排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，由數(shù)據(jù)中心和至少一個監(jiān)測子系統(tǒng)組成，所述監(jiān)測子系統(tǒng)包括監(jiān)測點(diǎn)和安裝在所述監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè)備采集監(jiān)測點(diǎn)的相關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理和實(shí)時動態(tài)顯示。采用本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，可對排水管道、排水渠道、排水檢查井、排水口、城市下凹道路、城市地下停車場、城市受納水體等點(diǎn)位進(jìn)行液位與流量的在線監(jiān)測、內(nèi)澇或溢流預(yù)警和報警、監(jiān)測數(shù)據(jù)公眾發(fā)布、監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等應(yīng)用。
【專利說明】排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在排水管道進(jìn)行液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，也可應(yīng)用于其 它非滿管或滿管管渠的液位、流速與流量的在線監(jiān)測。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過制定合理可行的監(jiān)測方案，對排水管網(wǎng)進(jìn)行液位與流量的現(xiàn)場在線監(jiān)測，是 進(jìn)行排水管網(wǎng)科學(xué)管理、統(tǒng)計計算、模擬評估與預(yù)警分析的必要條件。利用長時間序列的液 位、流速與流量在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以支持排水模型相關(guān)參數(shù)的率定和驗(yàn)證，以保證模擬結(jié)果 的可靠性，提高模擬預(yù)測的可信度；利用關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測流量進(jìn)行統(tǒng)計分析，可直觀發(fā)現(xiàn)監(jiān) 測點(diǎn)上下游排水管道的過載、溢流、淤積、雨天入流、地下水或河水入滲等問題，并可進(jìn)行定 量化評估計算；在實(shí)際的排水管網(wǎng)管理過程中，還可利用在線監(jiān)測技術(shù)對偷排、錯接等現(xiàn)象 進(jìn)行識別和分析。因此，排水管道液位與流量監(jiān)測，既是構(gòu)建排水管網(wǎng)模型的重要依據(jù)，又 是進(jìn)行排水管網(wǎng)數(shù)字化管理的重要手段。
[0003] 目前我國在排水管道液位與流量在線監(jiān)測方面，主要以進(jìn)口設(shè)備為主，國產(chǎn)設(shè)備 的功能性、穩(wěn)定性和硬件集成性不能滿足在排水系統(tǒng)惡劣環(huán)境中長期穩(wěn)定監(jiān)測的要求。而 現(xiàn)有進(jìn)口設(shè)備存在價格過高、只能以固定時間頻次監(jiān)測、通訊模式可變性弱、設(shè)備零配件供 貨周期長、軟硬件系統(tǒng)集成度不高等問題，嚴(yán)重影響了排水在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用效 果。主要表現(xiàn)如下：
[0004] (1)現(xiàn)有流量監(jiān)測設(shè)備的測量通常為5-15分鐘，不能根據(jù)液位和流量監(jiān)測數(shù)據(jù)自 動變化通訊頻次，可以滿足排水系統(tǒng)長期運(yùn)行監(jiān)測的需求，但是不能滿足排水管網(wǎng)預(yù)警報 警和動態(tài)管理的技術(shù)需求；
[0005] (2)現(xiàn)有設(shè)備整體安裝在排水井下，通常采用GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通訊，導(dǎo)致主機(jī)功耗 較高，而且井下通訊環(huán)境不好，導(dǎo)致數(shù)據(jù)容易因網(wǎng)絡(luò)信號原因不能及時發(fā)送，主機(jī)電池更換 周期較短，且需要在每次維護(hù)過程打開井蓋進(jìn)行，費(fèi)時費(fèi)力；
[0006] (3)現(xiàn)有設(shè)備功能以單點(diǎn)的液位和流量監(jiān)測為主，多個設(shè)備的內(nèi)置時鐘不能自動 同步，不能準(zhǔn)確控制數(shù)據(jù)的采集時間，也不能在液位或水溫劇烈變化時自動加密流速數(shù)據(jù) 的采集頻率，不利于排水管道流量液位動態(tài)變化規(guī)律的監(jiān)測；
[0007] (4)現(xiàn)有設(shè)備通過專用的后臺軟件和復(fù)雜繁瑣的配置過程才能接入設(shè)備的數(shù)據(jù)， 通常使用的軟件多為單機(jī)版軟件，數(shù)據(jù)管理和共享發(fā)布功能較弱，通常不具備統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò) 服務(wù)接口，不能及時將數(shù)據(jù)推送到手機(jī)端顯示，不利于監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享發(fā)布和報警信息的 及時快速推送。
[0008] 因此，迫切的需要開發(fā)一種既具有在線監(jiān)測功能，又具有及時預(yù)警和報警功能，并 可根據(jù)液位波動情況和水溫變化情況自動調(diào)整流速監(jiān)測頻次的排水管道液位與流量一體 化在線監(jiān)測系統(tǒng)。利用該裝置不僅可以幫助管理部門掌握排水系統(tǒng)的液位、流速和流量數(shù) 據(jù)的長期變化規(guī)律，定量分析排水系統(tǒng)的溢流風(fēng)險，定量計算排水管網(wǎng)的雨污水流量，定量 計算由于地下水或河水入滲導(dǎo)致的污水管網(wǎng)增加流量，識別排水管網(wǎng)的液位與流量典型變 化規(guī)律；也可以及時的進(jìn)行排水內(nèi)澇及溢流事件的預(yù)警和報警，管理人員可以通過網(wǎng)頁端、 手機(jī)端及時查看數(shù)據(jù)變化情況，輔助城市排水內(nèi)澇及溢流事件的及時應(yīng)對和定量評估。同 時，可以通過軟硬件的緊密集成，降低設(shè)備的安裝和使用難度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系 統(tǒng)，具有分鐘級同步液位監(jiān)測、監(jiān)測主機(jī)與監(jiān)測中繼器分體式安裝、智能可變的流速監(jiān)測頻 次、軟硬集成為一體等特點(diǎn)，系統(tǒng)可以通過網(wǎng)頁瀏覽器、微信、短信等多種方式及時預(yù)警和 報警監(jiān)測點(diǎn)的異常事件?；谠撓到y(tǒng)可以建立高效可靠的排水監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，形成多種解 決方案，如：城市排水管網(wǎng)液位流量在線監(jiān)測平臺、城市降雨易澇點(diǎn)監(jiān)測和預(yù)警平臺、城市 內(nèi)部河道液位及流量監(jiān)測和預(yù)警平臺、城市污水管網(wǎng)溢流點(diǎn)監(jiān)測和報警平臺、城市排水內(nèi) 澇監(jiān)測預(yù)警公眾信息發(fā)布平臺、排水戶排水量在線監(jiān)測系統(tǒng)、排水管網(wǎng)流量臨時監(jiān)測服務(wù) 等。
