一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统

技术领域

本发明属于排水管网运行安全监测技术领域，涉及到一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统。

背景技术

市政给排水系统是城市基础设施中的重要组成部分,它是由市政给排水管网构成的，其担负的责任是重大的，可以说给排水系统是否正常安全运行将直接影响到居民的日常生活。

目前市政给排水系统在运行过程中经常会出现泄漏问题，造成水资源的大量浪费，因此需要对市政给排水系统进行运行监测，但是由于市政给排水系统内包含有错综复杂的排水管网，增加了监测难度，传统的对单个排水管运行监测的方法已经难以满足对市政给排水管网运行安全监测的需求。鉴于此，本发明提出一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统，其采用对排水管网中的排水管进行分级布设监测点的方式进行排水管运行监测，具有智能化程度高且监测准确度高的特点，满足了对市政给排水管网运行安全监测的需求。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统，包括排水管网分级标记模块、排水管管壁厚度获取模块、排水管监测点布设模块、管理数据库、监测点排水参数采集模块、参数处理分析模块、管理服务器和显示终端；

所述排水管网分级标记模块用于将整个市政给排水管网按照排水管与排水管之间的连接关系分为一级排水管和二级排水管，并统计一级水管的个数，统计的各一级排水管按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n，与此同时统计与每个一级排水管相连接的二级排水管的个数，统计的与每个一级排水管相连接的各二级排水管按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m；

所述排水管管壁厚度获取模块用于对编号的各一级排水管及各二级排水管获取其管壁厚度，其中得到的各一级排水管的管壁厚度构成一级排水管管壁厚度集合T(t1,t2,...,ti,...,tn)，得到的与各一级排水管相连接的各二级排水管的管壁厚度构成二级排水管管壁厚度集合T′

所述排水管监测点布设模块用于将编号的排水管进行监测点布设，其中对编号的各一级排水管按照该排水管上连接的各二级排水管的个数进行监测点布设，得到各一级排水管对应的各监测点，并对布设的各监测点按照各监测点到该一级排水管端点的远近距离进行编号，依次标记为1,2...e...l，同时对编号的各二级排水管从该排水管与上级排水管的连接处开始到该排水管的末端进行监测点布设，得到各二级排水管对应的各监测点，并对布设的各监测点按照各监测点到该二级排水管与上级排水管连接处的远近距离进行编号，依次标记为1,2...f...k；

所述监测点排水参数采集模块包括若干排水参数检测终端，其分别安装在各一级和各二级排水管的监测点位置处，用于对各二级排水管对应的各监测点和各一级排水管对应的各监测点进行排水参数检测，其检测的排水参数包括排水管内压、外压和水流速，其检测的各一级排水管各监测点的排水参数构成一级排水管监测点排水参数集合，

所述管理数据库用于存储各二级排水管各相邻监测点的标准水流速对比差值，存储各一级排水管对应的标准内外压力差，存储各二级排水管对应的标准内外压力差，并存储标准管壁厚度；

所述参数处理分析模块接收监测点排水参数采集模块发送的一级排水管监测点排水参数集合和二级排水管监测点排水参数集合，将一级排水管监测点排水参数集合中各一级排水管各监测点的排水管内压和外压进行对比，得到各监测点排水管内外压力差，记为Δwp，各一级排水管各监测点的排水管内外压力差构成一级排水管监测点内外压力差集合Δwp

同时，参数处理分析模块按照各一级排水管的编号顺序从一级排水管监测点排水参数集合中依次提取各一级排水管各监测点的水流速，进行相邻监测点水流速对比,进而分析排水管是否存在泄露，其具体分析结果包括以下几个步骤：

步骤S1：按照监测点的编号顺序，从第2个监测点开始直到第l个监测点结束，将提取的每个一级排水管的各监测点的水流速与上一监测点的水流速进行对比，依次得到每个一级排水管相邻第2个监测点水流速对比差值，相邻第e个监测点水流速对比差值…相邻第l个监测点水流速对比差值，分别记为Δb

步骤S2：将得到的各一级排水管相邻各监测点的水流速对比差值与对应的该一级排水管该相邻监测点的标准水流速对比差值进行对比，若某一级排水管某相邻监测点的水流速对比差值大于对应的标准水流速对比差值，则表明该一级排水管该相邻监测点对应的两个监测点之间的排水管存在泄露，该一级排水管记为一级泄露排水管，该相邻监测点对应的两个监测点记为一级泄露监测点；

步骤S3：统计一级泄露排水管的编号及对应的一级泄露监测点的编号，并发送至显示终端；

同样地，参数处理分析模块按照与各一级排水管相连接的二级排水管的编号顺序从二级排水管监测点排水参数集合中依次提取与各一级排水管相连接的各二级排水管各监测点的水流速，进行相邻监测点水流速对比，按照获取一级泄露排水管及对应的一级泄露监测点同样的统计方法统计二级泄露排水管的编号及对应的二级泄露监测点的编号，并发送至显示终端；

