一種排水物聯網系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種排水物聯網系統，其包括感知層、網絡層和應用層，所述感知層位于排水物聯網系統的最底層，由各種傳輸設備組成；所述網絡層位于排水物聯網系統的中間層，是聯系監控中心與各個現場站點之間的紐帶。網絡層通過現有的有線網、無線網等來實現應用層與感知層之間信息雙向傳輸；所述應用層位于排水物聯網系統的最頂層，主要是基于相關性分析、聚類分析等數據分析方法或水動力學模型實現對感知層采集并通過網絡層傳輸的數據進行匯總分析和深度挖掘，以指導排水系統的管理與運營維護。該排水物聯網系統的應用改變了傳統的排水管理方式，實現了排水系統的運行監管、科學預警和統一調度，有效提高排水系統的智能化、數字化管理水平。
【專利說明】一種排水物聯網系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種排水物聯網系統，尤其涉及一種基于互聯網技術的排水物聯網系統。
【背景技術】
[0002]城市排水系統是保障城市正常運行的重要基礎設施，隨著我國城市化進程的加快，城市排水系統快速增長，排水管網遍布城市各個角落，整體規模持續擴大，同時由于其埋藏于地下，具有隱蔽性、網絡結構復雜性和排水特征隨機性等特點，使得排水系統在管理上的難度越來越大，主要體現在如下幾個方面:
[0003](I)大部分城市排水系統數據資料管理方式分散、不系統，排水系統數據不完整、不準確；
[0004](2)由于缺乏有效的排水系統狀態評估和運行監測及檢測手段，不能及時、準確地掌握排水系統運行狀況的變化等；
[0005](3)排水管網的調度控制分析、布局優化分析和應急事故分析缺乏科學依據，流域級別的管理模式無法實現。
[0006]因此，基于上述實際問題，迫切需要一個先進的系統能夠將排水系統的各類信息進行互聯、有效識別、可視化和統一管理。
[0007]隨著物聯網技術的發展和應用，構建排水互聯互通信息系統成為可能。所謂物聯網是通過各種信息傳輸設備，如射頻識別(RFID)裝置、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等獲取物理世界的各種信息，結合互聯網、移動通信網絡等網絡進行信息的傳送與交互，采用智能計算技術對信息進行分析處理，從而提高對物質世界的感知能力，實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網由于具有“全面感知、可靠傳遞、智能處理”等基本特征，已經被運用于城市公共安全、工業安全生產、環境監控、智能交通、智能家居、公共衛生和健康監測等多個領域。
[0008]因而，通過應用物聯網技術，構建排水物聯網系統，運用各種排水管道專用傳感器，如壓力傳感器、超聲波液位傳感器、流速傳感器、管道內窺檢測攝像頭以及移動終端等準確獲知所有的排水信息(如流量、液位、設備損害狀況等)，通過有線或無線方式進行數據傳輸與交互，統一進行數據的分析、處理與應用，實現排水系統的運行監管、科學預警和統一調度，最終實現排水系統的智能化、數字化管理，可有效解決排水系統管理中的問題。

【發明內容】

[0009]本發明所要解決的技術問題是:提供一種排水物聯網系統，能夠將研究區域內各種設備采集的排水信息通過各種無線和/或有線的長距離和/或短距離通訊網絡實現互聯互通，在內網、專網、和/或互聯網環境下，采用適當的信息安全保障機制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監測、定位追溯、報警聯動、調度指揮、預案管理、遠程控制、統計報表、決策支持等管理和服務功能，實現對排水系統相關設施的“高效、節能、安全、環保”的“管、控、營” 一體化以及排水系統的數字化信息管理。
[0010]本發明的排水物聯網系統從技術架構上包括三層，即感知層、網絡層和應用層。
[0011]所述感知層位于排水物聯網系統的最底層，由各種傳輸設備組成，全面獲取和感知排水系統靜態數據和動態數據，實現現場動態信息的監測、檢測、采集以及相關設備狀態的有效控制，為排水物聯網系統應用層的構建及系統應用提供重要的數據支撐和數據來源。傳輸設備包括基礎數據采集設備、監測及檢測設備、現場業務處理移動終端等，采集數據包括基礎數據、設施監測及檢測數據、業務管理數據等。