[0010] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0011] 一種排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，數(shù)據(jù)中心和至少一個監(jiān)測子系 統(tǒng)，所述監(jiān)測子系統(tǒng)包括監(jiān)測點(diǎn)和安裝在所述監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測設(shè)備，所述監(jiān)測設(shè)備包括液位 監(jiān)測傳感器、速度傳感器、液位報警傳感器、溫度傳感器、監(jiān)測主機(jī)和監(jiān)測中繼器，其中，所 述液位監(jiān)測傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，測量所述監(jiān)測點(diǎn)的液位，采集所述監(jiān)測 點(diǎn)的液位監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)；所述液位報警傳感器，根 據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，測量所述監(jiān)測點(diǎn)的報警液位，采集所述監(jiān)測點(diǎn)的液位報警數(shù) 據(jù)，并將所述液位報警數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)；所述溫度傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控 制要求，采集所述監(jiān)測點(diǎn)的水溫數(shù)據(jù)，并將所述水溫數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)；所述速度傳 感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，采集所述監(jiān)測點(diǎn)的流速數(shù)據(jù)，并將所述流速數(shù)據(jù)發(fā)送 給所述監(jiān)測主機(jī)；所述監(jiān)測主機(jī)基于接收的所述液位監(jiān)測傳感器測量數(shù)據(jù)和所述液位報警 傳感器測量數(shù)據(jù)，計算所述監(jiān)測點(diǎn)的液位高度，并基于所述液位高度和接收的所述水溫數(shù) 據(jù)的變化率來控制所述速度傳感器對所述監(jiān)測點(diǎn)的流速進(jìn)行測量，將所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、 所述液位報警數(shù)據(jù)、所述水溫數(shù)據(jù)和所述流速數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔傳輸?shù)剿?監(jiān)測中繼器；所述監(jiān)測中繼器，接收所述監(jiān)測主機(jī)發(fā)送的所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、所述液位報警 數(shù)據(jù)、所述水溫數(shù)據(jù)和所述流速數(shù)據(jù)，并按照可變化的傳輸時間間隔將接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?所述數(shù)據(jù)中心。
[0012] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測設(shè)備還包括超聲波液位傳感器，其根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要 求，對所述監(jiān)測點(diǎn)的液位進(jìn)行測量，并將測量的超聲波液位傳感器測量數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān) 測主機(jī)；
[0013] 其中，所述監(jiān)測主機(jī)基于其系統(tǒng)時鐘，每分鐘整點(diǎn)控制所述溫度傳感器進(jìn)行水溫 測量，并控制所述液位監(jiān)測傳感器對所述監(jiān)測點(diǎn)的液位進(jìn)行測量，在測量過程中，所述液位 監(jiān)測傳感器的浸沒水深由以下第一公式確定： η
[0014] (t) - - 及1) 1 = 1
[0015] U (t) :t時刻的所述液位監(jiān)測傳感器的浸沒水深，m ;
[0016] ADi, i :所述液位監(jiān)測傳感器的原始輸出信號；
[0017] η :所述液位監(jiān)測傳感器每分鐘監(jiān)測過程的信號采集次數(shù)；
[0018] & :所述液位監(jiān)測傳感器的校正系數(shù)，πΓ1 ;
[0019] :所述液位監(jiān)測傳感器的輸出信號偏移量；
[0020] ε :液位判斷閾值，m;
[0021] 其中，當(dāng)U (t) < ε時，所述監(jiān)測主機(jī)立即控制所述超聲波液位傳感器進(jìn)行液位 監(jiān)測；
[0022] 當(dāng)Q (t) > ε時，所述監(jiān)測主機(jī)不啟用所述超聲波液位傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測，而 啟用所述液位報警傳感器進(jìn)行液位測量，在測量過程中，所述液位報警傳感器的浸沒水深 由以下第二公式確定： η
[0023] L?(t)- &(Σ AD2>i - B2) i=l
[0024] L2 (t) :t時刻的所述液位報警傳感器浸沒水深，m ;
[0025] AD2, i :所述液位報警傳感器的原始輸出信號；
[0026] η :所述液位報警傳感器一次監(jiān)測的信號采集次數(shù)；
[0027] Κ2 :所述液位報警傳感器的校正系數(shù)，πΓ1 ;
[0028] Β2 :所述液位報警傳感器的輸出信號偏移量。
[0029] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測主機(jī)根據(jù)所述第一公式和第二公式的計算結(jié)果，計算所述監(jiān)測 點(diǎn)的液位高度，所述液位高度通過以下條件確定：
[0030] 當(dāng) Q ⑴ < ε 時，Level (t) = Dd_-L3(t);
[0031] 當(dāng) Ljt)彡 ε 且 L2(t) < ε 時，
[0032] 如果 |Dd〇wn_L3 (t)| < ε，Level (t) = Dd〇wn_L3(t)
[0033] 否則，Level (t) = Q (t)+Di
[0034] 當(dāng) L2 (t) > ε 時，Level (t) = L2 (t)+D2
[0035] Level (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際液位高度，m ;
[0036] L3(t) :t時刻的所述超聲波液位傳感器測得的傳感器距水面距離，m ;
[0037] Di :液位監(jiān)測傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ;
[0038] D2 :液位報警傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ;
[0039] Dd_ :監(jiān)測點(diǎn)的下游管道的高度，m。
[0040] 優(yōu)選地，每分鐘所述監(jiān)測主機(jī)計算所述監(jiān)測點(diǎn)的液位高度后，立即根據(jù)如下第三 和第四公式判斷是否控制所述速度傳感器監(jiān)測所述監(jiān)測點(diǎn)的流速數(shù)據(jù) ：
[0041] μ = Levelit) - ^=t-m-iLevel(〇 m
[0042] ΔΓ = Temp(t) - &=t-^那⑴ m
[0043] Λ L :監(jiān)測點(diǎn)的液位平均變化率；
[0044] Λ T :監(jiān)測點(diǎn)的水溫平均變化率；
[0045] Temp (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的水溫，°C ;
[0046] m :計算液位平均變化率時，使用的歷史數(shù)據(jù)個數(shù)；
[0047] Tmin :監(jiān)測點(diǎn)的水溫變化判斷閾值，°C ;
