城市排污管道监测系统及监测方法

1.本发明涉及物联网智慧城市管理技术领域，具体涉及一种城市排污管道监测系统及监测方法。


背景技术：

2.随着信息技术的不断发展，城市信息化应用水平不断提升，智慧城市建设应运而生。智慧城市要求把新一代信息技术充分运用在城市的各行各业之中的基于知识社会下一代创新(创新2.0)的城市信息化高级形态，实现信息化、工业化与城镇化深度融合，提升城市管理成效和改善市民生活质量。目前井盖监测装置主要是针对马路窨井防损坏、盗窃等问题。
3.现有的一种智能窨井盖，包括防噪防震，而且还具备自动报警功能。智能窨井盖的下方有一个电子标签，一旦井盖被偷偷搬动并产生不小于15度的倾角，便能够及时准确地向城管部门智能管理工作平台发出报警信息，平台收到报警信息后，利用地图定点功能定位井盖所处位置，采取相应措施。上述智能窨井盖匹配的控制系统和操作平台的空间单一，实现的功能简单，面对复杂多变的环境情况给予的反馈单调，而且需要使用专门的传感器进行信息采集，且受标签限制，人工使用成本较高，不利于推广。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种可监测井中液面、温度、特征气体浓度、井盖倾角等多种信息，并上传到云端后台进行存储、分析和处理预警，将预警的井盖位置信息发送给处理设备，以供操作人员参考，及时对排污管道进行处理的城市排污管道监测系统及监测方法，以解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
6.一方面，本发明提供一种城市排污管道监测系统，包括：
7.采集装置，安装在排污管道的井盖的下方，用于采集排污管道中的环境参数信息；其中环境参数信息包括排污管道中液面的高度、排污管道中的温度、排污管道中特征气体的浓度以及排污管道井盖倾角信息；
8.中继器，用于收集汇总所述采集装置采集的排污管道中的环境参数信息，并发送给云端后台；
9.云端后台，用于根据历史液面高度计算液面报警阈值，并与实时采集的液面的高度进行比较，若实时采集的液面的高度超过报警阈值，则发送报警信息以及该井盖的位置信息给处理设备。
10.优选的，所述采集装置包括单片机、电源模块以及与单片机连接的用于检测环境参数信息的传感器。
11.优选的，所述用于检测环境参数信息的传感器包括距离传感器、温度传感器、气敏传感器以及倾角传感器；所述距离传感器检测排污管道中液面的高度，所述温度传感器用
于检测排污管道中的温度，所述气敏传感器用于检测排污管道中特征气体的浓度，所述倾角传感器用于检测井盖的倾角。
12.优选的，所述距离传感器检测排污管道中液面的高度，所述温度传感器用于检测排污管道中的温度，所述气敏传感器用于检测排污管道中特征气体的浓度，所述倾角传感器用于检测井盖的倾角。
13.优选的，所述采集装置采集的环境参数信息通过lora通讯协议发送到所述中继器。
14.优选的，还包括云端数据库，所述云端数据库用于存储采集装置实时采集的环境参数信息，并存储有不同位置的排污管道井盖下液面在不同时刻、不同季度、不同天气下的历史高度数据。
15.优选的，还包括调度平台，所述调度平台将实时采集的环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息发送给对应的处理设备。
16.优选的，还包括智能终端，智能终端用于接收环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息，将操作人员输入的排污管道清淤处理后的状态信息发送给云端后台。
17.优选的，所述中继器采用stm32f103为主控，安装有gprs a9实现数据汇总并上传数据到云端后台。
18.第二方面，本发明提供一种利用如上所述的城市排污管道监测系统的监测方法，包括：
19.采集装置采集排污管道中的环境参数信息；其中环境参数信息包括排污管道中液面的高度、排污管道中的温度、排污管道中特征气体的浓度以及排污管道井盖倾角信息；
20.中继器收集汇总所述采集装置采集的排污管道中的环境参数信息，并发送给云端后台；
21.云端后台根据历史液面高度计算液面报警阈值，并与实时采集的液面的高度进行比较，若实时采集的液面的高度超过报警阈值，则发送报警信息以及该井盖的位置信息给调度平台，调度平台将实时采集的环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息发送给对应的处理设备；
22.智能终端接收环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息，将操作人员输入的排污管道清淤处理后的状态信息发送给云端后台。
