一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统

技术领域

本发明涉及监测技术领域，更具体的说是涉及一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统。

背景技术

城市排水问题的重要性不言而喻。一部城市发展史，必然伴随一部城市地下排水系统发展史。但在我国城市化发展过程中，城市排水系统的规划、建设跟不上城市规模的快速扩张。一旦汛期到来，大范围强降雨天气导致上百个城市年年内涝。内涝成为一种新的城市病，且经多年治理未能治愈。但治理城市内涝问题不是在短期之内可以解决的。

基于出现的问题，路政部门只能通过人工进行排水，以减小城市内涝问题，但是对于地下排水系统的监控不当，人工排水也只能事倍功半。

因此，如何提供一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统，本发明通过传感器组件监测地下排水管网中的环境信息；利用决策软融合模块根据环境信息和预测信息判断地下排水管网的内涝情况，并做出最终决策；通过控制器向执行装置发送命令，调整地下排水管网的每条支路的流量；以解决城市内涝的问题，通过监控地下排水管网自动调整每条支路的流量，可以使城建部门根据监测数据及时做出相应的排洪措施，避免或减少城市内涝的发生。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统，安装于地下排水系统，包括：传感器组件、控制器、决策软融合模块和执行装置；

其中，所述传感器组件有多个，分别设置在地下排水管网的交叉处；所述决策软融合模块分别与多个所述传感器组件电性连接，将监测信息进行融合做出决策反馈到所述控制器；所述控制器与所述执行装置电性连接，根据接收的融合后的监测信息控制所述执行装置的启停。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述传感器组件包括水位变送器、流量变送器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、光照传感器和红外线传感器中的任意一种或它们的任意组合。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述传感器组件用于采集对应的环境数据，并将采集到的环境数据送至决策软融合模块进行处理；所述水位变送器用于采集地下排水管网中的水体深度参数；所述流量变送器用于采集地下排水管网中的水体流量参数；所述温度传感器用于采集地下排水管网中的空气温度参数；所述湿度传感器用于采集地下排水管网中的空气湿度参数；所述气体传感器用于采集地下排水管网中可燃气体的浓度参数，光照传感器用于采集地下排水管网中检查井处的可见光照度参数；所述红外线传感器用于采集地下排水管中检查井处的红外线照度参数。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述决策软融合模块包括：监测单元、训练单元和融合判决单元；其中，所述监测单元根据所述传感器组件采集的数据做出第一决策；所述第一决策传输给所述训练单元；所述训练单元根据所述第一决策进行训练得到第二决策；所述第二决策和所述第一决策共同输入所述融合判决单元做出最终决策。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述训练单元对每一个所述传感器组件发送的第一决策进行频谱分析，过滤噪声。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述执行装置为离心泵、齿轮泵、真空泵中的一种或多种。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述控制器根据接收的所述决策软融合模块的最终决策控制执行装置的启停；所述执行装置改变地下排水管网中水流流向。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，还包括锚传感器；所述锚传感器安装在所述传感器组件处，根据所述锚传感器确定所述传感器组件的位置。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，所述传感器组件与所述决策软融合模块之间无线通信；利用3G/4G、蓝牙或WiFi进行信息交互。

优选的，在上述的一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统中，还包括报警装置，所述报警装置与所述控制器电性连接；所述控制器根据所述最终决策判断地下排水管网中水量是否超过阈值，若超过阈值，则启动报警装置。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统，本发明通过传感器组件监测地下排水管网中的环境信息；利用决策软融合模块根据环境信息和预测信息判断地下排水管网的内涝情况，并做出最终决策；通过控制器向执行装置发送命令，调整地下排水管网的每条支路的流量；以解决城市内涝的问题，通过监控地下排水管网自动调整每条支路的流量，可以使城建部门根据监测数据及时做出相应的排洪措施，避免或减少城市内涝的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明的整体结构示意图。

具体实施方式

下面将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。

本发明的实施例中公开了一种基于频谱感知技术的地下排水监测系统，如图1所示，安装于地下排水系统，包括：传感器组件、控制器、决策软融合模块和执行装置；

其中，传感器组件有多个，分别设置在地下排水管网的交叉处；决策软融合模块分别与多个传感器组件电性连接，将监测信息进行融合做出决策反馈到控制器；控制器与执行装置电性连接，根据接收的融合后的监测信息控制执行装置的启停。

进一步，执行装置对每个支路的流量进行分流，监测信息进行融合的目的是为了将水流量小的管路缓解水流量大的管路的泄洪量；多个传感器组件将个自采集的监测信息，进行融合确定一个最优的决策保证泄洪能力最大，从而避免或减少城市内涝。

