CN111141539A - 一种人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，所述人工模拟降雨单元用于为海绵设施提供持续的降雨环境，所述在线监控单元用于实时在线监测海绵设施的水质和水量情况，所述无线传输单元用于将在线监控单元获取的监测数据上传至智慧评估单元，所述在线视频监控单元用于全方位实时监控海绵设施的运行状态，所述智慧评估单元对上传的监测数据和视频监控数据进行智慧分析和评估。本发明能够在无电力、无网络且降雨量少的海绵城市中，人工模拟出多种典型降雨情景，获取有效降雨条件下的监测数据，并通过无线传输至智慧评估单元，结合现场动态的视频监控数据智慧评估海绵设施的建设效果，具有较强的实用性。

Description

一种人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估***
技术领域
本发明涉及海绵城市建设技术领域，尤其涉及一种人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估***。
背景技术
海绵城市是新一代城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，目的在于控制暴雨径流和径流污染，达到雨洪调控的目的。自海绵城市建设以来，其评估方法仍在探索之中，且很多地区降雨发生在夜晚或者降雨初期急促短暂，不易获取相应的降雨数据，这都对海绵城市建设的效果评估影响较大。
因此，亟需提供一种能够克服不利的环境因素，提供可持续易获取的水质水量数据，并能通过无线传输至平台，结合现场动态视频监控数据综合评估海绵设施效果的智慧评估***。
发明内容
本发明目的是提供一种人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估***，用于解决现有技术中海绵城市中存在的技术问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
一种人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，包括人工模拟降雨单元、在线监测单元、无线传输单元、在线视频监控单元以及智慧评估单元；
所述人工模拟降雨单元用于为海绵设施提供持续的降雨环境，所述在线监控单元用于实时在线监测海绵设施的水质和水量情况，所述无线传输单元用于将在线监控单元获取的在线监测数据上传至智慧评估单元，所述在线视频监控单元用于全方位实时监控海绵设施的运行状态，并将视频监控数据上传至智慧评估单元，所述智慧评估单元对在线监测数据和视频监控数据进行智慧分析和评估，并将评估的结果推送至显示终端。
进一步，所述人工模拟降雨单元设置在海绵设施上方，并包括供水水箱、泵送部和喷淋部；
所述喷淋部设置在海绵设施上方，所述供水水箱和泵送部设置在海绵设施周围，且所述泵送部的进水口、出水口分别通过水管与供水***的出水口、喷淋部的入水口连接。
进一步，所述喷淋部包括桁架、管道和降雨喷头；所述桁架为可拆卸可移动的铝合金桁架，并固定在海绵设施周围，所述管道架设在桁架上，所述降雨喷头安装在管道上。
进一步，所述喷淋部根据海绵设施的面积搭接成相应面积，其降雨高度为3.5m-6m，且喷淋部的降雨测量精度为0.5mm/h，降雨均匀度大于85％。
进一步，所述在线监测单元包括在线传感设备和主机；所述在线传感设备通过探头获取海绵设施的监测数据，并将监测数据传输至主机中进行存储。
进一步，当海绵设施为蓄水池时，所述在线传感设备包括流量计、雨量计、悬浮物监测仪以及液位计，所述液位计设置在蓄水池池体，所述流量计和悬浮物监测仪设置在蓄水池的雨水排出口与市政雨水管网节点处，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方；当海绵设施为雨水花园、植草沟或下沉式绿地时，所述在线传感设备包括流量计、悬浮物监测仪和雨量计，所述流量计和悬浮物监测仪设置在雨水花园、植草沟或下沉式绿地的雨水排出口与市政雨水管网节点处，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方。