23.本发明有益效果：结合不同季节、不同天气、不同时刻的以往水位大数据信息，进行报警阈值的动态更新，实现了动态自适应报警；报警信息以及对应的排污管道的井盖的位置信息会下发到相应的处理设备上，操作人员根据处理设备上的信息，对相应的排污管道进行清理；根据大数据情况，自动调整数据发送频率，降低功耗，增加产品的使用时间；采集终端装置将电池，天线完全封闭，防水抗腐蚀；增加了可携带终端数量，减小了安装中继器硬件成本以及入网费用。
24.本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用
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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例所述的城市排污管道监测方法流程图。
具体实施方式
27.下面详细叙述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
28.本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
29.还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
30.本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组。
31.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
32.在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.在本说明书的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
34.除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.为便于理解本发明，下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步解释说明，且具体实施例并不构成对本发明实施例的限定。
36.本领域技术人员应该理解，附图只是实施例的示意图，附图中的部件并不一定是实施本发明所必须的。
37.实施例1
38.本实施例1中，提供了一种城市排污管道监测系统，包括：
39.采集装置，安装在排污管道的井盖的下方，用于采集排污管道中的环境参数信息；其中环境参数信息包括排污管道中液面的高度、排污管道中的温度、排污管道中特征气体的浓度以及排污管道井盖倾角信息；
40.中继器，用于收集汇总所述采集装置采集的排污管道中的环境参数信息，并发送给云端后台；
41.云端后台，用于根据历史液面高度计算液面报警阈值，并与实时采集的液面的高度进行比较，若实时采集的液面的高度超过报警阈值，则发送报警信息以及该井盖的位置信息给处理设备。
42.所述采集装置包括单片机、电源模块以及与单片机连接的用于检测环境参数信息的传感器。
43.所述用于检测环境参数信息的传感器包括距离传感器、温度传感器、气敏传感器以及倾角传感器；所述距离传感器检测排污管道中液面的高度，所述温度传感器用于检测排污管道中的温度，所述气敏传感器用于检测排污管道中特征气体的浓度，所述倾角传感器用于检测井盖的倾角。
44.所述采集装置采集的环境参数信息通过lora通讯协议发送到所述中继器。
45.在本实施例1中，所述城市排污管道监测系统还包括云端数据库，所述云端数据库用于存储采集装置实时采集的环境参数信息，并存储有不同位置的排污管道井盖下液面在不同时刻、不同季度、不同天气下的历史高度数据。
46.在本实施例1中，所述城市排污管道监测系统还包括调度平台，所述调度平台将实时采集的环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息发送给对应的处理设备。
47.在本实施例1中，所述城市排污管道监测系统还包括智能终端，智能终端用于接收环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息，将操作人员输入的排污管道清淤处理后的状态信息发送给云端后台。
48.在本实施例1中，所述中继器采用stm32f103为主控，安装有gprsa9实现数据汇总并上传数据到云端后台。
49.在本实施例1中，利用如上所述的城市排污管道监测系统的监测方法，包括：
50.采集装置采集排污管道中的环境参数信息；其中环境参数信息包括排污管道中液面的高度、排污管道中的温度、排污管道中特征气体的浓度以及排污管道井盖倾角信息；
51.中继器收集汇总所述采集装置采集的排污管道中的环境参数信息，并发送给云端后台；
52.云端后台根据历史液面高度计算液面报警阈值，并与实时采集的液面的高度进行比较，若实时采集的液面的高度超过报警阈值，则发送报警信息以及该井盖的位置信息给调度平台，调度平台将实时采集的环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息发送给对应的处理设备；如清淤车，操作人员根据清淤车接收到的信息，到达对应的井盖，进行排污管道清淤处理。