[0048] 當(dāng)Λ L彡ε或Λ T彡Tmin時，所述監(jiān)測主機(jī)控制所述速度傳感器進(jìn)行一次流速監(jiān) 測；否則，則判斷所述監(jiān)測主機(jī)距上一次進(jìn)行流速監(jiān)測的等待時間是否到達(dá)用戶設(shè)置的流 速測定最長時間間隔，如果沒有達(dá)到，則不進(jìn)行流速監(jiān)測，否則控制所述速度傳感器進(jìn)行一 次流速監(jiān)測。
[0049] 優(yōu)選地，所述速度傳感器在每次進(jìn)行流速監(jiān)測時，首先啟用測距模式對所述監(jiān)測 點(diǎn)的水中反射物進(jìn)行探測，在探測到反射物時，立刻切換到流速測量模式對所述監(jiān)測點(diǎn)的 流速進(jìn)行測量。
[0050] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測主機(jī)與所述監(jiān)測中繼器以及所述監(jiān)測中繼器與所述數(shù)據(jù)中心的 可變化的傳輸時間間隔t按照如下規(guī)則計算：
[0051] 當(dāng) Level (t) < Levels 時，t = 15 ;
[0052] 當(dāng) Level (t) > Levels 而且 Level (t) < Level2 時，t = 5 ;
[0053] 當(dāng) Level (t) > Level2 時，t = 1 ;
[0054] t :可變化的傳輸時間間隔，分鐘；
[0055] Levels :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位預(yù)警值，m ;
[0056] Level2 :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位報警值，m。
[0057] 優(yōu)選地，所述1(1、81、1(2、8 2、11、￡、1'_、111的取值范圍分別為：
[0058] Ki ： (6000,8000)；
[0059] Bi ： (400,700)；
[0060] K2 ： (2000,3000)；
[0061] Β2 ： (400,700)；
[0062] η :(8,128);
[0063] ε ： (〇. 05,0. 3)；
[0064] Tmin :(2,5)；
[0065] m : (1,5)。
[0066] 優(yōu)選地，所述監(jiān)測主機(jī)將采集的數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔發(fā)送到所述監(jiān)測 中繼器，所述監(jiān)測中繼器在收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔 發(fā)送到數(shù)據(jù)中心，同時接收和處理所述數(shù)據(jù)中心發(fā)送的更新測設(shè)備設(shè)置參數(shù)的指令，設(shè)置 參數(shù)包括液位預(yù)警值、液位報警值、1( 1、81、1(2、82、11、￡、1'_、 111;所述數(shù)據(jù)中心基于所接收的 監(jiān)測點(diǎn)的所述液位高度、所述流速數(shù)據(jù)計算所述監(jiān)測點(diǎn)的流量，并及時將接收的所述相應(yīng) 數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時動態(tài)顯示和發(fā)布。采用本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測 系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)在于：
[0067] (1)排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)可每分鐘整點(diǎn)獲得監(jiān)測點(diǎn)的液位和 水溫數(shù)據(jù)，并根據(jù)液位和水溫變化改變流速的測定頻次，可以以較低的測量成本獲取較為 準(zhǔn)確的逐分鐘流量過程曲線；
[0068] (2)排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)在液位監(jiān)測過程中，自動根據(jù)監(jiān)測 點(diǎn)的當(dāng)前工況，選擇合適的傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測，避免了超聲波傳感器的測量盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)了 液位的全量程可靠監(jiān)測，提高了液位監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和有效性，適用于液位劇烈變化、突 降暴雨等惡劣情況下的排水在線監(jiān)測；
[0069] (3)通過將監(jiān)測主機(jī)與監(jiān)測中繼器進(jìn)行分離，減少了井下的維護(hù)工作量，便于進(jìn)行 中繼器的電池更換，同時便于選擇移動通訊信號良好的點(diǎn)安裝監(jiān)測中繼器，降低了設(shè)備使 用維護(hù)難度，增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的通訊傳輸和預(yù)警報警能力；
[0070] (4)排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)液位和溫度是否發(fā)生劇烈變 化，可自動加密流速的采集頻率，既避免了持續(xù)高頻次監(jiān)測流速導(dǎo)致的功耗增加，也可以有 效的監(jiān)測特殊事件導(dǎo)致的排水流量急劇變化過程，可以對特殊事件進(jìn)行及時的監(jiān)測和預(yù) 警，有利于分析流量急劇變化的原因；
[0071] (5)排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)在監(jiān)測流速時，首先啟用測距模式 進(jìn)行水中反射物的探測，在探測到反射物時，立刻切換到流速測量模式進(jìn)行測量，從而保證 流速測量的有效性，并可顯著降低所述多普勒速度傳感器的電量開銷；
[0072] (6)利用數(shù)據(jù)中心，排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)一旦在現(xiàn)場安裝完 成，數(shù)據(jù)中心可自動接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以靈活更新設(shè)備的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件的緊 密集成，用戶可通過瀏覽器應(yīng)用程序、手機(jī)微信服務(wù)號、手機(jī)短信等多種方式查看在線監(jiān)測 數(shù)據(jù)或報警信息，極大的提高了系統(tǒng)的部署和使用效率，降低了系統(tǒng)使用難度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0073] 圖1是本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖。
[0074] 圖2是本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)的各元件的連接示意 圖。

【具體實(shí)施方式】
[0075] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā) 明進(jìn)一步說明。以下實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的描述，但其并不限制本發(fā)明的范圍。 基于本實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施 例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0076] 以下，首先參照圖1至圖2對本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng) 進(jìn)行介紹。
