一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统及方法与流程

1.本发明属于水务管理技术领域，具体涉及一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统及方法。


背景技术：

2.供水管理作为水务管理领域的一个组成部分，对于人们的生活而言具有十分重要的意义，传统的供水管理需要采用人工抄表，人工计费，人工收费，且人工催费的管理模式，存在着供水管理复杂和效率低下的问题，近年来，随着物联网技术的成熟发展，物联网技术也越来越多的被应用到了供水管理，依靠物联网智能设备能够将用水量等信息直接上传到供水管理平台，供水管理平台能够自动完成远程抄表，计费，收费等功能，供水管理的过程已经较少需要人工的参与，然而，在现有技术的基于物联网的供水管理中，却鲜少关注与供水管网相关的信息，进而导致供水管理问题的发生。


技术实现要素：

3.针对上述提出的技术问题，本发明提供一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统及方法，旨在由系统实现远程抄表，自动计费，线上缴费，对水表进行远程控制等功能，进而来对供水涉及到的相关活动进行智能管理，除此之外，本发明的智慧水务管理系统还基于水表测量到的包括用水量在内的用水信息，对供水管道内可能发生的问题进行判断，并及时向相关人员发出预警消息，提高智慧水务管理系统的智能化水平，避免供水问题的发生。
4.为了实现上述的发明目的，给出如下所述的一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统，所述智慧水务管理系统具体包括供水管网，物联网水表，通信网络，抄表中心服务器，水务管理平台，所述供水管网用于从供水端向用水端输送水流，所述物联网水表设置在供水管网上，将包括用水量在内的用水信息通过所述通信网络上传至抄表中心服务器，所述抄表中心服务器上搭载有所述水务管理平台，用于对物联网水表的用水信息进行分析；
5.所述水务管理平台通过如下的方法步骤对物联网水表的用水信息进行分析处理：
6.步骤一、水务管理平台向设置在主干供水管道节点上的大口径物联网水表发送获取用水量指令，来取得该水表所统计的一段时间内的累计流量，以及在该时间段内的一时间点的瞬时流量；
7.步骤二、对于在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道上的小口径物联网水表，水务管理平台分别向其发送获取用水量指令，并分别取得各个水表在相同的时间段内的累计流量；
8.步骤三、对上述次干供水管道在上述时间段内的相同时间点的瞬时流量φ进行预测计算，将该预测计算的过程描述为如下的公式：
9.其中，s为大口径物联网水表的瞬时流量，q为大口径物联网水表的累计流量，mi为小口径物联网水表的累计流量；
10.步骤四、当上述瞬时流量φ大于水务管理平台预先设定的瞬时流量阈值时，水务管理平台则判定相对应的次干供水管道内存在发生浊流的问题，同时向相关人员发送供水管道内发生浊流的提醒消息。
11.作为一种优选的技术方案，所述水务管理平台还通过如下的方法步骤对物联网水表的用水信息进行分析处理：
12.步骤一、水务管理平台向设置在主干供水管道节点上的大口径物联网水表发送获取用水量指令，来取得该水表所统计的一段时间内的累计流量；
13.步骤二、对于在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道上的小口径物联网水表，水务管理平台分别向其发送获取用水量指令，并分别取得各个水表在相同的时间段内的累计流量；
14.步骤三、计算上述的大口径物联网水表的累计流量与各个上述的小口径物联网水表的累计流量之和的差值，在上述的大口径物联网水表的累计流量中所占的比例值p，具体将该比例值p的计算描述为如下公式：
15.其中，q为大口径物联网水表的累计流量，mi为小口径物联网水表的累计流量；
16.步骤四、当上述比例值p大于水务管理平台预先设定的比例阈值时，水务管理平台则判定供水管道存在内漏损耗的问题，同时向相关人员发送供水管道内漏损耗的提醒消息。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：
18.1、本发明的一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统，具体包括供水管网，物联网水表，通信网络，抄表中心服务器，水务管理平台，所述供水管网用于从供水端向用水端输送水流，所述物联网水表设置在供水管网上，将包括用水量在内的用水信息通过所述通信网络上传至抄表中心服务器，所述抄表中心服务器上搭载有所述水务管理平台，用于对物联网水表的用水信息进行分析；
19.2、本发明解决了现有技术中的水务管理需要依靠人工完成抄表、计费、收费、催费等的问题，本发明的智慧水务管理系统不仅能够实现自动抄表，对水表进行远程控制，以及线上缴存水费等功能，还能够根据对水表的用水信息的分析处理，对于供水管道内可能发生的异常问题进行及时预警，避免供水问题的发生。
附图说明
20.图1为本发明的一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统的组成结构图；
21.图2为本发明的将物联网水表设置在供水管网上的步骤流程图；
22.图3为本发明的水务管理平台对供水管道的发生浊流的问题进行判断的步骤流程图；
23.图4为本发明的水务管理平台对供水管道的内漏损耗的问题进行判断的步骤流程图。