[0012]所述基礎數據采集設備包括經緯儀、全站儀、地下管線探測儀、測地雷達、遙感衛星數據采集系統等，所述采集的基礎數據包括基礎地形數據、排水設施數據、遙感衛星數據及社會經濟統計數據等，是排水系統的資產靜態數據，幫助掌握排水系統的基礎設施及地形狀況。
[0013]所述監測及檢測設備包括流量計、液位計、水質監測儀、水質自動采樣器、內窺檢測、本地的PLC系統、遠程終端單元、現場設備、現場儀表等，用于采集檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位、溶解氧、懸浮物等監測數據、泵站自控信息等，是反映排水系統動態變化的數據，幫助掌握排水系統實時狀態。
[0014]所述現場業務處理移動終端包括工業級PDA、平板電腦、智能手機等，用于采集管網巡查、養護、應急等業務數據，具體包括業務人員位置信息、事故現場信息、處理過程信息等，幫助記錄業務管理的過程數據，協助基于數據進行精細化的管理和分析。
[0015]所述網絡層位于排水物聯網系統的中間層，是聯系監控中心與各個現場站點之間的紐帶，根據實際情況采用有線通訊或無線通訊或兩者結合的方式，具體通過現有的有線網、無線網等網絡，將感知層的數據上傳到監控中心，同時將監控中心的指令下發，實現應用層與感知層之間信息雙向傳輸。
[0016]所述監控中心是接收、處理信息，進行統一調度和協調的中央控制室。
[0017]所述網絡層信息雙向傳輸的同時，采用相應的保障機制如斷網續傳等來保證數據的完整性以及數據壓縮機制來保證數據的傳輸速度。
[0018]所述應用層位于排水物聯網系統的最頂層，主要實現對感知層采集并通過網絡層傳輸的數據管理，同時基于相關性分析、聚類分析等數據分析方法和水動力學模型進行數據匯總分析和深度挖掘，以指導排水系統的管理與運營維護，并最終形成排水系統的智能
化管理。
[0019]所述應用層位于所述的監控中心。
[0020]所述應用層具體包括四個部分，即資產管理、在線監測、業務管理以及決策分析。
[0021]所述資產管理實現對感知層或其他途徑如普查等獲取的設施基礎數據的管理和維護，包括數據查詢、數據統計分析、數據編輯維護、網絡分析、三維顯示等功能，為進行業務管理和決策分析提供基礎數據支撐。
[0022]所述在線監測通過感知層監測及檢測設備采集的檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位、溶解氧、懸浮物等監測數據及泵站自控信息等，幫助及時掌握排水系統的運行狀態和污染負荷，為決策分析提供可靠的數據來源。
[0023]所述業務管理基于對感知層現場業務處理移動終端采集的管網巡查、養護、應急等業務現場數據(具體包括巡查養護現場人員位置信息、現場處理情況、事故現場信息等)進行管理和分析，實現業務處理過程從計劃制定、工單生成、工單派發、工單處理及記錄、回單、工單審核等信息流轉，從而輔助進行業務工作的績效考核和評估。
[0024]所述決策分析基于數據統計分析方法對感知層采集的設施監測及檢測數據進行深度挖掘，實現系統規律分析、預警預報等，同時構建排水系統的動態仿真模型，通過不同情景的設置，模擬和反映不同狀態下系統的運行狀況，從而輔助管理者進行排水系統的現狀評估診斷、規劃設計、聯合調度等科學決策。
[0025]采用本發明所述的排水物聯網系統，其優點在于:
[0026]( I)所述排水物聯網系統能夠將排水系統的各類信息進行匯總，實現排水相關信息可視化、管控一體化、管理集中化的高效管理模式，改變了排水系統數據資料管理方式分散、不系統，數據不完整、不準確的管理方式；
[0027](2)所述排水物聯網系統通過感知層實時、準確地采集排水系統巡查、養護、應急等業務管理數據，并將數據上傳至監控中心，實現監控中心與數據采集現場排水信息的交互和共享，使管理者全面、及時地了解業務現場的詳細信息，幫助管理者從計劃制定、計劃審核、工單派發、工單處理到回單實現業務過程的全流程、精細化管理，提高業務的處理效率和監管力度；
[0028](3)所述排水物聯網系統通過將在線監測數據分析方法和模擬技術的結合，一方面，分析和獲取排水系統的運行規律和管網負荷變化，提升對排水系統事故的預警和處理能力；另一方面，通過設定不同分析情景仿真模擬排水系統，輔助管理者識別和診斷系統缺陷，同時為排水系統的規劃設計、應急調度、布局優化等提供更為科學指導和實施方案；