其中，控制器包括FPGA芯片、存储单元和ESD单元；所述FPGA芯片分别连接存储单元、ESD单元。所述FPGA芯片通过传感器接口单元连接决策软融合模块，实现控制器对各个执行装置的控制。所述FPGA芯片通过硬件编程的方式，一方面接收决策软融合模块的指令，根据最终决策控制执行装置的启停，另一方面还可利用在芯片中预制的、针对各个环境数据的处理程序，对各个变送器/传感器采集的环境数据设置的阈值，根据执行装置调整水流量后仍超过阈值产生的预警/警报消息等信息的监测信息，所述处理程序可以是但不限于是采用信息融合算法、并结合辅助数据库和/或历史数据库，对采集到的环境数据进行检错和综合，生成更准确和有用的监测信息的处理程序。

进一步具体的，所述信息融合算法可以是但不限于是神经网络算法，利用神经网络算法极强的容错性以及自学习、自组织和自适应能力，对即时采集的环境数据及离散时间采集的历史数据进行非线性处理，不但能得到更准确的即时监测数据，还能得到未来一定时间段的、较准确的预期监测数据。

具体的，所述存储单元包括SDRAM(Synchronous Dynamic Random AccessMemory，同步动态随机存储器)存储器和FLASH存储器。所述SDRAM存储器为易失性存储介质，用于在主控模块工作时，存储加载的运行程序和临时数据，这些数据在掉电后全部丢失，充当FPGA芯片的内存；所述FLASH存储器为非易失性存储介质，存储全部的可执行程序文件、配置文件、辅助数据及历史数据等数据，这些数据掉电后不丢失，充当FPGA的硬盘。所述ESD单元为静电防护单元，用于对主控模块进行静电保护、尤其是在休眠与唤醒之间的切换过程中对FPGA芯片进行静电保护，保障所述监测装置的正常工作。

为了进一步优化上述技术方案，传感器组件包括水位变送器、流量变送器、温度传感器、湿度传感器、气体传感器、光照传感器和红外线传感器中的任意一种或它们的任意组合。

为了进一步优化上述技术方案，传感器组件用于采集对应的环境数据，并将采集到的环境数据送至决策软融合模块进行处理；水位变送器用于采集地下排水管网中的水体深度参数；流量变送器用于采集地下排水管网中的水体流量参数；温度传感器用于采集地下排水管网中的空气温度参数；湿度传感器用于采集地下排水管网中的空气湿度参数；气体传感器用于采集地下排水管网中可燃气体的浓度参数，光照传感器用于采集地下排水管网中检查井处的可见光照度参数；红外线传感器用于采集地下排水管中检查井处的红外线照度参数。

进一步，决策软融合模块还可以与上位机连接；上位机为决策软融合模块提供当前天气情况，根据当前天气情况预测地下排水管网内的流量，若大于预设阈值，城管部门及时作出防洪准备。

在另一实施例中，温湿度传感器监测外界环境温湿度，根据温湿度预测地下排水管网内的流量。

为了进一步优化上述技术方案，决策软融合模块包括：监测单元、训练单元和融合判决单元；其中，监测单元根据传感器组件采集的数据做出第一决策；第一决策传输给训练单元；训练单元根据第一决策进行训练得到第二决策；第二决策和第一决策共同输入融合判决单元做出最终决策。

进一步，以传感器组件为水位变送器和流量变送器为例；监测单元根据水位信息和流量信息以及安装处的地下排水管网的口径，判断还可以排泄多大量的雨水，将可以排泄量作为第一决策信息发送给训练单元，训练单元根据可以排泄的量结合当前天气状况或结合历史数据进行预测得到第二决策信息，将第一决策信息和第二决策信息进行信息融合得到最终决策；其中第二决策中还包含启动执行装置分流的控制指令。

为了进一步优化上述技术方案，训练单元对每一个传感器组件发送的第一决策进行频谱分析，过滤噪声。

为了进一步优化上述技术方案，执行装置为离心泵、齿轮泵、真空泵中的一种或多种。

为了进一步优化上述技术方案，控制器根据接收的决策软融合模块的最终决策控制执行装置的启停；执行装置改变地下排水管网中水流流向。

为了进一步优化上述技术方案，还包括锚传感器；锚传感器安装在传感器组件处，根据锚传感器确定传感器组件的位置。

为了进一步优化上述技术方案，传感器组件与决策软融合模块之间无线通信；利用3G/4G、蓝牙或WiFi进行信息交互。

为了进一步优化上述技术方案，还包括报警装置，报警装置与控制器电性连接；控制器根据最终决策判断地下排水管网中水量是否超过阈值，若超过阈值，则启动报警装置。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。