具体实施方式
24.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
25.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。
26.第一实施例
27.参考如图1所示，本发明提供一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统，该智慧水务管理系统具体包括：供水管网，物联网水表，通信网络，抄表中心服务器，以及水务管理平台，上述的供水管网用于从供水端向用水端输送水流，上述的物联网水表设置在供水管网上，将包括用水量在内的用水信息通过上述的通信网络上传至抄表中心服务器，上述的抄表中心服务器上搭载有上述的水务管理平台，用于对物联网水表的用水信息进行分析。
28.进一步的，上述的物联网水表的功能包括：统计一定时间段内的用水量信息，能够主动上传用水量信息，还能够根据系统下发的请求信息进行用水量信息的上传；在水表的可用水余量为零时，自动控制进行阀门关闭或者通过远程操作来进行阀门关闭，反之，自动控制或者通过远程操作来进行阀门打开；完成用水的预付费管理，当用户进行用水缴费充值后自动根据计费标准对可用水余量进行增加，且当可用水余量不足时自动发送提醒缴费的信息，并能对计费标准进行调整；自动对水表进行掉电检测和防磁干扰，且当水表出现异常情况时将异常信息上传系统；显示截止当前的水表的已用水量，可用水余量，和电池电量。
29.具体的，系统通过对物联网水表下发获取用水量指令的方法来主动获取水表测量到的用水信息，该获取用水量指令中包含了用水时间段信息或用水时间点信息，物联网水表基于用水时间段信息上传供水管道内的累计流量，或者物联网水表基于用水时间点信息上传供水管道内的瞬时流量，该累计流量和该瞬时流量用于上述的水务管理平台对供水管道内可能发生的异常问题进行分析处理，以便对相关人员进行及时预警，物联网水表减少了人力的消耗，不需要抄表员挨家挨户的进行手动抄表，能将用水信息自动上传系统平台，同时物联网水表能自动完成对阀门的控制，还能进行用水的预付费管理，避免用户到现场缴纳水费，除此之外，物联网水表还能将自身的异常情况上报，有利于问题的及时解决。
30.进一步的，上述的水务管理平台的功能包括：完成对物联网水表的智能安装，具体为将水表的唯一编号，安装地址，所属管理区域，和计费标准录入平台进行管理；帮助用户进行线上用水缴费充值，具体为获取用户的微信和支付宝的授权，根据平台中与用户绑定的水表编号完成用水缴费充值，且能够查看用户的用水记录和缴费充值记录；对用户和物联网水表的相关信息进行管理，具体为将用户信息录入平台，并将用户与其使用的水表的
编号进行绑定，与水表进行通信，向水表下发缴费充值指令，开关阀控制指令，设置计费标准指令，和获取用水量指令，还对物联网水表的用水量信息和瞬时流量信息进行分析处理。
31.具体的，在上述的水务管理平台向物联网水表下发缴费充值、开关阀控制、设置计费标准、获取用水量等的指令时，当物联网水表接收到相应的指令后，还向水务管理平台发送确认消息，该确认消息用来表明物联网水表已经收到了来自水务管理平台的指令，如果水务管理平台未收到该确认消息，则水务管理平台默认物联网水表没有接收到其发出的指令，因此水务管理平台将在距离上次指令发出的一段时间后，对相应指令进行重复发送，该方法能够确保物联网水表对于水务管理平台发出的指令的执行，更好的实现对物联网水表的远程控制。
32.进一步的，本发明的智慧水务管理系统中的通信网络包括但不限于窄带物联网(nb-iot),和运营商网络。其中，nb-iot具备以下三大特点，一是广覆盖，其能提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，nb-iot比现有的网络增益20db，相当于提升了100倍覆盖区域的能力，二是具备支撑连接的能力，nb-iot一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、低设备功耗和优化的网络架构，三是更低的功耗，nb-iot终端模块的待机时间可长达10年，由此，nb-iot更适用于物联网水表与抄表中心服务器之间的通信。
33.进一步的，参考如图2所示，为了便于理解水务管理平台对于物联网水表的用水信息的分析处理的过程，将物联网水表安装设置在供水管网上的具体的方法步骤描述如下：
34.步骤一、将供水管网按照其所处地理区域的不同划分到不同的管理区域中，从而实现以管理区域对物联网水表进行安装设置；
35.步骤二、对于每一个管理区域内的供水管网，在主干供水管道节点上安装设置大口径的物联网水表，在主干供水管道节点以下接入的次干供水管道上安装设置小口径的物联网水表；
36.步骤三、上述的大口径的物联网水表对主干供水管道节点的累积流量和瞬时流量进行测量统计，上述的小口径的物联网水表对次干供水管道的累积流量进行测量统计。
37.具体的，在上述的方法步骤中，首先将供水管网按照其所处地理区域的不同划分到了不同的管理区域中，本实施例不对该地理区域的准确范围进行限定，举例如能够以一个居民区作为一个管理区域对供水管网进行管理，接着根据主干供水管道和次干供水管道的管径的不同，分别安装设置不同口径的物联网水表，最后通过安装设置在供水管道上的物联网水表对供水管道内的累计流量和瞬时流量进行测量，用于上述的水务管理平台对供水管道内可能发生的异常问题进行分析处理。
38.进一步的，参考如图3所示，上述的水务管理平台通过如下的方法步骤对物联网水表的用水信息进行分析处理：
