一种基于数据采集定位分析的节水节能系统及方法与流程

1.本发明属于数据分析与调度技术领域，尤其涉及一种基于数据采集定位分析的节水节能系统及方法。


背景技术：

2.随着物联网技术（iot）、远程终端单元（rtu）以及边缘计算（ec）技术的普及，在多点分布式用水环境中实现单节点针对性的精密控制调节成为可能。多点分布式用水环境不同于原有的所有节点统一调度用水的粗犷式控制，而是针对每一个用水节点执行单独的控制和调节策略。
3.多节点分布式用水环境的用水节点通常是需要执行用水精密控制的对象，例如培育珍稀植物、例如稀有花卉的大型温室，在这些大型温室中，通常布置有多个相对独立的稀有花卉培育池。不同于传统植物的粗放式浇水，在这种精密控制场景中，每个培育池均为一个用水节点，每个用水节点均设置有单独的用水控制器，用于精确控制该用水节点的水压、流速、每次用水的开始时间点、每次用水的结束时间点。由于稀有花卉的特殊性质，需要在不同的时间段给予不同的水压或者流速，并且需要控制用水时长。当水压或者流速发生异常时，不仅会影响稀有花卉的正常培育进程，无法得到预期的培育效果，也无法进行对应的科研参数获取或者研究，同时还会增加无谓的水量消耗；此外，用水节点通常还会按照比例兑入相应的微量元素，如果水压或者流速发生异常也会导致较大的元素无谓消耗。
4.所述分布式多点用水环境还可以是精密工件的水压水洗环境。在这种环境下，将水基清洗剂按照比例兑蒸馏水形成的“水洗剂”，用于精密制造业中的工业清洗过程。在这些场合中，由于不同精密工件本身的参数不同，也需要针对每一个精密工件的水洗剂的出水水压、出水流速以及每次出水持续时间进行精密控制；当出现异常时，则需要及时识别出异常并予以精确步长的逐步调度，不能使得用水参数产生剧烈变动，以免损坏精密工艺件，否则，不仅浪费水基清洗剂与用水量，同时还提升了工业能耗。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提出一种基于数据采集定位分析的节水节能系统及方法。
6.在本发明的第一个方面，提供一种基于数据采集定位分析的节水节能方法，所述方法包括步骤s1-s4，各个步骤具体执行如下：s1：基于多个目标用水位置的历史用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值；s2：当到达所述调度时间段时，按照预设周期采集多个目标用水位置的实时用水数据；s3：当所述预设周期内的实时用水数据满足调度条件时，生成调度策略；s4：基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制
参数进行调整；其中，所述调度策略包括基于所述调度比值确定所述用水控制参数；所述历史用水数据包括用水开始时间点、用水结束时间点以及用水流速；所述实时用水数据包括用水水压、用水流速；所述用水控制参数包括水压控制参数、流速控制参数之一或者其任意组合。
7.作为进一步的改进，为实现用水精密控制，首先需要精密的确定用水调度时间段。在本发明中，通过分析过去时间段的实际历史用水数据来确定最新的调度时间段。
8.具体的，确定d个历史统计日与n个目标用水位置；可以理解，d是从当前时间节点往后推移d天，由于当前时间节点不断更新，因此，对应的d个历史统计日也是不断更新的，即本发明采用的历史统计区段永远是最新的d个历史日，以确保跟随最新的用水数据。
9.采集目标用水位置在历史统计日的历史用水数据集合；；其中，为每次的用水开始时间点，与对应于用水开始时间点的用水结束时间点；为用水时间段的用水流速； 基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值。
10.在此基础上，当到达所述调度时间段时，按照预设周期采集多个目标用水位置的实时用水数据；具体的，所述实时用水数据包括用水水压、用水流速；当在所述预设周期内针对目标用水位置采集的用水水压值或者用水流速值持续低于第一预设值或者持续高于第二预设值时，所述预设周期内的实时用水数据即满足调度条件，需要生成针对目标用水位置在当前调度时间段的调度策略。
11.此时，基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制参数进行调整，具体包括：基于目标用水位置在当前调度时间段对应的调度比值，逐步调整目标用水位置的水压或者流速。
12.具体的，若目标用水位置采集的用水水压值或者用水流速值持续低于第一预设值，则按照下述步长递增的方式精密逐步增加用水水压值