进一步，所述液位计的量程为1m-10m，分辨率为0.01m，且准确度优于全量程的0.5％，测量频次为1min；所述流量计的测量误差小于0.03m/s，零点温漂移不大于0.05FS/℃，量程温度漂移不大于0.05FS/℃，温度范围为-18FS/℃至65FS/℃，安全过载为150％FS，极限过载为200％FS；所述悬浮物监测仪测量范围为0mg/L-2000mg/L，分辨率不小于2％，压力范围为0Bar-6Bar；所述雨量计的防护等级为IP65，测量的最小分度为0.2mm降水量，并通过太阳能供电。
进一步，所述无线传输单元包括中继器；所述中继器设置在海绵设施周围的立杆上，并由太阳能供电进行数据的传输；所述在线监测单元的主机通过内部的433无线模块将监测数据传输至中继器的433无线模块，并通过GPRS无线传输至智慧评估单元。
进一步，所述在线视频监控单元包括主体摄像机，所述主体摄像机设置在海绵设施周围的立杆上，且所述主体摄像机为1300万像素，具有红外夜视和工业级防水防尘功能。
进一步，所述智慧评估单元包括显示终端，所述显示终端用于显示智慧评估单元评估的结果，且所述显示终端包括但不限于大屏展示***、移动终端、PC端以及平板电脑。
本发明具有如下有益效果：本发明的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***能够在无电力、无网络且降雨量少的海绵城市中，人工模拟出多种典型降雨情景，获取有效降雨条件下的监测数据，并通过无线传输至智慧评估单元，结合现场动态的视频监控数据智慧评估海绵设施的建设效果，具有较强的实用性。
附图说明
图1为本发明的人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估***中人工模拟降雨单元的示意图；
图2为本发明的人工降雨情境下海绵设施效果的智慧评估***的示意图。
图中标记示意为：1-供水水箱；2-泵送部；3-喷淋部；4-海绵设施。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
实施例1
本实施例提供了一种人工降雨情形下海绵设施效果的智慧评估***，通过提供可持续易获取的水质水量数据，经无线传输至智慧评估单元，并结合现场动态的视频监控数据进行海绵设施效果的智慧评估。
如图1-2所示，一种人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，包括人工模拟降雨单元、在线监测单元、无线传输单元、在线视频监控单元以及智慧评估单元。具体地，所述人工模拟降雨单元用于为海绵设施提供持续的降雨环境，所述在线监控单元用于实时在线监测海绵设施的水质和水量情况，所述无线传输单元用于将在线监控单元获取的在线监测数据上传至智慧评估单元，所述在线视频监控单元用于全方位实时监控海绵设施的运行状态，并将视频监控数据上传至智慧评估单元，所述智慧评估单元对在线监测数据和视频监控数据进行智慧分析和评估，并将评估的结果推送至显示终端。
在本发明的实施例中，所述人工模拟降雨单元适用于降雨量少、无网络和无电力的环境，用于为智慧评估***提供持续的降雨环境，并包括供水水箱1、泵送部2和喷淋部3。具体地，所述喷淋部3设置在雨水花园、植草沟、下沉式绿地或蓄水池等海绵设施上方，所述供水水箱1和泵送部2设置在海绵设施4周围，且所述泵送部2的进水口、出水口分别通过水管与供水水箱1的出水口、喷淋部3的入水口连接。
在本实施例中，所述泵送部2用于提供可调可控动力，从而模拟出不同降雨情景；所述喷淋部3包括桁架、管道和降雨喷头；所述桁架为可拆卸可移动的铝合金桁架，并固定在海绵设施4周围，所述管道架设在桁架上，所述降雨喷头安装在管道上。优选地，喷淋部根据海绵设施的面积搭接成相应面积，其降雨高度为3.5m-6m，并可以根据降雨强度定制雨滴形式，根据需求调节降雨历时，且喷淋部的降雨测量精度为0.5mm/h，降雨均匀度大于85％。
在本发明的实施例中，所述在线监测单元包括在线传感设备和主机；所述在线传感设备设置在海绵设施的渗、滞、蓄、净、用、排相关位置来获取海绵设施的监测数据，并将监测数据传输至主机中进行存储。
具体地，当海绵设施为蓄水池时，所述在线传感设备包括流量计、雨量计、悬浮物监测仪以及液位计；所述液位计设置在蓄水池池体，用于监测池体液位深度，从而起到预警预报的作用，所述流量计和悬浮物监测仪设置在蓄水池的雨水排出口与市政雨水管网节点处，分别用于监测海绵设施的出流水量以及出流水质，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方，用于监测海绵设施的降雨量。当海绵设施为雨水花园、植草沟或下沉式绿地时，所述在线传感设备包括流量计、悬浮物监测仪和雨量计，所述流量计和悬浮物监测仪设置在雨水花园、植草沟或下沉式绿地的雨水排出口与市政雨水管网节点处，分别用于监测海绵设施的出流水量以及出流水质，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方，用于监测海绵设施的降雨量。
