基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法及系统与流程

1.本发明涉及城市供水数据收集检测技术领域，具体为基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法及系统。


背景技术：

2.智慧城市起源于传媒领域，是指利用各种信息技术或创新概念，将城市的系统和服务打通、集成，以提升资源运用的效率，优化城市管理和服务，以及改善市民生活质量；智慧城市是把新一代信息技术充分运用在城市中各行各业基于知识社会下一代创新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，城市供水系统与智慧城市紧密结合，是通过信息化的手段建立城市智慧供水管理平台；以数据统一接入、管理、联动为核心、以门户管理为纽带实现多系统间联动，通过建立标准体系和构建安全保障体系为框架；将基础感知体系、数据接入平台、结合硬件解决方案及业务应用系统进行整合。
3.实现智慧城市的前提,要对城市多方面的信息收集形成大数据,进而对数据进行处理分析；供水系统是城市建设的重要基础设施,充分掌握城市在各节点、时间段的用水量数据,是实现智慧化供水的前提；现有技术中,不能全面的对城市供水数据进行全面获取，因城市管路内用水情况存在波动、不稳定的问题，而市场上供水大数据的收集检测没有直接在城市供水节点的水表上进行基础数据的获取，无法对城市管路内供水情况的详细掌握,传统城市供水数据采集传输过程中没有对数据进行加密处理，城市供水数据容易被随意获取，随着信息化技术的发展，城市供水数据已经成为国家机密的一部分，尤其采集的老百姓和单位的用水大数据，可以分析出很多有价值的国家机密信息，信息泄露容易产生不可估量的危害；传统用于供水数据采集的智能水表结构较为简单，不具有自发电的能力，水表结构需要定期的更换电池较为不便，水表内集成有较多的电子元件存在难散热的问题；因此在以上基础上提出基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法及系统是很有意义的。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测系统，包括城市供水主管、智能水表、城市供水大数据云计算平台和水表用户终端，
6.所述城市供水主管，用于城市内各用户的全面供水，在所述城市供水主管各个用户节点的管路上安装智能水表；
7.所述安装智能水表包括供水数据采集模块、多模卫星定位模块、时序同步模块和数据加密模块；
8.所述供水数据采集模块用于水表采集城市管路上各户节点的供水数据；
9.所述多模卫星定位模块用于各户节点上所述智能水表的定位，包括gps定位单元、北斗定位单元和qzss定位单元，使所述智能水表能通过多种卫星定位模式进行定位；
10.所述时序同步模块用于上述采集数据和时序轨迹的绑定；
11.所述数据加密模块用于对上述采集的各户节点供水数据进行加密处理，并对所述加密后的供水数据进行管理上传；
12.所述城市供水大数据云计算平台包括城市供水运行实时记录模块、水网异常时序分析模块和数据库；
13.所述城市供水运行实时记录模块包括数据解密单元、水表数据采集单元和水网水表节点地图生成单元；
14.所述数据解密单元用于解密获取的所述各户节点供水的加密数据；
15.所述水表数据采集单元用于计算平台对解密后各户节点供水数据的采集；
16.所述水网水表节点地图生成单元用于根据所述各户节点供水数据生成城市供水数据节点动态地图；
17.所述水网异常时序分析模块用于基于时序和供水水质异常大数据关联分析；
18.所述数据库包括城市供水数据库、加密算法数据库和水质异常事件反馈数据库，所述城市供水数据库用于采集城市供水大数据的存储，所述加密算法数据库用于国密加密算法数据的存储，所述水质异常事件反馈数据库用于水质异常事件反馈大数据的存储；
19.所述水表用户终端包括水表显示数据远程获取模块和水网水质反馈模块，所述水表显示数据远程获取模块用于城市用户远程获取所述智能水表检测供水大数据，所述水网水质反馈模块用于城市用户对水质异常事件的反馈备案。