或者用水流速值，直到用水水压值或者用水流速值超过第一预设值：其中，、分别为在、基础上进行一次步长递增调整后的用水水压值、用水流速值。
13.为实现上述方法，在本发明的第二个方面，提供一种基于数据采集定位分析的节水节能系统，所述系统包括中央控制器与分布于多个目标用水位置的水压传感器、流速传感器以及计时器；所述水压传感器、流速传感器以及计时器与所述中央控制器通信；所述中央控制器还包括对应于所述多个目标用水位置的目标存储单元；所述流速传感器采集所述目标用水位置的用水流速，所述水压传感器用于采集所述目标用水位置的用水水压；当所述用水流速大于预设流速值时，启动所述计时器；当所述用水流速低于预设流速值时，关闭所述计时器；将所述计时器启动和关闭的时间节点以及所述用水流速发送至所述目标存储单元；所述中央控制器基于所述目标存储单元存储的用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值；当到达所述调度时间段时，所述水压传感器、流速传感器按照预设周期采集多个目标用水位置的实时用水数据并发送至所述中央控制器；当所述预设周期内的实时用水数据满足调度条件时，所述中央控制器生成调度策略并基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制参数进行调整。
14.具体的，所述调度策略包括基于所述调度比值确定所述用水控制参数后，逐步调整目标用水位置的水压和/或流速。
15.作为进一步的改进，所述中央控制器基于所述目标存储单元存储的用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值，具体包括：确定d个历史统计日与n个目标用水位置采集目标用水位置在历史统计日的历史用水数据集合；；其中，为每次的用水开始时间点，与对应于用水开始时间点的用水结束时间点；为用水时间段的用水流速；
基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值。
16.作为进一步的精密算法实现，基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值，具体包括：合并历史用水数据集合中符合合并条件的相邻元素，得到合并后的集合：其中，为合并后的用水开始时间点，与对应于合并后的用水开始时间点的合并用水结束时间点；为用水时间段的合并后的用水流速；确定目标用水位置在历史统计日的候选调度时间段：；基于候选时间段确定目标用水位置的调度时间段如下：，其中表示求交集；调度时间段对应的调度比值如下：；其中，表示集合，包含的元素个数；。
17.可以理解，在实际执行中，用水时长是基于每个调度时间段确定的，当每个调度时间段的“水压”、“流速”均得到精确控制时，在该调度时间段内就实现了用水的精密控制，即包括用水时长的精密控制。
18.本发明的技术方案，是基于多个目标用水位置的最新历史用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值，能够及时跟随最新的实时的客观用水数据规律，从而确定调度时间段，并且不同目标用水位置的调度时间段对应不同的调度比值，以用于后续的用水调节控制，使得调度控制本身具有针对性的节能节水效
果；同时，执行本发明时，只有到达调度时间段时才开启数据采集进程，避免了现场多传感器组合的全周期无差别工作，降低了能耗；最后，本发明的调度策略为按照调度比例确定的步长逐步控制用水参数，而不是一步到位，避免了用水参数的短时剧烈变化，实现了精密场合的用水精密控制与工业降耗。
19.本发明的更多实施例和改进效果将结合附图和具体实施例进一步介绍。
附图说明
20.图1是本发明一个实施例的一种基于数据采集定位分析的节水节能方法的步骤流程示意图；图2是图1所述一种基于数据采集定位分析的节水节能方法确定调度时间段和调度比值值的优选实施例流程图；图3是本发明一个实施例的一种基于数据采集定位分析的节水节能系统的组成示意图；图4是本发明一种基于数据采集定位分析的节水节能系统的精密水管控制网络的布局示意图。
具体实施方式
21.下面，结合附图以及具体实施方式，对发明做出进一步的描述。
22.图1是本发明一个实施例的一种基于数据采集定位分析的节水节能方法的步骤流程示意图；图1所述方法可以由单个服务器、服务器集群、终端设备、虚拟机、容器等硬件设备或者虚拟化设备执行。
23.图1所述方法主要应用于分布式多点用水环境下的精密用水调节控制。