当启动人工模拟降雨单元，结合当地暴雨强度公式，输入相应的雨型，即可进行人工模拟降雨，在降雨的过程中，海绵设施吸收降雨汇流，当雨水到达一定程度后，雨水下渗至排出管排向就近市政雨水管道，在此过程中，在线监测设备获取雨量计、液位计、流量计以及悬浮物监测仪读取的相应数据。
在本实施例中，所述液位计的量程为1m-10m，分辨率为0.01m，且准确度优于全量程的0.5％，测量频次为1min；所述流量计的测量误差小于0.03m/s，零点温漂移不大于0.05FS/℃，量程温度漂移不大于0.05FS/℃，温度范围为-18FS/℃至65FS/℃，安全过载为150％FS，极限过载为200％FS；所述悬浮物监测仪测量范围为0mg/L-2000mg/L，分辨率不小于2％，压力范围为0Bar-6Bar；所述雨量计的防护等级为IP65，测量的最小分度为0.2mm降水量，且具有分钟级稳定测量，云端数据无线储存，软硬一体，太阳能供电，预警预报实时推送的特点。
所述无线传输单元包括中继器，所述中继器用于传输在线监测单元的监测数据。在本实施例中，所述中继器设置在海绵设施周围的立杆上，并由太阳能供电进行数据的传输；所述在线监测单元的主机通过内部的433无线模块将监测数据传输至中继器的433无线模块，并通过GPRS无线传输至智慧评估单元。
所述在线视频监控单元包括主体摄像机，并用于全方位实时监控海绵设施的运行状况，为智慧评估***提供预警预报。具体地，所述主体摄像机设置在海绵设施周围的立杆上，且所述主体摄像机为1300万像素，具有红外夜视和工业级防水防尘功能，能够提供清晰动态画面，并支持远程观看及对讲，从而对海绵设施的运行状态进行实施监控，在发现问题时及时预警预报，进而实现远程指导。
所述智慧评估单元根据出流水质、出流水量以及降雨量监测数据，采用实际径流控制率法进行核算，分析海绵设施的径流控制率以及降雨径流污染物削减率是否达标，并结合海绵设施的现场积水实景监控智慧评估海绵设施效果。所述智慧评估单元还包括显示终端，所述显示终端用于显示智慧评估单元评估的结果，所述显示终端包括但不限于大屏展示***、移动终端、PC端以及平板电脑。
具体地，对海绵设施雨水排出口的排水总量进行监测，监测频率不低于15分钟/次，同时同步监测人工模拟降雨单元的降雨数据，计算海绵设施的径流总量控制率ω：
Figure BDA0002366425260000061
其中，t为数据采集的时间间隔，qi为第i次采集到的海绵设施雨水排出口的总流量，h为监测时间内同步采集到的降雨量，S为海绵设施的汇水面积。
根据雨水排出口的流量与悬浮物在线监测值，计算：
a.单场次降雨径流污染物平均浓度EMC：
Figure BDA0002366425260000062
其中，T为降雨历时，Q(t)为雨水排出口的瞬时流量，C(t)为随降雨历时监测的悬浮物浓度；
b.n次降雨径流污染物平均浓度EMCtotal：
Figure BDA0002366425260000063
其中，Qi(t)为不同场次监测的瞬时流量，Ci(t)为不同场次随降雨历时监测的悬浮物浓度；
c.海绵设施降雨径流污染物负荷M：
Figure BDA0002366425260000064
其中，
Figure BDA0002366425260000065
为综合雨量径流系数，S为海绵设施的汇水面积，h为监测时间内同步采集到的降雨量；
d.海绵设施降雨径流污染负荷削减率Q：
Figure BDA0002366425260000071
其中，M前为海绵设施建设前当地的降雨径流污染负荷，M为海绵设施的降雨径流污染物负荷。
在本实施例中，根据计算出的海绵设施的径流总量控制率以及降雨径流污染物削减率的具体数值分析海绵设施的径流总量控制率以及降雨径流污染物削减率是否达标，并结合海绵设施内的积水情况智慧评估海绵设施效果。
本发明的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***能够在无电力、无网络且降雨量少的海绵城市中，人工模拟出多种典型降雨情景，方便获取有效降雨条件下的监测数据，并通过无线传输至智慧评估单元，结合现场动态的视频监控数据智慧评估海绵设施的建设效果，具有较强的实用性。