[0077] 參見圖1至圖2,本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)中 心D和至少一個監(jiān)測子系統(tǒng)，監(jiān)測子系統(tǒng)包括監(jiān)測點(diǎn)和安裝在監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測設(shè) 備包括液位監(jiān)測傳感器11、速度傳感器12、液位報警傳感器14、溫度傳感器15、監(jiān)測主機(jī)16 和監(jiān)測中繼器21。
[0078] 液位監(jiān)測傳感器11和液位報警傳感器14可分別采用壓力式液位監(jiān)測傳感器和壓 力式液位報警傳感器，速度傳感器12可采用多普勒速度傳感器。監(jiān)測點(diǎn)可以是排水管網(wǎng)的 現(xiàn)場地點(diǎn)，如污水管道、雨水管道、或者其他非滿管或滿管渠道的地點(diǎn)。
[0079] 其中，監(jiān)測主機(jī)16控制壓力式液位監(jiān)測傳感器11、多普勒速度傳感器12、超聲波 液位傳感器13、壓力式液位報警傳感器14、溫度傳感器15,進(jìn)行在線監(jiān)測，生成監(jiān)測數(shù)據(jù)， 并按將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)測中繼器21 ;監(jiān)測中繼器21接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸給 數(shù)據(jù)中心D ;數(shù)據(jù)中心D將接收的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化處理，得到監(jiān)測點(diǎn)的溫度、液位、流 速、流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將監(jiān)測點(diǎn)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)顯示和發(fā)布。
[0080] 壓力式液位監(jiān)測傳感器11、多普勒速度傳感器12、超聲波液位傳感器13、壓力式 液位報警傳感器14、溫度傳感器15與監(jiān)測主機(jī)16通過連接線纜相互連接，監(jiān)測主機(jī)16安 裝在固定支架上，懸掛在監(jiān)測點(diǎn)的檢查井內(nèi)側(cè)。各傳感器的典型安裝位置如圖1所示，壓力 式液位監(jiān)測傳感器11安裝在監(jiān)測點(diǎn)的管道頂部附近；多普勒速度傳感器12安裝在監(jiān)測點(diǎn) 的管道底部，如果存在淤積，則安裝位置要偏移，避免被淤泥覆蓋；超聲波液位傳感器13安 裝在監(jiān)測點(diǎn)的管道頂部；壓力式液位報警傳感器14安裝在監(jiān)測點(diǎn)的檢查井內(nèi)，距離地面約 0. 5?2m、溫度傳感器15與多普勒速度傳感器12集成在一起，安裝在監(jiān)測點(diǎn)的管道底部。
[0081] 監(jiān)測中繼器21與監(jiān)測主機(jī)16分開設(shè)置，監(jiān)測中繼器21可安裝在監(jiān)測點(diǎn)旁邊的路 燈桿上，以與監(jiān)測主機(jī)16分開安裝。監(jiān)測主機(jī)16通過短距通訊方式與監(jiān)測中繼器21進(jìn)行 數(shù)據(jù)交換。監(jiān)測中繼器21使用無線網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)中心D進(jìn)行信息傳送，可使用的無線網(wǎng)絡(luò) 的傳送介質(zhì)包括但不限于通用分組無線服務(wù)技術(shù)（GPRS,General Packet Radio Service) 或者基于碼分多址（CDMA, Code Division Multiple Access)技術(shù)、第三代移動通訊技術(shù) (3G)、第四代移動通信技術(shù)（4G)的網(wǎng)絡(luò)或其他的無線網(wǎng)絡(luò)。
[0082] 數(shù)據(jù)中心D包括具有獨(dú)立因特網(wǎng)IP地址的云服務(wù)器主機(jī)或獨(dú)立計算機(jī)的數(shù)據(jù)服 務(wù)器及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸、存儲、查詢、顯示、統(tǒng)計、發(fā)布及轉(zhuǎn)發(fā)功能，并 實(shí)現(xiàn)對微信服務(wù)號的功能支持，同時支持手機(jī)短信的發(fā)送和通知。在數(shù)據(jù)服務(wù)器上設(shè)置有 對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢模塊和數(shù)據(jù)發(fā)布模塊。
[0083] 其中，數(shù)據(jù)傳輸與轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)模塊，在數(shù)據(jù)服務(wù)器通過因特網(wǎng)IP地址和固定端口號 監(jiān)聽監(jiān)測中繼器21的連接請求，在建立連接后，首先接收監(jiān)測中繼器裝21發(fā)送的數(shù)據(jù)包， 將數(shù)據(jù)保存在本地臨時數(shù)據(jù)庫，然后每隔30分鐘設(shè)定監(jiān)測中繼器21的時鐘時間為服務(wù)器 當(dāng)前時間，根據(jù)應(yīng)用程序需要更新監(jiān)測中繼器21的設(shè)備參數(shù)；同時，在另一個程序線程運(yùn) 行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)，定期將本地臨時數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入應(yīng)用數(shù)據(jù)庫。這樣做的好處是，數(shù)據(jù) 中心D可以在數(shù)據(jù)保存到本地臨時數(shù)據(jù)庫后，立即給監(jiān)測中繼器21回復(fù)確認(rèn)包，盡可能減 少中繼器21中無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊的開啟時間，節(jié)約設(shè)備電耗；同時保證在應(yīng)用數(shù)據(jù)庫出現(xiàn) 故障時，不影響設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的收發(fā)通訊。
[0084] 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與查詢模塊，通過應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行小時、天、月的 最大值、最小值、平均值等自動統(tǒng)計，并提供可視化的方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖 展示、曲線展示、表格展示，并可對不同監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，數(shù)據(jù)分析和處理可采 用現(xiàn)有的任何數(shù)據(jù)處理技術(shù)來進(jìn)行；以及
[0085] 數(shù)據(jù)發(fā)布模塊，利用應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動報警，在應(yīng)用軟件中以不 同的警戒顏色顯示，同時將報警信息通過微信服務(wù)號直接推送給相關(guān)人員，同時建立數(shù)據(jù) 發(fā)布的WebServicies接口，集成微博發(fā)布的API接口，便于監(jiān)測數(shù)據(jù)與報警信息的及時通 知和公眾發(fā)布。
[0086] 為了更加精細(xì)化的反映監(jiān)測點(diǎn)的液位變化情況，監(jiān)測主機(jī)16基于系統(tǒng)時鐘，在每 分鐘整點(diǎn)控制壓力式液位監(jiān)測傳感器11和壓力式液位報警傳感器14進(jìn)行液位測量，同時 利用溫度傳感器15進(jìn)行水溫測量。監(jiān)測執(zhí)行時間為每分鐘的整點(diǎn)，每分鐘整點(diǎn)測量的好處 是，可以保證多點(diǎn)的數(shù)據(jù)是同時測量的，監(jiān)測時間統(tǒng)一，方便多點(diǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一制表和對比分 析。