24.作为一个具体的例子，所述分布式多点用水环境可以是培育珍稀植物、例如稀有花卉的大型温室，在这些大型温室中，通常布置有多个相对独立的稀有花卉培育池，针对每个花卉培育池将进行精密的用水参数控制，以观察不同时间节点的培育效果，进行相应的科研参数获取或者后续的科研工作。
25.为此，不同于传统植物的粗放式浇水，在这种精密控制场景中，每个培育池均为一个用水节点（后续实施例称之为“目标用水位置”），每个用水节点均设置有单独的用水控制器，用于精确控制该用水节点的水压、流速、每次用水的开始时间点、每次用水的结束时间点。
26.由于稀有花卉的特殊性质，需要在不同的时间段给予不同的水压或者流速，并且需要控制用水时长。当水压或者流速发生异常时，将会影响稀有花卉的正常培育进程，无法得到预期的培育效果，也无法进行对应的科研参数获取或者研究，还会造成无谓的水量与微量元素消耗。
27.作为另一个具体的例子，所述分布式多点用水环境还可以是精密工件的水压冲洗环境。在这种环境下，本发明的各种实施例的“用水”应当理解为对应“水洗剂”，例如，将水基清洗剂按照比例兑蒸馏水形成的“水洗剂”，用于精密制造业中的工业清洗过程。
28.在这些场合中，由于不同精密工件本身的参数不同，也需要针对每一个精密工件
的水洗剂的出水水压、出水流速以及每次出水持续时间（每次用水的开始时间点、每次用水的结束时间点）进行精密控制；当出现异常时，则需要及时识别出异常并予以精确步长的逐步调度，不能使得用水参数产生剧烈变动，以免损坏精密工艺件，否则不仅浪费水基清洗剂与用水量，同时还提升了工业能耗。
29.因此，本发明提出了对应的技术方案，本发明改进的重点至少包括如何精确确定不同目标用水位置的对应调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值；以及在达到调度条件时确定用水调度策略，从而实现节水节能。
30.作为精密控制的具体实施例，在下面的实施例中，假设存在n个目标用水位置；图1所述方法包括步骤s1-s4，各个步骤具体实现如下：s1：基于多个目标用水位置的历史用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值；作为一个具体的例子，所述历史用水数据为用水开始时间点、用水结束时间点以及用水流速；s2：当到达所述调度时间段时，按照预设周期采集多个目标用水位置的实时用水数据；作为一个具体的例子，所述实时用水数据为用水水压、用水流速之一或者其组合；s3：当所述预设周期内的实时用水数据满足调度条件时，生成调度策略；作为一个具体的例子，当在所述预设周期内针对目标用水位置采集的用水水压值或者用水流速值持续低于第一预设值或者持续高于第二预设值时，生成针对目标用水位置在当前调度时间段的调度策略。
31.显然，在该实施例中，只有到达调度时间段时才开启数据采集进程，避免了现场多传感器组合的全周期无差别工作，降低了能耗；作为一个具体的例子，所述调度策略包括基于所述调度比值确定用水控制参数；所述用水控制参数包括水压控制参数、流速控制参数之一或者其任意组合。
32.s4：基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制参数进行调整。
33.具体的，作为该实施例进一步的改进，所述调度策略包括基于所述调度比值确定所述用水控制参数后，逐步调整目标用水位置的水压和/或流速。
34.基于目标用水位置在当前调度时间段对应的调度比值，逐步调整目标用水位置的水压或者流速。
35.在一个方面，若目标用水位置采集的用水水压值或者用水流速值在第一预设周期内（例如10s内）持续低于第一预设值，则按照下述步长递增的方式精密逐步增加用水水压值或者用水流速值，直到用水水压值
或者用水流速值超过第一预设值：其中，、分别为在、基础上进行一次步长递增调整后的用水水压值、用水流速值。
36.在另一个方面，若目标用水位置采集的用水水压值或者用水流速值在第二预设周期内（例如5s内）持续大于第二预设值，则按照下述步长递增的方式精密逐步降低用水水压值或者用水流速值，直到用水水压值或者用水流速值低于第二预设值：其中，、分别为在、基础上进行一次步长递减调整后的用水水压值、用水流速值。
37.显然，在该实施例中，调度策略为按照调度比例确定的步长逐步控制用水参数，而不是一步到位，避免了用水参数的短时剧烈变化，实现了精密场合的用水精密控制。
38.可以理解，在实际执行中，用水时长是基于每个调度时间段确定的，当每个调度时间段的“水压”、“流速”均得到精确控制时，在该调度时间段内就实现了用水的精密控制，即包括用水时长的精密控制。