20.根据上述技术方案，所述供水数据采集模块包括用水计量单元、水压监测单元、水质监控单元和环境监控单元；用于所述智能水表对用户节点处供水压力、水质的检测，并对用户用水量进行检测，对所述智能水表处周围环境的视频监测，用于对水质异常事件问题的获取。
21.根据上述技术方案，所述数据加密模块包括算法调用单元、加密运算单元和数据输出单元；
22.所述算法调用单元用于在加密算法数据库内进行加密算法的调用；
23.所述加密运算单元用于将采集的供水数据带入到调用的加密算法内进行运算加密；
24.所述数据输出单元用于对加密后供水数据的上传，将数据输出上传到城市供水大数据云计算平台内。
25.根据上述技术方案，所述加密算法数据库的内部存储有对称加密算法、椭圆曲线非对称加密算法和杂凑算法。
26.根据上述技术方案，所述智能水表的两端外壁上贯通连接有进水管和出水管，所述智能水表的一侧外壁上设置有电控盒，所述电控盒的底部内壁上安装有cpu和蓄电池，所述出水管的中部内壁上设置有发电散热组件，所述发电散热组件包括固定在所述出水管内壁上的条块，所述条块的中部转动连接有连接轴，所述连接轴一端外壁上固定有叶轮，所述连接轴另一端外壁上固定有第一锥齿轮，所述出水管的底部外壁上固定有涡轮，所述涡轮的转轴一端连接有传动轴，所述传动轴贯穿于出水管内部一端连接有第二锥齿轮，所述涡
轮的吸气端连接有吸气管，所述涡轮的输气端连接有输气管，所述输气管的一端贯穿于电控盒的内部，所述涡轮的底部外壁上安装有发电机，所述发电机和涡轮之间同轴连接。
27.根据上述技术方案，所述发电机的电输出端与蓄电池的电输入端电性连接。
28.根据上述技术方案，所述智能水表的顶部外壁上镶嵌有显示屏，所述吸气管的端部设置有联动屏幕吸尘组件，所述联动屏幕吸尘组件包括套装设置在所述显示屏外部的环形圈，所述环形圈的内壁上分布贯通开设有吸尘孔，所述环形圈的一侧外壁上贯通连接有吸尘管，所述吸尘管的一端贯通连接有顶盖，所述顶盖的底端内壁上螺合连接有集尘罐，所述吸气管贯穿于顶盖外部一端的外壁上分布贯通开设有进气孔，且进气孔的外壁上设置有滤网。
29.根据上述技术方案，所述电控盒的顶部外壁上镶嵌安装有摄像头，所述电控盒的外壁上分布开设有通风口。
30.基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法，包括以下步骤，步骤一，城市供水大数据收集系统搭建；步骤二，供水数据的采集获取；步骤三，数据加密传输；步骤四，水质异常事件反馈获取；步骤五，水网异常时序分析；步骤六，城市供水数据的远程读取，
31.其中上述步骤一中，在城市供水系统用户节点的管路上安装智能水表，国家供水管理部门架设搭建城市供水大数据云计算平台，城市智能水表用户使用水表用户终端，水表用户终端可以为手机、电脑、ipad中的一种或多种；
32.其中上述步骤二中，在上述城市供水大数据收集系统搭建后运行中，通过智能水表进行城市供水节点位置信息、节点处供水压力、水质数据的采集，并对用户用水量进行检测；
33.其中上述步骤三中，在智能水表对供水大数据采集后，在加密算法数据库内进行加密算法的调用，加密算法包括了对称加密算法，椭圆曲线非对称加密算法，杂凑算法，具体包括sm1,sm2,sm3等，智能水表调用sm2椭圆曲线非对称加密算法,运行加密过程中，供水大数据配合sm2椭圆曲线非对称加密算法，进行曲线运算和模运算进行加密运算，得到加密数据，加密后的数据通过数据传输模块上传传输到城市供水大数据云计算平台内，加密数据采集存储在城市供水数据库内，后期数据调动过程中加密数据通过数据解密单元进行解密，不影响数据直观的读取；
34.其中上述步骤四中，在城市供水系统用户节点上出现水质异常事件时，用户通过水表用户终端进行水质异常事件的编辑反馈，传输到水质异常事件反馈数据库内，通过摄像头结构进行水表处周围环境的视频监测，对水质异常事件的获取；
35.其中上述步骤五中，对上述采集的水质异常事件和对应的供水数据进行挖掘分析；
36.其中上述步骤六中，用户通过水表用户终端能在城市供水大数据云计算平台的数据库内进行水表采集数据的远程获取。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