[0029](4)所述排水物聯網系統用于采集數據的傳感器可以安裝在城市的任何地方，適用范圍能夠涵蓋整個城市甚至延伸至整個流域，從而能夠實現流域級別的排水系統綜合管理和調度。
[0030]綜上可知，本發明的排水物聯網系統具有全面感知、可靠、智能、開放等特征，將所有的排水信息進行匯總，通過有線或無線方式進行數據傳輸和交互，統一進行數據的維護、分析、處理與應用，實現排水系統的運行監管、科學預警和統一調度，最終實現排水系統的
智能化、數字化管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是發明的排水物聯網系統的總體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。以下實施方式對本發明進行更為詳細的描述，但其并不限制本發明的范圍。具體而言，下面以構建某市排水物聯網系統為例來說明本發明的一些【具體實施方式】。
[0033]如圖1所示，本發明所述排水物聯網系統包括三層，即感知層、網絡層和應用層。所述感知層位于排水物聯網系統的最底層，由各種傳輸設備組成，包括基礎數據采集設備、監測及檢測設備以及現場業務處理移動終端等，利用這些傳輸設備采集排水設施基礎數據、設施監測及檢測數據、業務管理數據等排水系統的靜態數據和動態數據，為排水物聯網系統應用層的構建及系統應用提供重要的數據支撐和數據來源；所述網絡層位于排水物聯網系統的中間層，是聯系監控中心與各個現場站點之間的紐帶。網絡層通過現有的有線網、無線網等來實現應用層與感知層之間信息雙向傳輸；所述應用層位于排水物聯網系統的最頂層，主要是基于相關性分析、聚類分析等數據分析方法和水動力學模型實現對感知層采集并通過網絡層傳輸的數據進行匯總分析和深度挖掘，以指導排水系統的管理與運營維護。
[0034](實施例)
[0035]某市為縣級市，排水管理部門為該市的排水管理處，該市排水系統包括11個污水分區，272.5公里管網，11座污水廠，15座泵站，其中雨水泵站4座，污水泵站11座。2007年至今陸續構建了排水管網地理信息系統管理軟件、污水廠自控子系統、雨、污水泵站監控子系統、排水泵站網絡視頻監控子系統等軟件系統。這些系統在過去排水系統管理中發揮了一定的作用，但是在使用過程中存在如下不足，且隨著排水系統的不斷擴張，問題日益突出，具體包括:現有系統功能不全面且較為單一，許多業務工作無法在系統中體現，各個子系統之間存在一定的“信息孤島”，缺少信息共享；管網數據不完整、不準確，管理方式分散、不系統；主要的排水管理業務采用紙質方式進行流轉，人工經驗判斷為主，無法實現業務過程的有效記錄和跟蹤監管；應急調度業務牽涉部門太多且流程復雜，不利于事故的應急處理；已建監控系統未對排水管網關鍵點位進行監控，并僅實現數據的采集未實現數據的深度分析，導致無法及時掌握排水系統的整體實時狀況。
[0036]因此，需要構建該市排水物聯網系統，實現排水系統各類信息的互聯和動態實時的顯示，輔助管理人員有效地識別排水系統運行中出現的問題并及時做出響應，從而實現該市排水系統管理的統一調度、實時監管和科學預警。
[0037]參照圖1，某市排水物聯網系統的具體構建步驟如下:
[0038](I)感知層構建:具體包括基礎數據采集設備、監測及檢測設備以及現場業務處理移動終端的選型、采購、安裝。同時根據需求進行監測點位的選擇。采集的數據包括基礎數據、設施監測及檢測數據、業務管理數據。
[0039]基礎數據包括基礎地形數據、排水設施數據、遙感衛星數據及社會經濟統計數據，排水設施數據通過測繪和普查獲得，基礎地形數據、遙感衛星數據及社會經濟統計數據等通過購買或收集獲取。監測及檢測數據主要通過安裝在居住區、典型商業區、商業居住混合區、污水廠出水口上游干管、取水口、泵站等關鍵點位的21臺流量計和40臺液位計獲取檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位監測數據以及通過2臺多參數便攜式水質分析儀、2臺便攜式自動采樣器獲取相關水質檢測數據，包括溶解氧、懸浮物、生化需氧量(BOD5)、化學耗氧量(C0D&)等。同時集成和接入原有的污水廠、泵站監測數據。