53.智能终端接收环境参数信息、报警信息以及井盖位置信息，将操作人员输入的排污管道清淤处理后的状态信息发送给云端后台。
54.实施例2
55.如图1所示，本发明实施例2提供的一种排污管道智慧井盖预警监测系统及方法，将具有测距、预警、温感、气敏、倾角等多功能传感器安于井盖下方(也可以根据不同需求放置一个或者多个不同的传感器)，用来监测井中液面、温度、特征气体浓度、井盖倾角等信息。
56.收集的信息将由lora通讯协议发送到附近的中继器。中继器实现终端数据汇总，将数据上传到云端后台。云端是由自主开发的阿里云云端，存储并分析和处理预警数据。
57.云服务器不断计算更新每个终端的最佳报警阈值并与最新的数据比较，实时产生报警信息，并将报警的下水井位置发送到该下水井所属的清淤车上，及时进行处理。由此构成闭环的城市下水井水位实时报警及处理的系统。
58.在本实施例2中，污管道智慧井盖预警监测系统的采集终端装置中，包括：
59.主控板，所述主控板上安装有距离，温感，气敏，倾角等传感器，监测井中液面，温度，特征气体浓度，井盖倾角等信息，由lorawan协议发送到附近的中继器。
60.在本实施例2中，采集终端装置采用msp430主控，电源模块采用锂电池(3000ma)。
61.在本实施例2中，还包括至少一个可传输信息的中继器，中继器采用stm32f103为主控，由太阳能板与锂电池交替供电。安装有gprsa9，实现了采集终端数据的汇总，并上传数据到云端后台。
62.在本实施例2中，还包括统一调度指挥平台(即调度平台)，包含统一的大数据中心，协同指挥平台，云计算基础设施，以及一套运行管理标准。用户通过云平台，可了解所有设备的实时监控状态、位置及报警管理，同时可进行井盖巡检、派工维护等功能。
63.手机app/微信端/短信平台(作为智能终端)，用户在app上可实现井盖状态查询，警报信息接收，巡检人员签到，异常情况图文上报等。
64.所述云端后台的云服务器功能包括：
65.不断计算更新每个终端的最佳报警阈值并与最新的数据比较，实时产生报警信息；把报警的下水井位置发送到该下水井所属的清淤车上，及时进行处理。
66.将智能井盖传感器安装于城市井盖底部，采用mps430主控，自备锂电池。安装有距离，温感，气敏，倾角，等传感器，监测井中液面，温度，特征气体浓度，井盖倾角等信息，由lorawan协议发送到附近的中继器。lora可覆盖直接两米范围的地区，通信稳定性，穿透能力较强，能较好地满足需求，且lora成本较低相较4g、5g极大的降低了入网费用，减少了成本。
67.本实施例2所述智能终端具有对城市下水井及化粪池液面高度监测，环境温度检测，易燃气体浓度检测，井盖倾角程度采集等功能。利用lora物联网技术，由智能终端将采集的数据发送给附近的中继站网关，由此将数据上传至云服务端。运行在云服务器上的程序参考历史数据给出最佳报警阈值。当水位超过阈值时，发出报警，将信息传递给调度平台。云端将报警处位置信息下传给该下水井所属的清淤车，及时清理。由此构成闭环的城市下水井水位实时报警及处理的系统。
68.综上所述，本发明实施例所述的城市排污管道监测系统及监测方法，实现了动态自适应报警，由于城市水道到位倾斜，致使不同下水井液面高度多不尽相同，且同一下水井不同季节的合理水位也不尽相同，日流量不同，这要求下水井的报警阈值是动态变化的，云
端根据每个水井日流量进行大数据分析下每个水井在不同时刻的，按不同季度，不同天气，不同地理位置所上传的过往数据，计算出每个下水井此刻的最佳阈值，并与当前实际液位比较，实现实时报警。具有一定的智能化，报警信息会立刻下传到该报警下水井所属的清淤车上，尽快清理。实现每一个观测点动态自适应报警设置，实现了自动调整，低功耗，根据大数据情况，自动调整数据发送频率，降低功耗，增加产品的使用时间。
69.终端采用lora-e32 433t30d低功耗远距离模块，实现数据超低功率发送，进一步的降低了数据交换的带能量花费。采用业内最低功耗 mps430为主控芯片，其主板电源控制主系统中添加一个管理系统，控制整个系统，使得待机功耗远小于各种认证机构所要求的指标。低功耗待机模块系统的唤醒源是由定时器唤醒，执行测量发送工作，再进入待机状态。采集终端装置将电池，天线完全封闭，防水抗腐蚀，减小了安装中继器硬件成本以及入网费用。
70.以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
71.上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域技术人员在不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形，都应涵盖在本发明的保护范围之内。