[0087] 如果壓力式液位監(jiān)測傳感器11測得的數(shù)據(jù)小于液位判斷閾值ε，則利用超聲波 液位傳感器13進(jìn)行更加精確的液位監(jiān)測。由于超聲波液位傳感器價格較高，在實(shí)際過程 中，超聲波液位傳感器13可以選擇不安裝，特別是在長期處于滿管狀態(tài)的監(jiān)測點(diǎn)，即使安 裝超聲波液位傳感器也無法測得有效數(shù)據(jù)。監(jiān)測主機(jī)16將綜合多個傳感器的測試結(jié)果，計 算該監(jiān)測點(diǎn)的液位高度，計算方法如下述內(nèi)容所示，這樣可以實(shí)現(xiàn)全量程的液位監(jiān)測，避免 使用單一傳感器的測量盲區(qū)，而且可以提高液位監(jiān)測的精度和可靠性。
[0088] 監(jiān)測點(diǎn)液位高度根據(jù)下述內(nèi)容得到：
[0089] 首先，根據(jù)下述公式（1)得到t時刻的液位監(jiān)測傳感器11的浸沒水深：
[0090] Ljt) = /^(ΣΙΙ? 仙 1,「4)⑴
[0091] U (t) :t時刻的液位監(jiān)測傳感器的浸沒水深，m ;
[0092] ADu :液位監(jiān)測傳感器的原始輸出信號；
[0093] η :液位監(jiān)測傳感器每分鐘監(jiān)測過程的信號采集次數(shù)；
[0094] & :液位監(jiān)測傳感器的校正系數(shù)，πΓ1 ;
[0095] :液位監(jiān)測傳感器的輸出信號偏移量；
[0096] ε :液位判斷閾值，m;
[0097] 然后，當(dāng)U (t) < ε時，監(jiān)測主機(jī)立即控制超聲波液位傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測；
[0098] 以及當(dāng)Ljt)彡ε時，監(jiān)測主機(jī)不啟用超聲波液位傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測，而啟用 液位報警傳感器進(jìn)行液位測量，在測量過程中，液位報警傳感器的浸沒水深由以下公式（2) 確定：
[0099] L2(t) = Κ2(ΣΓ=1^4β2,「丑2) (2)
[0100] L2 (t) :t時刻的液位報警傳感器浸沒水深，m ;
[0101] AD2, i :液位報警傳感器的原始輸出信號；
[0102] η :液位報警傳感器一次監(jiān)測的信號采集次數(shù)；
[0103] Κ2 :液位報警傳感器的校正系數(shù)，πΓ1 ;
[0104] Β2 :液位報警傳感器的輸出信號偏移量。
[0105] 最后，監(jiān)測主機(jī)根據(jù)上述公式（1)和（2)的計算結(jié)果，計算監(jiān)測點(diǎn)的液位高度，液 位高度根據(jù)以下內(nèi)容確定：
[0106] 當(dāng) Q (t) < ε 時，Level (t) = Dd_-L3(t);
[0107] 當(dāng) Ljt) > ε 且 L2(t) < ε 時，
[0108] 如果(O-Di I < ε，Level (t) = Ddown-L3(t)
[0109] 否則，Level (t) = Q (t)+Di
[0110] 當(dāng) L2 (t) > ε 時，Level (t) = L2 (t)+D2
[0111] Level (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際液位高度，m ;
[0112] L3(t) :t時亥IJ的超聲波液位傳感器測得的傳感器距水面距離，m ;
[0113] Di :液位監(jiān)測傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ;
[0114] D2 :液位報警傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ;
[0115] Dd_ :監(jiān)測點(diǎn)的下游管道的高度，m。
[0116] 由于多普勒速度傳感器12測速的功耗較高，因此合理控制多普勒速度傳感器12 的啟用頻次非常重要。監(jiān)測主機(jī)16將根據(jù)液位和溫度的變化率，確定是否進(jìn)行流速的監(jiān) 測。這樣既可以保證在管道狀態(tài)發(fā)生劇烈變化時，進(jìn)行快速的流速監(jiān)測；也可以保證在管道 狀態(tài)較為平穩(wěn)時，只需按照既定的時間間隔（通常為5-15分鐘）進(jìn)行長期監(jiān)測。實(shí)現(xiàn)功耗 和測量頻次的有效平衡，更大程度的保障監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。
[0117] 多普勒速度傳感器12的開啟條件可通過下述內(nèi)容來確定：
[0118] 每分鐘監(jiān)測主機(jī)計算監(jiān)測點(diǎn)的液位高度后，立即根據(jù)如下公式（3)和（4)判斷是 否控制速度傳感器監(jiān)測監(jiān)測點(diǎn)的流速數(shù)據(jù)：
[0119] AL ^ Level(t) iLeveK0 (3) m
[0120] AT 二 Temp(t)-以-化-⑴(4) m
[0121] Λ L :監(jiān)測點(diǎn)的液位平均變化率；
[0122] Λ T :監(jiān)測點(diǎn)的水溫平均變化率；
[0123] Temp (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的水溫，°C ;
[0124] Tmin:監(jiān)測點(diǎn)的水溫變化判斷閾值，°C ;
[0125] m :計算液位平均變化率時，使用的歷史數(shù)據(jù)個數(shù)；
[0126] 當(dāng)AL彡ε或ΛΤ彡Tmin時，監(jiān)測主機(jī)控制速度傳感器進(jìn)行一次流速監(jiān)測；否則， 則判斷監(jiān)測主機(jī)距上一次進(jìn)行流速監(jiān)測的等待時間是否到達(dá)用戶設(shè)置的流速測定最長時 間間隔，如果沒有達(dá)到，則不進(jìn)行流速監(jiān)測，否則控制速度傳感器進(jìn)行一次流速監(jiān)測。
[0127] 多普勒速度傳感器12在每次進(jìn)行流速監(jiān)測時，首先啟用測距模式進(jìn)行水中反射 物的探測，監(jiān)測主機(jī)16首先通過脈沖測量模式電路，利用多普勒速度傳感器12輸出指定周 期的脈沖信號，并且通過反射信號的延遲時間計算出多普勒速度傳感器12與水中反射物 (雜質(zhì)）的距離，如果距離小于安裝點(diǎn)的管徑，則表示探測到了反射物，進(jìn)行流速測量是有 效的。這時，監(jiān)測主機(jī)16立刻切換到流速測量模式根據(jù)多普勒效應(yīng)進(jìn)行流速的測量，從而 保證流速測量的有效性，并進(jìn)一步降低多普勒速度傳感器12的電量開銷。
[0128] 在排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)用于現(xiàn)場測試前，需要進(jìn)行參數(shù)的校 正，其中^ 1、1(2、82等參數(shù)可以通過標(biāo)準(zhǔn)水深進(jìn)行計算得到。11、￡、1'_、 111的取值范圍根 據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行選取。參數(shù)值后期可以通過數(shù)據(jù)中心D，遠(yuǎn)程自動更新到監(jiān)測主機(jī)16和 監(jiān)測中繼器21，便于進(jìn)行設(shè)備參數(shù)的修改和維護(hù)。監(jiān)測主機(jī)16的系統(tǒng)時鐘至少每30分鐘 通過監(jiān)測中繼器21與數(shù)據(jù)中心D的系統(tǒng)時鐘同步一次。從而保證所有接入數(shù)據(jù)中性的液 位監(jiān)測主機(jī)16都在同一時間點(diǎn)采集儀器信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，時間相對誤差不大于3秒。具體 地，自動同步的過程為，每隔30分鐘，在監(jiān)測中繼器21與數(shù)據(jù)中心D的服務(wù)器建立通訊時， 服務(wù)器將給監(jiān)測中繼器21發(fā)送服務(wù)器當(dāng)前時間，監(jiān)測中繼器21將設(shè)定當(dāng)前時間為接收到 的時間。同時，每隔30分鐘，在監(jiān)測主機(jī)16與監(jiān)測中繼器21建立通訊時，監(jiān)測中繼器21 將監(jiān)測中繼器的當(dāng)前時間發(fā)送給監(jiān)測主機(jī)16,監(jiān)測主機(jī)16設(shè)定當(dāng)前時間為接收到的時間。 由于每30分鐘同步一次，因此可以保證監(jiān)測主機(jī)裝16、監(jiān)測中繼器21與數(shù)據(jù)中心D的服務(wù) 器的時間誤差比較小，時間相對誤差不大于3秒。