38.(1)通过智能水表进行城市供水管道各个用户支管上供水数据的全面采集，供水数据采集过程中绑定采集位置定位数据和时间同步记录，其中定位数据的采集能通过多种卫星定位模式进行定位，包括gps定位、北斗定位和qzss定位，保证了定位数据的精准和安全；利于后期的检索和大数据分析；用户能通过水表用户终端进行检测供水大数据的远程
获取，城市供水大数据云计算平台在基于时序和供水水质异常大数据关联分析，使工作人员更直观的了解供水水质异常问题发生的原因，构建供水数据指标变量时间序列，总结得出该序列所代表城市供水行为变化趋势；
39.(2)上述智能水表检测采集的供水大数据上传到城市供水大数据云计算平台内过程中，对采集的供水大数据进行加密处理，且后期数据调动过程中对加密数据进行解密，不影响数据直观的读取；解决了传统城市供水数据检测收集过程中没有对数据进行加密处理，城市供水数据容易被随意获取，城市供水数据已经成为国家机密的一部分，可以分析出很多有价值的国家机密信息，信息泄露容易产生不可估量的危害的问题；
40.(3)在传统智能水表的基础上设置发电散热组件和联动屏幕吸尘组件，智能水表内水流过程中带动发电机转动发电，对智能水表内的蓄电池进行充电，解决了传统智能水表需要定期换电池较为不便的问题，涡轮的转动工作对显示屏上方灰尘的抽吸，实现显示屏的自动清理，涡轮工作再通过输气管吹入到电控盒内，并通过通风口进行吹出，实现水表内元器件的吹风散热。
附图说明
41.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
42.图1是本发明基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测系统的整体结构示意图；
43.图2是本发明基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测系统的系统流程图；
44.图3是本发明中智能水表的立体剖切结构示意图；
45.图4是本发明图3中a区域的结构放大图；
46.图5是本发明智能水表中出水管的立体剖切结构示意图；
47.图6是本发明图3中b区域的结构放大图；
48.图7是本发明用于智慧城市运行管理的电网大数据挖掘方法的流程图；
49.图中：1、城市供水主管；2、智能水表；3、城市供水大数据云计算平台；4、水表用户终端；5、进水管；6、出水管；7、电控盒；8、cpu；9、蓄电池；10、发电散热组件；11、联动屏幕吸尘组件；12、显示屏；13、摄像头；14、通风口；21、供水数据采集模块；211、水计量单元；212、水压监测单元；213、水质监控单元；214、环境监控单元；22、多模卫星定位模块；23、时序同步模块；24、数据加密模块；241、算法调用单元；242、加密运算单元；243、数据输出单元；31、城市供水运行实时记录模块；311、数据解密单元；312、水表数据采集单元；313、水网水表节点地图生成单元；32、水网异常时序分析模块；33、数据库；331、城市供水数据库；332、加密算法数据库；333、水质异常事件反馈数据库；41、水表显示数据远程获取模块；42、水网水质反馈模块；101、条块；102、连接轴；103、叶轮；104、第一锥齿轮；105、涡轮；106、传动轴；107、第二锥齿轮；108、输气管；109、吸气管；1010、发电机；111、环形圈；112、吸尘孔；113、吸尘管；114、顶盖；115、集尘罐；116、进气孔；117、滤网。
具体实施方式
50.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
51.请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测系统，包括城市供水主管1、智能水表2、城市供水大数据云计算平台3和水表用户终端4，
52.城市供水主管1，用于城市内各用户的全面供水，在城市供水主管1各个用户节点的管路上安装智能水表2；
53.安装智能水表2包括供水数据采集模块21、多模卫星定位模块22、时序同步模块23和数据加密模块24；
54.供水数据采集模块21用于水表采集城市管路上各户节点的供水数据；
55.多模卫星定位模块22用于各户节点上智能水表2的定位，包括gps定位单元、北斗定位单元和qzss定位单元，使智能水表2能通过多种卫星定位模式进行定位；
56.时序同步模块23用于上述采集数据和时序轨迹的绑定；