所述管理服务器接收排水管管壁厚度获取模块发送的一级排水管管壁厚度集合和二级排水管管壁厚度集合，并接收参数处理分析模块发送的一级排水管监测点内外压力差集合和二级排水管监测点内外压力差集合，将接收的一级排水管监测点内外压力差集合中各一级排水管的各监测点的排水管内外压力差与该排水管对应的标准内外压力差进行对比，得到各监测点的排水管内外压力差对比值，并从接收的一级排水管管壁厚度集合中获取对应排水管的管壁厚度，同时提取管理数据库中预设的标准管壁厚度，进而统计各一级排水管的开裂危险系数，与此同时，按照统计各一级排水管的开裂危险系数同样的方法统计各二级排水管的开裂危险系数，并分别发送至显示终端；

所述显示终端接收参数处理分析模块发送的一级泄露排水管的编号及对应的一级泄露监测点的编号和二级泄露排水管的编号及对应的二级泄露监测点的编号，并接收管理服务器发送的各一级排水管的开裂危险系数和各二级排水管的开裂危险系数，进而进行显示。

进一步地，以市政给排水管端点为起始端，与市政给排水管端点直接相连的为一级排水管，与一级排水管相连接的次级排水管为二级排水管。

进一步地，所述排水管监测点布设模块对各一级排水管进行监测点布设的具体过程为获取各一级排水管上连接的二级排水管个数，并获取连接处的位置，将各一级排水管的端点位置和与各二级排水管的连接处位置作为各一级排水管的监测点。

进一步地，所述排水管监测点布设模块对各二级排水管进行监测点布设的具体过程包括以下两个步骤：

步骤H1：对各二级排水管获取从该排水管与上级排水管的连接处开始到该排水管的末端的长度；

步骤H2：将获取的长度进行均匀等分，每个等分点和该排水管与上级排水管的连接处均作为各二级排水管的监测点。

进一步地，所述排水参数检测终端包括第一压力传感器、第二压力传感器和水流速传感器，其中第一压力传感器用于检测监测点的排水管内压力，第二压力传感器用于检测监测点的排水管外压力，水流速传感器用于检测监测点的水流速。

进一步地，所述参数处理分析模块中各一级排水管相邻监测点的标准水流速对比差值获取方法具体执行以下步骤：

步骤W1：从一级排水管监测点排水参数集合中获取各一级排水管第1个监测点的水流速；

步骤W2：统计各一级排水管中除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速，其具体统计方法如下：

步骤W21：从二级排水管监测点排水参数集合中获取该一级排水管与各二级排水管连接处的水流速；

步骤W22：该一级排水管除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速为第1个监测点的水流速减去该一级排水管与对应各二级排水管连接处的水流速；

步骤W3：各一级排水管相邻监测点的标准水流速对比差值即为各一级排水管除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速减去上一监测点的标准水流速。

进一步地，所述各一级排水管的开裂危险系数的计算公式为

进一步地，所述各二级排水管的开裂危险系数的计算公式为

本发明的有益效果如下：

1.本发明通过对排水管网进行分级编号，并对编号的各排水管进行监测点布设，采集各监测点的排水参数，进而根据采集的各监测点的排水参数统计各排水管的开裂危险系数和存在泄漏的排水管编号及对应的泄露监测点编号，实现了对市政给排水管网运行安全的智能监测，该系统不仅能够对排水管网的泄露进行监测，还能够对排水管的开裂状况进行预测，具有双重功能，弥补了传统监测方法难以满足对市政给排水管网运行安全监测需求的问题，减少了水资源的浪费，保障了排水管网的正常安全运行。

2.本发明通过对排水管网进行分级，确定排水管与排水管之间的水流向，并对各排水管进行布设若干监测点，避免单个监测点造成的排水管内压和外压检测误差，影响后面统计排水管开裂危险系数的准确度，同时通过对布设的各监测点检测的水流速，为后面进行相邻监测点水流速对比得出存在泄漏的监测点提供参考依据。

3.本发明通过将统计的各一级、二级排水管的开裂危险系数和存在泄漏的一级排水管、二级排水管编号及对应的泄露监测点编号发送至显示终端显示，便于相关管理人员直观了解排水管网运行情况，从而针对性的进行处理，提高处理效率，进而提高排水管网恢复正常运行的速度。

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为本发明的系统模块图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅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。

