接触式测量装置无法返回正常值，且安装位置较高的第二非接触式测量装置能够返回正常值的情况，异常原因为水位较低，第一非接触式测量装置因波束角原因，探测信号发送至管壁并返回引起异常（4）、对应图9以及图10，接触式测量装置能够返回正常值，两个非接触式测量装置均无法返回正常值，且异常原因为为水位过低或过高的情况。对应上述四种情况以及图6至图10所示示例，本申请提供不同情况下的液位检测方法。

需要说明的是，在图6至图10所示的示例中，测试点位井深度为10.5m，窨井的内径为60cm，接触式测量装置的量程为7m，非接触式测量装置的有效测量距离为30cm-400mm。第一非接触式测量装置与第二非接触式测量装置的安装距离差值为1.6m。

步骤505，响应于第一非接触式空高测量值与第二非接触式空高测量值均处于校正区段内，基于第一非接触式空高测量值、第二非接触式空高测量值以及接触式测量装置高度差，确定第一偏差值，并存储第一偏差值。

该过程与步骤402所述的过程对应，且对应如图6所示的情况，在此不作赘述。结合图6所示的情况，第一非接触式测量装置的测量空高值h2=2.36m，第二非接触式测量装置的测量空高值h3=0.67m，且两个非接触式传感器之间的安装固定数值H1=1.6m，测量后的差值H3=h2-h3=1.690m，则测试，存储第一偏差值为Δh1=（H3-H1）/2=0.045m。

步骤506，响应于第一非接触式空高测试值与第二非接触式空高测试值中存在至少一个值不处于校正区段内，调取参考偏差值。

在本申请实施例中，在图所示的情况下，调取的参考偏差值与第一偏差值对应。

步骤507，基于第一偏差值确定非接触式空高校正值。

在如图7所示的示例中，结合预先存储的第一偏差值为0.045m的情况，可确定非接触式空高校正值。在图8所示的情况中，可以基于第一偏差值以及第二非接触式测量装置得到的第二非接触式空高测量值，确定非接触式空高校正值。

步骤508，基于非接触式空高校正值以及接触式水位高度值确定第二偏差值，并存储第二偏差值。

该过程为在如图6至图8所示的情况下，非接触式测量装置中有至少一个可以返回正常值时，可通过非接触式公告校正值以及接触式水位高度值确定并存储第二偏差值的过程。

步骤509，基于第二偏差值对接触式水位高度值进行调整，获得液位修正值。

在如图6所示的示例中，非接触式空高校正值为测量值，且Δh1=0.045m。非接触式空高校正值取第一非接触式测量装置的测量值确定，即为2.36-0.045=2.315m。在此情况下，通过非接触式空高校正值确定非接触式测量装置的液位高度为H-h2=10-2.315=7.685m。此时，接触式测量装置测得数值h1=7.62m，二者差值即为Δh=H-h2-h1=10-2.30-7.62=0.065m，该数值被即为第二偏差值，且最终液位修正值为7.685m。

在如图7所示的示例中，响应于第一非接触式测量装置正常，且第二非接触式测量装置异常，基于参考偏差值中的第一偏差值以及第一非接触式空高测量值确定空高校正值，并基于非接触式空高校正值与接触式水位高度值确定第二偏差值，基于第二偏差值对于接触式水位高度值进行调整，以获得液位修正值。

在如图8所示的示例中，响应于第二非接触式测量装置正常，且第一非接触式测量装置异常，基于参考偏差值中的第一偏差值以及第二非接触式空高测量值确定空高校正值，并基于非接触式空高校正值与接触式水位高度值确定第二偏差值，基于第二偏差值对于接触式水位高度值进行调整，以获得液位修正值。

步骤510，响应于非接触式空高测量值为异常值，且接触式水位高度值为正常值，基于接触式水位高度值以及参考偏差值获得液位修正值。

可选地，在与图9至图10对应的过程中，即两个非接触式空高测量装置的返回值均为异常值时，计算机设备将直接根据接触式水位高度值以及参考偏差值中的第二偏差值，直接确定液位修正值。

在如图9所示的示例中，由于水位过低，第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置均无法进行测数，故直接通过接触式测量装置h1=1.11m，以及预存的参考偏差值Δh=0.065m得到液位修正值为h=1.11+0.065=1.175m。

在如图10所示的示例中，由于水位过高，第一非接触式测量装置以及第二非接触式测量装置均无法进行测数，故直接通过接触式测量装置的h1=9.12m，以及预存的参考偏差值Δh=0.065m，得到实际水位为h=9.12+0.065=9.185m。

综上所述，本申请实施例提供的方法，在测量液位高度的过程当中，通过对于校正区段的划分，针对处于校正区段之内的液位高度，结合非接触式测量装置测量得到的非接触式空高测试值以及接触式测量装置确定的接触式水位高度值，进行测量的误差确定，并在确定误差后进行误差校正以及修正值生成，使得最终测量值以接触式测试装置的测量结果为主，但结合了非接触式测试装置的特性进行了误差校核，测试结果更为准确，且不会因测试时间较长，产生累计误差。

上述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。