[0129] 優(yōu)選地，參數(shù)1(1、81、1(2、8 2、11、8、!'_、111的取值范圍可分別為：
[0130] Ki ： (6000,8000)；
[0131] Bi ： (400,700)；
[0132] K2 : (2000,3000);
[0133] B2 ： (400,700)；
[0134] η: (8,128);
[0135] ε ： (〇. 05,0. 3)；
[0136] Tmin：(2,5)；
[0137] m:(l，5)。
[0138] 在測量流速完成后，監(jiān)測主機(jī)16將采集的數(shù)據(jù)，包括監(jiān)測點(diǎn)的液位、流速、水溫等 數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔發(fā)送到監(jiān)測中繼器21，監(jiān)測中繼器21在收到相應(yīng)的數(shù)據(jù) 后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔發(fā)送到數(shù)據(jù)中心D，同時接收和處理數(shù)據(jù)中心 D發(fā)送的更新測設(shè)備設(shè)置參數(shù)的指令，設(shè)置參數(shù)可包括液位預(yù)警值、液位報警值、I、Bp K2、 Β2、η、ε、Tmin、m等，數(shù)據(jù)中心D基于所接收的數(shù)據(jù)利用面積速度法計算監(jiān)測點(diǎn)的流量，并及 時將接收的所述相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時動態(tài)顯示和發(fā)布。利用面積速度法計算的監(jiān)測點(diǎn) 的流量，會被存儲起來，便于進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢和分析，實(shí)現(xiàn)不同用戶登陸后查看和瀏覽與自己 相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0139] 其中，監(jiān)測主機(jī)16與監(jiān)測中繼器21以及監(jiān)測中繼器21與數(shù)據(jù)中心D的可變化的 傳輸時間間隔按照如下規(guī)則計算：
[0140] 所述監(jiān)測主機(jī)與所述監(jiān)測中繼器以及所述監(jiān)測中繼器與所述數(shù)據(jù)中心的可變化 的傳輸時間間隔t按照如下規(guī)則計算：
[0141] 當(dāng) Level (t) < Levels 時，t = 15 ;
[0142] 當(dāng) Level (t) > Levels 而且 Level (t) < Level2 時，t = 5 ;
[0143] 當(dāng) Level (t) > Level2 時，t = 1 ;
[0144] t :可變化的傳輸時間間隔，分鐘；
[0145] Levels :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位預(yù)警值，m ;
[0146] Level2 :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位報警值，m。
[0147] 面積速度法計算公式如下：
[0148] Q = v · A
[0149] Q:監(jiān)測點(diǎn)管道流量，m3/s ;
[0150] v :多普勒速度傳感器12測得的流速，m/s ;
[0151] A :根據(jù)當(dāng)前液位高度和監(jiān)測管道或渠道斷面形狀，計算的過流截面積，m2。
[0152] 用戶可根據(jù)實(shí)際需求監(jiān)測點(diǎn)的液位預(yù)警值和液位報警值。通常，先確定液位報警 值，視情況按照監(jiān)測點(diǎn)井深減去〇. 5?lm的距離，計算液位報警值，并進(jìn)行設(shè)定；液位預(yù)警 值可以酌情比液位報警值低l-2m進(jìn)行設(shè)定，或選擇監(jiān)測點(diǎn)管道頂部的高度進(jìn)行設(shè)定。在設(shè) 定參數(shù)時，需要保證液位報警值大于液位預(yù)警值。用戶在監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行過程中，可以利用數(shù) 據(jù)中心D的可視化界面，隨時對液位報警值和預(yù)警值進(jìn)行修改。通過設(shè)置合理的液位預(yù)警 值和液位報警值，可以保證監(jiān)測主機(jī)16和監(jiān)測中繼器21既能在液位安全的情況下降低數(shù) 據(jù)發(fā)送頻次，節(jié)省電耗，延長設(shè)備的持續(xù)工作時間；而且可以在監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生危險時，提高數(shù) 據(jù)發(fā)送頻次，及時通知管理人員采取必要的管理或工程措施，避免監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生溢流或積水 等事故。
[0153] 下面以某污水管網(wǎng)的監(jiān)測點(diǎn)為例對本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān) 測系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行示例性說明。
[0154] 選擇北京市海淀區(qū)某辦公樓附近的污水井作為監(jiān)測點(diǎn)，安裝和實(shí)施本發(fā)明所述的 排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，該液位監(jiān)測點(diǎn)的井深為3. 5米，污水管直徑為 〇. 6米，安裝時，監(jiān)測點(diǎn)的水深為0. 3米，流速約0. 7米/秒。
[0155] (1)首先，將壓力式液位監(jiān)測傳感器、多普勒速度傳感器、超聲波液位傳感器、壓力 式液位報警傳感器、溫度傳感器與監(jiān)測主機(jī)通過連接線纜相互連接，在監(jiān)測點(diǎn)所在污水井 地面下約25厘米的位置打孔，將固定安裝支架安裝在孔處，以懸掛在污水井內(nèi)側(cè)，將監(jiān)測 主機(jī)置于固定安裝支架。調(diào)節(jié)壓力式液位監(jiān)測傳感器的離井口地面高度為3. 0米，調(diào)節(jié)壓 力式液位監(jiān)測傳感器的離井口地面高度為0. 5米。超聲波液位傳感器安裝在管道頂部正上 方。溫度傳感器與普勒速度傳感器安裝固定在管道底部，為了防止淤積對測量的影響，安裝 點(diǎn)距離管道最低點(diǎn)約5厘米。完成井下設(shè)備的組裝與固定安裝。
[0156] (2)其次，在污水井旁邊10米距離的路燈桿上離地面約3米的距離安裝中繼器固 定支架，將監(jiān)測中繼器固定在支架上，完成監(jiān)測中繼器的安裝。
[0157] (3)再次，在數(shù)據(jù)服務(wù)器上部署數(shù)據(jù)中心，并設(shè)置該監(jiān)測點(diǎn)的安裝位置、安裝設(shè)備 編號、各個傳感器的安裝位置等配置數(shù)據(jù)。其中流速監(jiān)測最長時間間隔為15分鐘，液位預(yù) 警值：1.8 ;液位報警值：3.0 屯：7841 辦：563 ;K2 :2244 ;B2 :581 ;n :128 ; ε :〇· 1 :5 ; m :5〇