一种基于大数据的市政给排水管网运行安全智能监测系统，包括排水管网分级标记模块、排水管管壁厚度获取模块、排水管监测点布设模块、管理数据库、监测点排水参数采集模块、参数处理分析模块、管理服务器和显示终端，其中排水管网分级标记模块分别与排水管管壁厚度获取模块和排水管监测点布设模块连接，排水管监测点布设模块与监测点排水参数采集模块连接，监测点排水参数采集模块与参数处理分析模块连接，参数处理分析模块分别与管理服务器和显示终端连接，管理服务器分别与排水管管壁厚度获取模块和显示终端连接。

排水管网分级标记模块用于将整个市政给排水管网按照排水管与排水管之间的连接关系分为一级排水管和二级排水管，其中以市政给排水管端点为起始端，与市政给排水管端点直接相连的为一级排水管，与一级排水管相连接的次级排水管为二级排水管，并统计一级水管的个数，统计的各一级排水管按照预设的顺序进行编号，依次标记为1,2...i...n，与此同时统计与每个一级排水管相连接的二级排水管的个数，统计的与每个一级排水管相连接的各二级排水管按照预设的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m。

本实施例通过对排水管网内的排水管进行分级编号，为后面进行获取排水管管壁厚度和监测点布设提供方便。

排水管管壁厚度获取模块用于对编号的各一级排水管及各二级排水管获取其管壁厚度，其中得到的各一级排水管的管壁厚度构成一级排水管管壁厚度集合T(t1,t2,...,ti,...,tn)，得到的与各一级排水管相连接的各二级排水管的管壁厚度构成二级排水管管壁厚度集合T′

排水管监测点布设模块用于将编号的排水管进行监测点布设，其中对编号的各一级排水管按照该排水管上连接的各二级排水管的个数进行监测点布设，其具体布设过程为获取各一级排水管上连接的二级排水管个数，并获取连接处的位置，将各一级排水管的端点位置和与各二级排水管的连接处位置作为各一级排水管的监测点，并对布设的各监测点按照各监测点到该一级排水管端点的远近距离进行编号，依次标记为1,2...e...l，同时对编号的各二级排水管从该排水管与上级排水管的连接处开始到该排水管的末端进行监测点布设，其具体布设过程包括以下两个步骤：

步骤H1：对各二级排水管获取从该排水管与上级排水管的连接处开始到该排水管的末端的长度；

步骤H2：将获取的长度进行均匀等分，每个等分点和该排水管与上级排水管的连接处均作为各二级排水管的监测点。得到各二级排水管对应的各监测点，并对布设的各监测点按照各监测点到该二级排水管与上级排水管连接处的远近距离进行编号，依次标记为1,2...f...k。

本实施例通过对各排水管进行布设若干监测点，避免单个监测点造成的排水管内压和外压检测误差，影响后面统计排水管开裂危险系数的准确度，同时通过对布设的各监测点检测的水流速，为后面进行相邻监测点水流速对比得出存在泄漏的监测点提供参考依据。

监测点排水参数采集模块包括若干排水参数检测终端，其分别安装在各一级和各二级排水管的监测点位置处，用于对各二级排水管对应的各监测点和各一级排水管对应的各监测点进行排水参数检测，其检测的排水参数包括排水管内压、外压和水流速，所述排水参数检测终端包括第一压力传感器、第二压力传感器和水流速传感器，其中第一压力传感器用于检测监测点的排水管内压力，第二压力传感器用于检测监测点的排水管外压力，水流速传感器用于检测监测点的水流速，其检测的各一级排水管各监测点的排水参数构成一级排水管监测点排水参数集合，

管理数据库用于存储各二级排水管各相邻监测点的标准水流速对比差值，存储各一级排水管对应的标准内外压力差，存储各二级排水管对应的标准内外压力差，并存储标准管壁厚度。

参数处理分析模块接收监测点排水参数采集模块发送的一级排水管监测点排水参数集合和二级排水管监测点排水参数集合，将一级排水管监测点排水参数集合中各一级排水管各监测点的排水管内压和外压进行对比，得到各监测点排水管内外压力差，记为Δwp，各一级排水管各监测点的排水管内外压力差构成一级排水管监测点内外压力差集合Δwp

同时，参数处理分析模块按照各一级排水管的编号顺序从一级排水管监测点排水参数集合中依次提取各一级排水管各监测点的水流速，进行相邻监测点水流速对比,进而分析排水管是否存在泄露，其具体分析结果包括以下几个步骤：

步骤S1：按照监测点的编号顺序，从第2个监测点开始直到第l个监测点结束，将提取的每个一级排水管的各监测点的水流速与上一监测点的水流速进行对比，依次得到每个一级排水管相邻第2个监测点水流速对比差值，相邻第e个监测点水流速对比差值…相邻第l个监测点水流速对比差值，分别记为Δb