[0040]業務管理數據主要通過配備現場業務處理移動終端即工業級PDA獲取，包括管網巡查、養護、應急等現場工作的位置、路線、現場問題、處理情況等信息，根據業務人員數量配備了 10臺工業級PDA。
[0041](2)網絡層構建:該層主要通過現有的移動通信網(如GSM網、TD-SCDMA網)、無線接入網、無線局域網等基礎設施，將來自感知層的信息傳送至監控中心，同時實現監控中心指令的下發。在本實施例中，為了保證數據的完整性，采用有線和3G網絡互為備份進行數據的遠程傳輸，同時采用斷網續傳機制實現對網絡故障期間的數據緩存后上傳。此外，考慮到由于感知層數據采集點多，數據量大，可能造成數據存儲空間以及數據傳輸速度受限等問題，采用壓縮編碼算法實現采集過程數據的壓縮以減少存儲空間和提高傳輸效率。本實施例中保證1000個數據點的I次采集傳輸數據量不大于10KB。
[0042](3)應用層構建:通過數據庫技術和云計算技術，并結合排水系統相關模型對感知層采集并通過網絡層傳輸的海量數據和信息進行分析與處理，實現物聯網在該市排水行業資產管理、在線監測、業務管理及決策分析等方面的應用，最終形成該市的智能排水系統，為排水管理提供支撐平臺和工具，具體包括設施資產管理子系統、在線運行監控子系統、巡查養護子系統、應急管理子系統、排水戶管理子系統、排水現狀評估及監測預警子系統、規劃管理子系統及聯合調度子系統等8個子系統。
[0043]I)資產管理
[0044]資產管理主要實現對感知層獲取的排水設施數據進行管理和維護，包括基礎地形數據、排水設施包括檢查井、管道、泵站、污水廠等的空間和屬性數據、遙感衛星數據及社會經濟統計數據等，構建設施資產管理子系統，實現數據查詢、數據統計分析、數據編輯維護、網絡分析、三維顯示等功能，同時形成規范的數據維護流程，實現數據的統一更新和維護，為業務管理和決策分析提供重要、統一的基礎數據支撐。
[0045]2)在線監測
[0046]全面準確地掌握排水系統的運行狀況對于排水管理處的安全生產和有效運營影響重大，依托感知層監測及檢測設備采集的檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位等監測數據，溶解氧、懸浮物、BOD5, CODcr等水質檢測數據，以及接入的原有的污水廠、泵站監測數據在內的數據，構建統一的平臺在線運行監控子系統，進行數據的集中展示和管理，為管理決策和科學分析提供實時數據支撐。
[0047]3)業務管理
[0048]結合該市對巡查養護、應急管理、排水戶管理等業務的電子化、流程化、精細化的管理需求以及相關業務特征分析結果，在對感知層現場業務處理移動終端獲取的管網巡查、養護、應急等現場工作的位置、路線、現場問題、處理情況等信息進行處理的基礎上，構建巡查養護子系統、應急管理子系統和排水戶管理子系統3個子系統，實現巡查養護、應急、排水戶管理等業務的全過程信息管理，包括計劃制定、工單或申請過程管理、統計分析及績效評估等功能，為戶外作業人員與管理人員提供信息交流平臺，全面保障排水系統的安全運行。
[0049]4)決策分析
[0050]在基礎數據收集和整理的基礎上，一方面，基于數據統計分析方法對感知層獲取的實時數據進行深度挖掘，識別系統運行規律進行系統運行狀態預報預警；另一方面，構建排水系統的動態仿真模型，利用監測及檢測數據進行模型的校驗，通過不同情景的設置，模擬和分析系統在設定情景下的運行狀態和規律，輔助排水系統的規劃改造科學評估和“管網-污水廠-泵站”聯合調度分析。最終形成排水現狀評估及監測預警子系統、規劃管理子系統、聯合調度子系統3個子系統，為排水運營管理提供決策支撐的平臺和工具。
[0051]由此，構建的基于物聯網的數字排水系統，將全市污水廠、管網、泵站整合進行一體化系統化管理，實現了全面監控、全局把握，極大地提升了該市排水管理工作水平和工作效率，具有顯著的環境、經濟和社會效益。
【權利要求】