[0158] 在初始情況下，監(jiān)測中繼器裝置每5分鐘嘗試從數(shù)據(jù)中心請求設(shè)備配置參數(shù)和當(dāng) 前時間，監(jiān)測主機(jī)裝置每5分鐘嘗試從監(jiān)測中繼器裝置獲取配置參數(shù)和當(dāng)前時間。在約10 分鐘后，監(jiān)測中繼器裝置向數(shù)據(jù)中心傳回一組有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，最新監(jiān)測水深數(shù)據(jù)的值為 0. 33米，流速為0. 75米/秒，流量為0. 119立方米/秒，與當(dāng)前污水井內(nèi)實(shí)際情況基本一 致。
[0159] (4)系統(tǒng)在之后1個月的運(yùn)行過程中，每分鐘整點(diǎn)監(jiān)測1次污水井的水深值和水溫 值，當(dāng)壓力式液位監(jiān)測傳感器的浸沒水深小于0. 1米時，使用超聲波液位傳感器的測量數(shù) 據(jù)計算當(dāng)前液位值，當(dāng)壓力式液位監(jiān)測傳感器的浸沒水深大于或等于〇. 1米而且壓力式液 位報警傳感器的浸沒水深小于0. 1米時，使用壓力式液位監(jiān)測傳感器測量的數(shù)據(jù)計算當(dāng)前 液位值，當(dāng)壓力式液位報警傳感器的浸沒水深大于0. 1米時，使用壓力式液位報警傳感器 測量的數(shù)據(jù)計算當(dāng)前液位值。保障了液位測量數(shù)據(jù)的可靠性。
[0160] 正常情況下每15分鐘監(jiān)測一次流速數(shù)據(jù)。當(dāng)液位平均變化率大于0. 1米或溫度 平均變化率大于5度時，自動加密流速監(jiān)測次數(shù)。這樣就可以保證在液位急劇變化或水溫 變化時，及時的進(jìn)行流速監(jiān)測?？梢詭椭芾碚吒鼫?zhǔn)確的反映排水管網(wǎng)流速與流量的變化 規(guī)律。
[0161] 當(dāng)監(jiān)測點(diǎn)的液位水深小于設(shè)定預(yù)警值1.8米時，監(jiān)測中繼器裝置每15分鐘向數(shù)據(jù) 中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)，在晚上7 :00到第二天早晨7 :00之間不發(fā)送數(shù)據(jù)，在第二天早晨7 :00 分批向數(shù)據(jù)中心傳輸歷史數(shù)據(jù)，約在10分鐘內(nèi)完成歷史數(shù)據(jù)傳輸；當(dāng)監(jiān)測水深大于設(shè)定預(yù) 警值1. 8米小于設(shè)定報警值3. 0米時，監(jiān)測中繼器裝置每5分鐘向數(shù)據(jù)中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)； 當(dāng)監(jiān)測水深大于設(shè)定報警值3. 0米時，監(jiān)測中繼器裝置每1分鐘向數(shù)據(jù)中心發(fā)送一次數(shù)據(jù)。 通過可變的通訊頻次，保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行浴Ｅc采用固定傳輸頻次相比，既提高了數(shù)據(jù) 發(fā)送的及時性，又大幅降低了設(shè)備通訊電耗，減少了設(shè)備的現(xiàn)場使用維護(hù)成本。
[0162] 通過數(shù)據(jù)中心的瀏覽器應(yīng)用程序界面，可以利用授權(quán)用戶名和密碼隨時登錄應(yīng)用 程序，方便地查看監(jiān)測點(diǎn)的最新的水溫、液位、流速和流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過可視化的圖表 方式對監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，方便用戶隨時查看該監(jiān)測點(diǎn)的水位變化情況、水溫 變化情況、流速變化情況和流量變化情況，分析該污水管道最近是否存在運(yùn)行風(fēng)險和事故 隱患，為污水管網(wǎng)的運(yùn)行管理提供了可靠的在線監(jiān)控解決方案。
[0163] 綜上可知，本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)可以按照可變的測 量頻次和通訊頻次，在大幅降低系統(tǒng)運(yùn)行功耗的前提下，實(shí)現(xiàn)排水管道液位、流速與流量的 在線監(jiān)測功能。利用本發(fā)明的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)液 位、流速與流量數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測，滿足排水管網(wǎng)長期運(yùn)行規(guī)律分析的數(shù)據(jù)要求，而且可以及 時對排水管網(wǎng)的運(yùn)行風(fēng)險進(jìn)行預(yù)警或報警，為排水管網(wǎng)的科學(xué)精細(xì)化管理提供及時準(zhǔn)確的 現(xiàn)場在線數(shù)據(jù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括： 數(shù)據(jù)中心和至少一個監(jiān)測子系統(tǒng)，所述監(jiān)測子系統(tǒng)包括監(jiān)測點(diǎn)和安裝在所述監(jiān)測點(diǎn)的 監(jiān)測設(shè)備， 所述監(jiān)測設(shè)備包括液位監(jiān)測傳感器、速度傳感器、液位報警傳感器、溫度傳感器、監(jiān)測 主機(jī)和監(jiān)測中繼器， 其中，所述液位監(jiān)測傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，測量所述監(jiān)測點(diǎn)的液位， 采集所述監(jiān)測點(diǎn)的液位監(jiān)測數(shù)據(jù)，并將所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)； 所述液位報警傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，測量所述監(jiān)測點(diǎn)的報警液位，采 集所述監(jiān)測點(diǎn)的液位報警數(shù)據(jù)，并將所述液位報警數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)； 所述溫度傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，采集所述監(jiān)測點(diǎn)的水溫數(shù)據(jù)，并將所 述水溫數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)； 所述速度傳感器，根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，采集所述監(jiān)測點(diǎn)的流速數(shù)據(jù)，并將所 述流速數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)； 所述監(jiān)測主機(jī)基于接收的所述液位監(jiān)測傳感器測量數(shù)據(jù)和所述液位報警傳感器測量 數(shù)據(jù)，計算所述監(jiān)測點(diǎn)的液位高度，并基于所述液位高度和接收的所述水溫數(shù)據(jù)的變化率 來控制所述速度傳感器對所述監(jiān)測點(diǎn)的流速進(jìn)行測量，將所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、所述液位報 警數(shù)據(jù)、所述水溫數(shù)據(jù)和所述流速數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔傳輸?shù)剿霰O(jiān)測中繼 器； 所述監(jiān)測中繼器，接收所述監(jiān)測主機(jī)發(fā)送的所述液位監(jiān)測數(shù)據(jù)、所述液位報警數(shù)據(jù)、所 述水溫數(shù)據(jù)和所述流速數(shù)據(jù)，并按照可變化的傳輸時間間隔將接收的數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鰯?shù)據(jù) 中心。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述監(jiān)測設(shè)備還包括超聲波液位傳感器，其根據(jù)所述監(jiān)測主機(jī)的控制要求，對所述監(jiān)測點(diǎn)的 液位進(jìn)行測量，并將測量的超聲波液位傳感器測量數(shù)據(jù)發(fā)送給所述監(jiān)測主機(jī)； 其中，所述監(jiān)測主機(jī)基于其系統(tǒng)時鐘，每分鐘整點(diǎn)控制所述溫度傳感器進(jìn)行水溫測量， 并控制所述液位監(jiān)測傳感器對所述監(jiān)測點(diǎn)的液位進(jìn)行測量，在測量過程中，所述液位監(jiān)測 傳感器的浸沒水深由以下第一公式確定：