步骤S2：将得到的各一级排水管相邻各监测点的水流速对比差值与对应的该一级排水管该相邻监测点的标准水流速对比差值进行对比，其中各一级排水管相邻监测点的标准水流速对比差值获取方法具体执行以下步骤：

步骤W1：从一级排水管监测点排水参数集合中获取各一级排水管第1个监测点的水流速；

步骤W2：统计各一级排水管中除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速，其具体统计方法如下：

步骤W21：从二级排水管监测点排水参数集合中获取该一级排水管与各二级排水管连接处的水流速；

步骤W22：该一级排水管除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速为第1个监测点的水流速减去该一级排水管与对应各二级排水管连接处的水流速；

步骤W3：各一级排水管相邻监测点的标准水流速对比差值即为各一级排水管除第1个监测点之外的各监测点的标准水流速减去上一监测点的标准水流速。

若某一级排水管某相邻监测点的水流速对比差值大于对应的标准水流速对比差值，则表明该一级排水管该相邻监测点对应的两个监测点之间的排水管存在泄露，该一级排水管记为一级泄露排水管，该相邻监测点对应的两个监测点记为一级泄露监测点；

步骤S3：统计一级泄露排水管的编号及对应的一级泄露监测点的编号，并发送至显示终端。

同样地，参数处理分析模块按照与各一级排水管相连接的二级排水管的编号顺序从二级排水管监测点排水参数集合中依次提取与各一级排水管相连接的各二级排水管各监测点的水流速，进行相邻监测点水流速对比，按照获取一级泄露排水管及对应的一级泄露监测点同样的统计方法统计二级泄露排水管的编号及对应的二级泄露监测点的编号，并发送至显示终端。

本实施例通过将各一级、二级排水管各监测点的水流速进行相邻监测点水流速对比，在不存在泄露的前提下，对于一级排水管来说，由于其存在各支路水流，其各监测点的标准水流速应该为上一监测点的标准水流速减去该监测点与二级排水管连接处的水流速，其相邻监测点水流速的标准对比值为各一级排水管各监测点的标准水流速减去上一监测点的标准水流速，在实际检测对比中，各相邻监测点水流速的对比值应该在该相邻监测点对应的水流速标准对比差值内，当某监测点存在泄露时，该监测点的水流速就会偏离统计的标准水流速值，其相邻监测点的水流速对比值就会大于该相邻监测点对应的水流速标准对比差值，对于二级排水管来说，由于其不存在支路水流，其监测点的水流速应该是相近的，其相邻监测点水流速的标准对比值应该近似于零，当某监测点存在泄露时，该监测点与上一监测点的水流速就会不相近，其相邻监测点的水流速对比值就会大于零，以此可以统计存在泄露的排水管编号及对应的存在泄露的相邻监测点编号，提高了对排水管泄露监测的准确度。

管理服务器接收排水管管壁厚度获取模块发送的一级排水管管壁厚度集合和二级排水管管壁厚度集合，并接收参数处理分析模块发送的一级排水管监测点内外压力差集合和二级排水管监测点内外压力差集合，将接收的一级排水管监测点内外压力差集合中各一级排水管的各监测点的排水管内外压力差与该排水管对应的标准内外压力差进行对比，得到各监测点的排水管内外压力差对比值，并从接收的一级排水管管壁厚度集合中获取对应排水管的管壁厚度，同时提取管理数据库中预设的标准管壁厚度，进而统计各一级排水管的开裂危险系数

本实施例统计的各一级排水管的开裂危险系数和各二级排水管的开裂危险系数实现了排水管开裂状况的量化展示，根据得到的开裂危险系数可提前预测排水管所处的开裂危险状况，其开裂危险系数越大，表明排水管所处的开裂危险状况越危急。

显示终端接收参数处理分析模块发送的一级泄露排水管的编号及对应的一级泄露监测点的编号和二级泄露排水管的编号及对应的二级泄露监测点的编号，并接收管理服务器发送的各一级排水管的开裂危险系数和各二级排水管的开裂危险系数，进而进行显示，便于相关管理人员直观了解排水管网运行情况，从而针对性的进行处理，提高处理效率，进而提高排水管网恢复正常运行的速度。

本实施例通过对排水管网进行分级编号，并对编号的各排水管进行监测点布设，采集各监测点的排水参数，进而根据采集的各监测点的排水参数统计各排水管的开裂危险系数和存在泄漏的排水管编号及对应的泄露监测点编号，实现了对市政给排水管网运行安全的智能监测，该系统不仅能够对排水管网的泄露进行监测，还能够对排水管的开裂状况进行预测，具有双重功能，弥补了传统监测方法难以满足对市政给排水管网运行安全监测需求的问题，减少了水资源的浪费，保障了排水管网的正常安全运行。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。