39.步骤一、水务管理平台向设置在主干供水管道节点上的大口径物联网水表发送获取用水量指令，来取得该水表所统计的一段时间内的累计流量，以及在该时间段内的一时间点的瞬时流量；
40.步骤二、对于在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道上的小口径物联网水表，水务管理平台分别向其发送获取用水量指令，并分别取得各个水表在相同的时间段内的累计流量；
41.步骤三、对上述次干供水管道在上述时间段内的相同时间点的瞬时流量φ进行预
测计算，将该预测计算的过程描述为如下的公式：
42.其中，s为大口径物联网水表的瞬时流量，q为大口径物联网水表的累计流量，mi为小口径物联网水表的累计流量；
43.步骤四、当上述瞬时流量φ大于水务管理平台预先设定的瞬时流量阈值时，水务管理平台则判定相对应的次干供水管道内存在发生浊流的问题，同时向相关人员发送供水管道内发生浊流的提醒消息。
44.具体的，在上述的分析步骤中，能够基于在一个较短的时间段内的在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道的累积流量之和占其主干供水管道节点的累积流量的比例值，并结合在该时间段内的一时间点下的主干供水管道节点的瞬时流量，对该时间段内的同一时间点下的次干供水管道的瞬时流量进行预测计算，发明人考虑到当供水管道内的瞬时流量过大时，会存在高速的水流将供水管道上的铁锈等杂质进行剥落，也就是会在供水管道内发生浊流，造成水质的降低，因此，此时水务管理平台将供水管道内发生浊流的提醒消息发送给相关人员，以使该问题能够及时得到关注和解决。
45.进一步的，参考如图4所示，上述的水务管理平台还通过如下的方法步骤对物联网水表的用水信息进行分析处理：
46.步骤一、水务管理平台向设置在主干供水管道节点上的大口径物联网水表发送获取用水量指令，来取得该水表所统计的一段时间内的累计流量；
47.步骤二、对于在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道上的小口径物联网水表，水务管理平台分别向其发送获取用水量指令，并分别取得各个水表在相同的时间段内的累计流量；
48.步骤三、计算上述的大口径物联网水表的累计流量与各个上述的小口径物联网水表的累计流量之和的差值，在上述的大口径物联网水表的累计流量中所占的比例值p，具体将该比例值p的计算描述为如下公式：
49.其中，q为大口径物联网水表的累计流量，mi为小口径物联网水表的累计流量；
50.步骤四、当上述比例值p大于水务管理平台预先设定的比例阈值时，水务管理平台则判定供水管道存在内漏损耗的问题，同时向相关人员发送供水管道内漏损耗的提醒消息。
51.具体的，在上述的分析步骤中，通过计算得到在一个时间段内的主干供水管道节点的累积流量与在主干供水管道节点以下接入的各个次干供水管道的累积流量之和的差值占主干供水管道节点的累积流量的比例值，发明人考虑到，该比例值越大，也就意味着供水管道内发生内漏损耗问题的概率越大，因此当该比例值大于某一预先设定的比例阈值时，水务管理平台则向相关人员发送供水管道内可能发生了内漏损耗的提醒消息，进而使相关人员能够对供水管道进行及时的检查和维修，避免供水问题的发生。
52.第二实施例
53.发明人在实践中发现，如第一实施例所述的一种基于物联网数据收集的智慧水务管理系统，存在供水管网中的主干供水管道节点以下接入的某一个次干供水管道上的小口径物联网水表出现故障，而无法对用水量进行统计的问题，针对上述问题，本发明的第二实施例对第一实施例进行改进，第二实施例的技术方案包括了第一实施例的全部技术方案，第二实施例的实施对第一实施例的单独实施不会造成影响。
54.在某一个小口径物联网水表的故障期间，首先系统获取该小口径物联网水表发生故障的前一时刻的比例值1-p，也即各个小口径物联网水表的累计流量之和在大口径物联网水表的累计流量中所占的比例，其中，比例值p的计算过程与第一实施例相同；其次系统通过公式计算得到某一个发生故障的小口径物联网水表在上述故障期间的累计流量m，其中，q为大口径物联网水表在上述故障期间的累计流量，mi为未发生故障的小口径物联网水表在上述故障期间的累计流量；最后系统通过使用第一实施例中的对于次干供水管道的瞬时流量φ进行预测的公式，当瞬时流量φ大于系统预先设定的瞬时流量阈值时，判断出在上述故障期间，次干供水管道内存在发生浊流的问题。
55.综上，第二实施例在某一个次干供水管道上的小口径物联网水表出现故障的期间，仍然能够对该次干供水管道的累计流量进行估计计算，并且还能够对该次干供水管道内是否会发生浊流的情况进行估计判断。
56.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
57.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述的程序可存储于一个非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。
58.以上上述的实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
59.以上上述的实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人
员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
60.以上上述的仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。