57.数据加密模块24用于对上述采集的各户节点供水数据进行加密处理，并对加密后的供水数据进行管理上传；
58.城市供水大数据云计算平台3包括城市供水运行实时记录模块31、水网异常时序分析模块32和数据库33；
59.城市供水运行实时记录模块31包括数据解密单元311、水表数据采集单元312和水网水表节点地图生成单元313；
60.数据解密单元311用于解密获取的各户节点供水的加密数据；
61.水表数据采集单元312用于计算平台对解密后各户节点供水数据的采集；
62.水网水表节点地图生成单元313用于根据各户节点供水数据生成城市供水数据节点动态地图；
63.水网异常时序分析模块32用于基于时序和供水水质异常大数据关联分析；
64.数据库33包括城市供水数据库331、加密算法数据库332和水质异常事件反馈数据库333，城市供水数据库331用于采集城市供水大数据的存储，加密算法数据库332用于国密加密算法数据的存储，水质异常事件反馈数据库333用于水质异常事件反馈大数据的存储；
65.水表用户终端4包括水表显示数据远程获取模块41和水网水质反馈模块42，水表显示数据远程获取模块41用于城市用户远程获取智能水表2检测供水大数据，水网水质反馈模块42用于城市用户对水质异常事件的反馈备案。
66.需要说明的是，在城市供水主管1的用户管道节点上安装智能水表2，通过智能水表2进行城市供水管道各个用户支管上供水数据的全面采集，供水数据采集过程中绑定采集位置定位数据和时间同步记录，其中定位数据的采集能通过多种卫星定位模式进行定位，包括gps定位、北斗定位和qzss定位，保证了定位数据的精准和安全；利于后期的检索和大数据分析；将节点上的基础数据上传到城市供水大数据云计算平台3内，实现城市供水大数据的检测采集，城市用户能通过水表用户终端4进行智能水表2检测供水大数据的远程获取，且各节点的用户能通过水表用户终端4进行供水过程中水质异常事件的编辑备案，城市供水大数据云计算平台3在基于时序和供水水质异常大数据关联分析，使工作人员更直观
的了解供水水质异常问题发生的原因，构建供水数据指标变量时间序列，继而对不同序列之间的指标变量的趋势性、周期性及其随机性进行相关相异分析，在此基础上总结得出该序列所代表城市供水行为变化趋势。
67.供水数据采集模块21包括用水计量单元211、水压监测单元212、水质监控单元213和环境监控单元214；用于智能水表2对用户节点处供水压力、水质的检测，并对用户用水量进行检测，对智能水表2处周围环境的视频监测，用于对水质异常事件问题的获取。
68.需要说明的是，智能水表2基本结构是现有技术的引用，在智能化水表的相关专利中均能得到了解，智能水表2在收集获取城市供水水压、水质数据，并对用户用水量进行检测，通过环境监控单元214和摄像头13配合进行水质异常事件发生的视频监测。
69.数据加密模块24包括算法调用单元241、加密运算单元242和数据输出单元243；
70.算法调用单元241用于在加密算法数据库332内进行加密算法的调用；
71.加密运算单元242用于将采集的供水数据带入到调用的加密算法内进行运算加密；
72.数据输出单元243用于对加密后供水数据的上传，将数据输出上传到城市供水大数据云计算平台3内。
73.加密算法数据库332的内部存储有对称加密算法、椭圆曲线非对称加密算法和杂凑算法。
74.需要说明的是，上述智能水表2检测采集的供水大数据上传到城市供水大数据云计算平台3内过程中，先在城市供水大数据云计算平台3的加密算法数据库332内进行加密算法的调用，再将采集的供水数据带入到调用的加密算法内进行运算加密，得到加密数据，再将加密数据上传到城市供水大数据云计算平台3中，后期数据调动过程中对加密数据进行解密，不影响数据直观的读取；解决了传统城市供水数据检测收集过程中没有对数据进行加密处理，城市供水数据容易被随意获取，城市供水数据已经成为国家机密的一部分，可以分析出很多有价值的国家机密信息，信息泄露容易产生不可估量的危害的问题。