以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，包括人工模拟降雨单元、在线监测单元、无线传输单元、在线视频监控单元以及智慧评估单元；
所述人工模拟降雨单元用于为海绵设施提供持续的降雨环境，所述在线监控单元用于实时在线监测海绵设施的水质和水量情况，所述无线传输单元用于将在线监控单元获取的在线监测数据上传至智慧评估单元，所述在线视频监控单元用于全方位实时监控海绵设施的运行状态，并将视频监控数据上传至智慧评估单元，所述智慧评估单元对在线监测数据和视频监控数据进行智慧分析和评估，并将评估的结果推送至显示终端。
2.根据权利要求1所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述人工模拟降雨单元包括供水水箱、泵送部和喷淋部；
所述喷淋部设置在海绵设施上方，所述供水水箱和泵送部设置在海绵设施周围，且所述泵送部的进水口、出水口分别通过水管与供水***的出水口、喷淋部的入水口连接。
3.根据权利要求2所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述喷淋部包括桁架、管道和降雨喷头；所述桁架为可拆卸可移动的铝合金桁架，并固定在海绵设施周围，所述管道架设在桁架上，所述降雨喷头安装在管道上。
4.根据权利要求3所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述喷淋部根据海绵设施的面积搭接成相应面积，其降雨高度为3.5m-6m，且喷淋部的降雨测量精度为0.5mm/h，降雨均匀度大于85％。
5.根据权利要求1所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述在线监测单元包括在线传感设备和主机；所述在线传感设备通过探头获取海绵设施的监测数据，并将监测数据传输至主机中进行存储。
6.根据权利要求5所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，当海绵设施为蓄水池时，所述在线传感设备包括流量计、雨量计、悬浮物监测仪以及液位计，所述液位计设置在蓄水池池体，所述流量计和悬浮物监测仪设置在蓄水池的雨水排出口与市政雨水管网节点处，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方；当海绵设施为雨水花园、植草沟或下沉式绿地时，所述在线传感设备包括流量计、悬浮物监测仪和雨量计，所述流量计和悬浮物监测仪设置在雨水花园、植草沟或下沉式绿地的雨水排出口与市政雨水管网节点处，所述雨量计设置在人工模拟降雨单元的降雨喷头下方。
7.根据权利要求6所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述液位计的量程为1m-10m，分辨率为0.01m，且准确度优于全量程的0.5％，测量频次为1min；所述流量计的测量误差小于0.03m/s，零点温漂移不大于0.05FS/℃，量程温度漂移不大于0.05FS/℃，温度范围为-18FS/℃至65FS/℃，安全过载为150％FS，极限过载为200％FS；所述悬浮物监测仪测量范围为0mg/L-2000mg/L，分辨率不小于2％，压力范围为0Bar-6Bar；所述雨量计的防护等级为IP65，测量的最小分度为0.2mm降水量，并通过太阳能供电。
8.根据权利要求1所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述无线传输单元包括中继器；
所述中继器设置在海绵设施周围的立杆上，并由太阳能供电进行数据的传输；所述在线监测单元的主机通过内部的433无线模块将监测数据传输至中继器的433无线模块，并通过GPRS无线传输至智慧评估单元。
9.根据权利要求1所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述在线视频监控单元包括主体摄像机，所述主体摄像机设置在海绵设施周围的立杆上，且所述主体摄像机为1300万像素，具有红外夜视和工业级防水防尘功能。
10.根据权利要求1所述的人工降雨情境下海绵设施效果智慧评估***，其特征在于，所述智慧评估单元包括显示终端，所述显示终端用于显示智慧评估单元评估的结果，且所述显示终端包括但不限于大屏展示***、移动终端、PC端以及平板电脑。
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