39.执行图1精密控制过程的基础为要求准确确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值。
40.为此，参见图2，图2是图1所述一种基于数据采集定位分析的节水节能方法确定调度时间段和调度比值值的优选实施例流程图。
41.为实现用水精密控制，首先需要精密的确定用水调度时间段。图2中，通过分析过去时间段的实际历史用水数据来确定最新的调度时间段。
42.具体的，确定d个历史统计日与n个目标用水位置可以理解，d是从当前时间节点往后推移d天，由于当前时间节点不断更新，因此，对应的d个历史统计日也是不断更新的，即本发明采用的历史统计区段永远是最新的d个历史日，以确保跟随最新的用水数据。
43.采集目标用水位置在历史统计日的历史用水数据集合；
；其中，为每次的用水开始时间点，与对应于用水开始时间点的用水结束时间点；为用水时间段的用水流速；基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值。
44.更具体的，基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值，具体包括：合并历史用水数据集合中符合合并条件的相邻元素，得到合并后的集合：其中，为合并后的用水开始时间点，与对应于合并后的用水开始时间点的合并用水结束时间点；为用水时间段的合并后的用水流速；确定目标用水位置在历史统计日的候选调度时间段：基于候选时间段确定目标用水位置的调度时间段如下：，其中表示求交集；调度时间段对应的调度比值如下：其中,表示集合包含的元素个数；。
45.可以看到，上述调度比值的确定，不仅考虑单个时间区间（调度时间段），还考虑同一个目标用水位置的整体用水时间区间，同时，还考虑了单个时间段的用水流速与事件区间长度的乘积的加权平均，从而综合考虑了全部可能的影响因素得出该比例值，可以理解，。
46.上述比例值的确定，经过多次历史数据拟合以及实际测试数据验证，符合实际情况。
47.作为优选，在上述实施例中，需要进行部分集合元素的合并过程，其中，合并历史用水数据集合中符合合并条件的相邻元素，得到合并后的集合，具体包括：针对集合，当时，合并与为；其中为预设的合并时间阈值；重复执行上述合并步骤，直到不存在可以合并的元素，得到合并后的集合。
48.此种改进，能够极大的减少后续求取集合交集的计算量，进一步提高了方法执行的速度和效率。
49.为实现图1或图2所述的方法，参见图3，图3是本发明一个实施例的一种基于数据采集定位分析的节水节能系统的组成示意图。
50.在图3中，所述系统包括中央控制器与分布于多个目标用水位置的水压传感器、流速传感器以及计时器，所述水压传感器、流速传感器以及计时器与所述中央控制器通信；所述中央控制器还包括对应于所述多个目标用水位置的目标存储单元。
51.在图3中，作为具体的实施例，每个目标用水位置的水压传感器、流速传感器以及计时器为集成组合传感器，共同集成于rtu。
52.在采用中央集中控制器或者远程服务器控制的场合，通常采用远程终端单元( remote terminal unit，rtu)布置于实际用水现场的各个目标位置节点。
53.远程终端单元( remote terminal unit，rtu)，是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端检测仪表和执行机构与远程调控中心（服务器、中央控制器）的主计算机连接起来，具有远程数据采集、控制和通信功能，能接收服务器、中央控制器的主计算机的操作指令，控制末端的执行机构动作。
54.作为优选，所述rtu具有本地边缘计算能力，用于对采集的数据进行预处理后发送至所述中央集中控制器或者远程服务器。
55.在图3的实施例中，至少n个rtu布置于n个目标用水位置，每个rtu集成有水压传感器、流速传感器以及计时器。
56.所述流速传感器采集所述目标用水位置的用水流速，所述水压传感器用于采集所述目标用水位置的用水水压；