75.智能水表2的两端外壁上贯通连接有进水管5和出水管6，智能水表2的一侧外壁上设置有电控盒7，电控盒7的底部内壁上安装有cpu8和蓄电池9，出水管6的中部内壁上设置有发电散热组件10，发电散热组件10包括固定在出水管6内壁上的条块101，条块101的中部转动连接有连接轴102，连接轴102一端外壁上固定有叶轮103，连接轴102另一端外壁上固定有第一锥齿轮104，出水管6的底部外壁上固定有涡轮105，涡轮105的转轴一端连接有传动轴106，传动轴106贯穿于出水管6内部一端连接有第二锥齿轮107，涡轮105的吸气端连接有吸气管109，涡轮105的输气端连接有输气管108，输气管108的一端贯穿于电控盒7的内部，涡轮105的底部外壁上安装有发电机1010，发电机1010和涡轮105之间同轴连接。
76.发电机1010的电输出端与蓄电池9的电输入端电性连接。
77.智能水表2的顶部外壁上镶嵌有显示屏12，吸气管109的端部设置有联动屏幕吸尘组件11，联动屏幕吸尘组件11包括套装设置在显示屏12外部的环形圈111，环形圈111的内壁上分布贯通开设有吸尘孔112，环形圈111的一侧外壁上贯通连接有吸尘管113，吸尘管113的一端贯通连接有顶盖114，顶盖114的底端内壁上螺合连接有集尘罐115，吸气管109贯穿于顶盖114外部一端的外壁上分布贯通开设有进气孔116，且进气孔116的外壁上设置有滤网117。
78.电控盒7的顶部外壁上镶嵌安装有摄像头13，电控盒7的外壁上分布开设有通风口14。
79.需要说明的是，上述智能水表2使用过程中，供水在进水管5和出水管6内进行传输，过程中会冲击叶轮103，带动连接轴102和第一锥齿轮104进行转动，在第一锥齿轮104和第二锥齿轮107的配合传动下带动传动轴106进行转动，同轴连接在从而带动涡轮105和发电机1010进行转动，发电机1010转动发电从而对智能水表2内的蓄电池9进行充电，解决了传统智能水表2需要定期换电池较为不便的问题，涡轮105的转动工作在吸气管109处进行空气的抽吸，通过集尘罐115和吸尘管113在环形圈111的吸尘孔112处进行显示屏12上方灰尘的抽吸，灰尘和空气通过吸尘管113收集到集尘罐115内，灰尘通过滤网117隔滤灰尘收集在集尘罐115内，空气通过吸气管109进入涡轮105，再通过输气管108吹入到电控盒7内，并通过通风口14进行吹出，实现水表内元器件的吹风散热。
80.基于大数据的城市供水数据智慧化收集检测方法，包括以下步骤，步骤一，城市供水大数据收集系统搭建；步骤二，供水数据的采集获取；步骤三，数据加密传输；步骤四，水质异常事件反馈获取；步骤五，水网异常时序分析；步骤六，城市供水数据的远程读取，
81.其中上述步骤一中，在城市供水系统用户节点的管路上安装智能水表2，国家供水管理部门架设搭建城市供水大数据云计算平台3，城市智能水表2用户使用水表用户终端4，水表用户终端4可以为手机、电脑、ipad中的一种或多种；
82.其中上述步骤二中，在上述城市供水大数据收集系统搭建后运行中，通过智能水表2进行城市供水节点位置信息、节点处供水压力、水质数据的采集，并对用户用水量进行检测；
83.其中上述步骤三中，在智能水表2对供水大数据采集后，在加密算法数据库332内进行加密算法的调用，加密算法包括了对称加密算法，椭圆曲线非对称加密算法，杂凑算法，具体包括sm1,sm2,sm3等，智能水表2调用sm2椭圆曲线非对称加密算法,运行加密过程中，供水大数据配合sm2椭圆曲线非对称加密算法，进行曲线运算和模运算进行加密运算，得到加密数据，加密后的数据通过数据传输模块上传传输到城市供水大数据云计算平台3内，加密数据采集存储在城市供水数据库331内，后期数据调动过程中加密数据通过数据解密单元311进行解密，不影响数据直观的读取；
84.其中上述步骤四中，在城市供水系统用户节点上出现水质异常事件时，用户通过水表用户终端4进行水质异常事件的编辑反馈，传输到水质异常事件反馈数据库333内，通过摄像头结构进行水表处周围环境的视频监测，对水质异常事件的获取；
85.其中上述步骤五中，对上述采集的水质异常事件和对应的供水数据进行挖掘分析；
86.其中上述步骤六中，用户通过水表用户终端4能在城市供水大数据云计算平台3的数据库33内进行水表采集数据的远程获取。
87.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。
88.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。