L1 (t):t時刻的所述液位監(jiān)測傳感器的浸沒水深，m; ADui :所述液位監(jiān)測傳感器的原始輸出信號；η:所述液位監(jiān)測傳感器每分鐘監(jiān)測過程的信號采集次數(shù)； K1 :所述液位監(jiān)測傳感器的校正系數(shù)； B1 :所述液位監(jiān)測傳感器的輸出信號偏移量；ε:液位判斷閾值，m; 其中，當(dāng)L1U) <ε時，所述監(jiān)測主機(jī)立即控制所述超聲波液位傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測； 當(dāng)L1U) >ε時，所述監(jiān)測主機(jī)不啟用所述超聲波液位傳感器進(jìn)行液位監(jiān)測，而啟用 所述液位報警傳感器進(jìn)行液位測量，在測量過程中，所述液位報警傳感器的浸沒水深由以 下第二公式確定：
L2 (t) :t時刻的所述液位報警傳感器浸沒水深，m ; AD2,i:所述液位報警傳感器的原始輸出信號；η :所述液位報警傳感器一次監(jiān)測的信號采集次數(shù)； K2 :所述液位報警傳感器的校正系數(shù)； B2 :所述液位報警傳感器的輸出信號偏移量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述監(jiān)測主機(jī)根據(jù)所述第一公式和第二公式的計算結(jié)果，計算所述監(jiān)測點(diǎn)的液位高度，所述 液位高度通過以下條件確定： 當(dāng)L1 (t)<ε時，Level (t) =Ddwn-L3 (t); 當(dāng)L1U)彡ε且1^2(〇<ε時， 如果IDdmm-L3(O-L1 (O-D1I<e，Level(t) =Ddwn-L3(t) 否則，Level (t) = L1 (t) +Di當(dāng)L2 (t)>ε時，Level (t) =L2 (t)+D2 Level (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際液位高度，m ; L3(t) :t時刻的所述超聲波液位傳感器測得的傳感器距水面距離，m ; D1 :液位監(jiān)測傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ; D2 :液位報警傳感器下端距監(jiān)測點(diǎn)下游管道底部的距離，m ; Dd_:監(jiān)測點(diǎn)的下游管道的高度，m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，每 分鐘所述監(jiān)測主機(jī)計算所述監(jiān)測點(diǎn)的液位高度后，立即根據(jù)如下第三和第四公式判斷是否 控制所述速度傳感器監(jiān)測所述監(jiān)測點(diǎn)的流速數(shù)據(jù)：
AL:監(jiān)測點(diǎn)的液位平均變化率； Δ T :監(jiān)測點(diǎn)的水溫平均變化率； Temp (t) :t時刻的監(jiān)測點(diǎn)的水溫，°C ; m:計算液位平均變化率時，使用的歷史數(shù)據(jù)個數(shù)； Tmin :監(jiān)測點(diǎn)的水溫變化判斷閾值，°C ; 當(dāng)ALSε或ATSTmin時，所述監(jiān)測主機(jī)控制所述速度傳感器進(jìn)行一次流速監(jiān)測； 否則，則判斷所述監(jiān)測主機(jī)距上一次進(jìn)行流速監(jiān)測的等待時間是否到達(dá)用戶設(shè)置的流速測 定最長時間間隔，如果沒有達(dá)到，則不進(jìn)行流速監(jiān)測，否則控制所述速度傳感器進(jìn)行一次流 速監(jiān)測。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述速度傳感器在每次進(jìn)行流速監(jiān)測時，首先啟用測距模式對所述監(jiān)測點(diǎn)的水中反射物進(jìn)行 探測，在探測到反射物時，立刻切換到流速測量模式對所述監(jiān)測點(diǎn)的流速進(jìn)行測量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述監(jiān)測主機(jī)與所述監(jiān)測中繼器以及所述監(jiān)測中繼器與所述數(shù)據(jù)中心的可變化的傳輸時間 間隔t按照如下規(guī)則計算： 當(dāng)Level(t) <Level1 時，t= 15 ; 當(dāng)Level(t) >Level1 而且Level(t) <Level2 時，t= 5 ; 當(dāng)Level(t) >Level2 時，t= 1 ;t:可變化的傳輸時間間隔，分鐘； Level1 :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位預(yù)警值，m; Level2 :用戶設(shè)定的監(jiān)測點(diǎn)的液位報警值，m。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所 述1(1、81、1(2、82、11、8、1'_、111的取值范圍分別為 ： K1 ： (6000,8000)； B1 ：(400,700)； K2 ：(2000,3000)； B2 ：(400,700)；n:(8,128)； ε：(0. 05,0. 3)； Tmin : (2, 5);m: (1,5)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的排水管道液位與流量一體化在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特 征在于，所述監(jiān)測主機(jī)將采集的數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔發(fā)送到所述監(jiān)測中繼器， 所述監(jiān)測中繼器在收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)后，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)按照可變化的傳輸時間間隔發(fā)送到數(shù) 據(jù)中心，同時接收和處理所述數(shù)據(jù)中心發(fā)送的更新測設(shè)備設(shè)置參數(shù)的指令，設(shè)置參數(shù)包括 液位預(yù)警值、液位報警值、1( 1、81、1(2、82、11、￡、1'_、 111;所述數(shù)據(jù)中心基于所接收的監(jiān)測點(diǎn)的 所述液位高度、所述流速數(shù)據(jù)，計算所述監(jiān)測點(diǎn)的流量，并及時將接收的所述相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行 處理，及時動態(tài)顯示和發(fā)布。
【文檔編號】G08C17/02GK104236626SQ201410447650
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】趙冬泉, 李磊, 郭實(shí)敏, 唐蘭貴, 李雪森, 佟慶遠(yuǎn), 李王鋒 申請人:北京清控人居環(huán)境研究院有限公司