当所述用水流速大于预设流速值时，启动所述计时器；当所述用水流速低于预设流速值时，关闭所述计时器；将所述计时器启动和关闭的时间节点以及所述用水流速发送至所述目标存储单元；所述中央控制器基于所述目标存储单元存储的用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值；当到达所述调度时间段时，启动对应目标位置的rtu，将所述水压传感器、流速传感器按照预设周期采集多个目标用水位置的实时用水数据并发送至所述中央控制器；显然，在该实施例中，只有到达调度时间段时才开启数据采集进程，避免了现场多传感器组合的全周期无差别工作，降低了能耗；当所述预设周期内的实时用水数据满足调度条件时，所述中央控制器生成调度策略并基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制参数进行调整。
57.所述调度策略包括基于所述调度比值确定所述用水控制参数后，逐步调整目标用水位置的水压和/或流速。
58.具体的，所述中央控制器基于所述目标存储单元存储的用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值，具体包括：确定d个历史统计日与n个目标用水位置；采集目标用水位置在历史统计日的历史用水数据集合；；其中，为每次的用水开始时间点，与对应于用水开始时间点的用水结束时间点；为用水时间段的用水流速；基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值。
59.基于所述历史用水数据集合，确定目标用水位置的调度时间段与对应的调度比值，具体包括：合并历史用水数据集合中符合合并条件的相邻元素，得到合并后的集合：其中，为合并后的用水开始时间点，与对应于合并后的用水开始时间点的
合并用水结束时间点；为用水时间段的合并后的用水流速；确定目标用水位置在历史统计日的候选调度时间段：基于候选时间段确定目标用水位置的调度时间段如下：，其中表示求交集；调度时间段对应的调度比值如下：其中，表示集合包含的元素个数；。
60.作为优选，在上述实施例中，需要进行部分集合元素的合并过程，其中，合并历史用水数据集合中符合合并条件的相邻元素，得到合并后的集合，具体包括：针对集合，当时，合并与为；其中t为预设的合并时间阈值；重复执行上述合并步骤，直到不存在可以合并的元素，得到合并后的集合。
61.此种改进，能够极大的减少后续求取集合交集的计算量，进一步降低服务器（中央控制器）的性能消耗。
62.图4示出了本发明一种基于数据采集定位分析的节水节能系统的精密水管控制网络的布局示意图。
63.在图4中，示出多个目标用水位置，每个目标用水位置均配置rtu，该目标用水位置的rtu在到达自身的调度时间段后启动组合传感器（水压传感器、流速传感器以及计时器）采集自身的实时用水数据，发送至自身专用的目标存储单元；中央控制器按照预设周期分析每个目标位置专用的目标存储单元中的存储的用水数据，当所述预设周期内的实时用水数据满足调度条件时，所述中央控制器生成调度策略并基于所述调度策略对实时用水数据满足调度条件的目标用水位置的用水控制参数进行调整。
64.可以连接，针对背景技术提及的“需要控制用水时长”、
“ꢀ
每次出水持续时间进行
精密控制”，具体到本发明的各个实施例在实际执行中，用水时长是基于每个调度时间段确定的，当每个调度时间段的“水压”、“流速”均得到精确控制时，在该调度时间段内就实现了用水的精密控制，包括用水时长的精密控制。
65.综合上述实施例可以看到，本发明相对于现有技术，至少具备如下改进效果：（1）基于多个目标用水位置的最新历史用水数据，确定目标用水位置的多个调度时间段以及每个调度时间段对应的调度比值，能够及时跟随最新的实时的客观用水数据规律，从而确定调度时间段，避免人为主观因素的影响，实现了全流程的客观节水节能控制；（2）不同目标用水位置的调度时间段对应不同的调度比值，以用于后续的用水调节控制，使得调度控制本身具有针对性和精密性，而不是简单的多节点统一控制或者调节，实现了精密控制的节水节能；（3）只有到达调度时间段时才开启数据采集进程，避免了现场多传感器组合的全周期无差别工作，降低了能耗；（4）调度策略为按照调度比例确定的步长逐步控制用水参数，而不是一步到位，避免了用水参数的短时剧烈变化，实现了精密场合的用水精密控制以及降低了工业能耗。
66.当然，可以理解，本发明的各个实施例可以单独实现其中一个效果，本发明的多个实施例组合可以实现上述所有效果，但是并不要求本发明的每一个实施例都实现上述所有优点和效果，因为本发明的各个实施例都能构成单独的技术方案并对现有技术作出一个或者多个贡献。
67.本发明未特别明确的部分模块结构，以现有技术记载的内容为准。本发明在前述背景技术部分以及具体实施例部分提及的现有技术可作为本发明的一部分，用于理解部分技术特征或者参数的含义。本发明的保护范围以权利要求实际记载的内容为准。