1.一種排水物聯網系統，其特征在于， 包括感知層、網絡層和應用層， 所述感知層位于所述系統的最底層，由各種傳輸設備組成，用于全面獲取和感知排水系統的靜態數據和動態數據，實現現場動態信息的監測、檢測、采集以及相關設備狀態的有效控制，為所述系統的應用層的構建及系統應用提供重要的數據支撐和數據來源，其中，所述傳輸設備包括基礎數據采集設備、監測及檢測設備、現場業務處理移動終端，所述傳輸設備采集的數據包括基礎數據、設施監測及檢測數據、業務管理數據； 所述網絡層位于所述系統的中間層，是聯系監控中心與各個現場站點之間的紐帶，可根據實際情況采用有線通訊或無線通訊或兩者結合的方式，具體通過現有的有線網或無線網網絡，將感知層的數據上傳到監控中心，同時將監控中心的指令下發，實現應用層與感知層之間信息雙向傳輸； 所述應用層位于所述系統的最頂層，主要實現對感知層采集的并通過網絡層傳輸的數據管理，同時基于數據統計分析方法和水力動力學模型進行數據匯總分析和深度挖掘，以指導排水系統的管理與運營維護，并最終形成排水系統的智能化管理。
2.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述基礎數據采集設備包括經緯儀、全站儀、地下管線探測儀、測地雷達、遙感衛星數據采集系統，所述基礎數據采集設備采集的基礎數據包括基礎地形數據、排水設施數據、遙感衛星數據及社會經濟統計數據，所述基礎數據是排水系統的資產靜態數據，用以幫助掌握排水系統的基礎設施及地形狀況。
3.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述監測及檢測設備包括流量計、液位計、水質監測儀、水質自動采樣器、內窺檢測、本地的PLC系統、遠程終端單元、現場設備、現場儀表等，其用于采集檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位、溶解氧、懸浮物等監測數據以及泵站自控信息，所述監測數據和泵站自控信息是反映排水系統動態變化的數據，用以幫助掌握排水系統的實時狀態。
4.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述現場業務處理移動終端包括工業級PDA、平板電腦、智能手機，用于采集管網巡查、養護或應急業務數據，具體包括業務人員的位置信息、事故現場信息、處理過程信息，幫助記錄業務管理的過程數據，協助基于數據進行精細化的管理和分析。
5.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述監控中心是接收、處理信息，進行統一調度和協調的中央控制室。
6.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述網絡層信息在雙向傳輸的同時，采用斷網續傳機制來保證數據的完整性以及數據壓縮機制來保證數據的傳輸速度。
7.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述應用層位于所述監控中心。
8.根據權利要求1所述的排水物聯網系統，其特征在于， 所述應用層包括資產管理、在線監測、業務管理以及決策分析。
9.根據權利要求8所述的排水物聯網系統，其特征在于，所述資產管理實現對感知層或其他途徑獲取的設施基礎數據的管理和維護，包括數據查詢、數據統計分析、數據編輯維護、網絡分析、三維顯示功能，為進行業務管理和決策分析提供基礎數據支撐； 所述在線監測通過感知層監測及檢測設備采集的檢查井、管道、泵站、污水廠的流量、液位、溶解氧、懸浮物等監測數據及泵站自控信息，幫助及時掌握排水系統的運行狀態和污染負荷，為決策分析提供可靠的數據來源； 所述業務管理基于對感知層現場業務處理移動終端采集的管網巡查、養護或應急業務現場數據進行管理和分析，實現業務處理過程從計劃制定、工單生成、工單派發、工單處理及記錄、回單、工單審核過程信息流轉，從而輔助進行業務工作的績效考核和評估； 所述決策分析基于數據統計分析方法對感知層采集的設施監測及檢測數據進行深度挖掘，實現系統規律分析、預警預報，同時構建排水系統的動態仿真模型，通過不同情景的設置，模擬和反映不同狀態下系統的運行狀況，從而輔助管理者進行排水系統的現狀評估診斷、規劃設計、聯合調 度科 學決策。
【文檔編號】G06Q50/06GK103543706SQ201310369570
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月22日 優先權日:2013年8月22日
【發明者】趙冬泉, 盛政, 劉小梅, 王浩正 申請人:北京清控人居環境研究院有限公司