CN114449373A - 一种基于物联网无线传输的智慧水务*** - Google Patents

一种基于物联网无线传输的智慧水务*** Download PDF

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Abstract

本发明属于水务管理技术领域，公开了一种基于物联网无线传输的智慧水务***，包括数据采集层，数据管理层，以及综合应用层，数据采集层包括但不限于智能水表，智能压力传感器，智能水质检测仪，及智能液位传感器，用来对供水相关数据进行采集，数据采集层还包括与以上描述的多种智能采集设备相连接的物联网采集终端，物联网采集终端收集来自智能采集设备的供水相关数据，并通过无线通信的方式将供水相关数据传输至所述数据管理层，数据管理层包括服务器，用来对来自物联网采集终端的供水相关数据进行分析处理，同时还向上为综合应用层提供各种应用服务，综合应用层包括电脑和移动设备，本发明能够基于供水管网的夜间用水量推测出漏水节点的位置。

Description

一种基于物联网无线传输的智慧水务***
技术领域
本发明属于水务管理技术领域，具体涉及一种基于物联网无线传输的智慧水务***。
背景技术
随着智能仪表行业和物联网无线传输技术的日益成熟的发展，物联网水表、物联网压力传感器、物联网水质检测仪等智能设备都被越来越多的应用在供水***中，用来实现自动远程抄表、线上缴存水费、对用户信息进行线上管理，及对自来水进行水质监测等功能，解决了传统的水务***需要花费大量的人力来完成供水相关信息采集的问题，然而现有技术中的水务***较少关注从供水端到用水端之间的供水管网的状态信息，长时间使用的供水管网会存在供水管道漏水的问题，现有技术中的水务***通常需要依靠额外的仪器设备才能完成对供水管道的漏水检测，致使现有技术中的水务***花费了更多的时间成本和财力成本。
发明内容
针对上述提出的技术问题，本发明提供一种基于物联网无线传输的智慧水务***，旨在通过该智慧水务***实现远程抄表、用水预付费管理、对供水相关信息进行线上管理等功能的同时，该智慧水务***还能够基于供水管网夜间的用水量等信息，完成对供水管网中的漏水节点的位置的推测。
为实现上述的发明目的，给出如下所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***：
所述智慧水务***包括数据采集层，数据管理层，以及综合应用层，所述数据采集层包括但不限于智能水表，智能压力传感器，智能水质检测仪，以及智能液位传感器，用来对供水相关数据进行采集，所述数据采集层还包括与以上描述的多种智能采集设备相连接的物联网采集终端，所述物联网采集终端收集来自智能采集设备的供水相关数据，并通过无线通信的方式将供水相关数据传输至所述数据管理层，所述数据管理层包括服务器，用来对来自物联网采集终端的供水相关数据进行分析处理，同时还向上为所述综合应用层提供各种应用服务，所述综合应用层包括电脑和移动设备；
所述智慧水务***的综合应用层提供的关于供水管网的漏水点检测的应用服务，具体包括如下的步骤：
步骤一、基于供水管网供水端的智能水表和供水管网终端的智能压力传感器分别统计出的连续若干个夜间的用水量，以及分别与用水量相对应的压力值，并进而获取供水管网内的整体的漏水量；
步骤二、依据供水管网的各个节点上的智能水表所统计的历史用水量，为供水管网的各个节点分别设置用水需求量；
步骤三、将步骤一中得到的供水管网的整体的漏水量，按照供水管网的各个节点的优先级的不同分别分配到所述各个节点上；
步骤四、对于上述的供水管网的各个节点，分别计算其上的压力估计值；
步骤五、通过设置在上述的供水管网的各个节点上的智能压力传感器，分别获取各个节点上的实际压力值，并结合步骤四中得到的供水管网的各个节点的压力估计值，计算实际压力值与压力估计值的均方误差；
步骤六、判断若步骤的执行次数已经超过***预先设定的执行次数阈值，或者步骤五中得到的均方误差已经小于***预先设定的均方误差阈值时，则确定与最小均方误差相对应的供水管网的各个节点上的漏水量，反之，则返回步骤三继续执行；
步骤七、根据步骤六中确定的供水管网的各个节点上的漏水量，推测出可能发生内漏损耗的供水管网的节点的位置。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少如下所述：
1、本发明的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，包括数据采集层，数据管理层，以及综合应用层，数据采集层包括但不限于智能水表，智能压力传感器，智能水质检测仪，及智能液位传感器，用来对供水相关数据进行采集，数据采集层还包括与以上描述的多种智能采集设备相连接的物联网采集终端，物联网采集终端收集来自智能采集设备的供水相关数据，并通过无线通信的方式将供水相关数据传输至所述数据管理层，数据管理层包括服务器，用来对来自物联网采集终端的供水相关数据进行分析处理，同时还向上为综合应用层提供各种应用服务，综合应用层包括电脑和移动设备；
2、本发明的智慧水务***解决了现有技术中的水务***通常需要依靠额外的仪器设备才能完成对供水管道的漏水检测，致使现有技术中的水务***花费了更多的时间成本和财力成本的问题，本发明基于供水管网在夜间的用水量等信息，能够推测出供水管网中的可能发生了漏水的节点的位置，进而保证供水质量。
附图说明
图1为本发明的关于进行供水管网的漏水节点检测的步骤流程图；
图2为本发明的获取供水管网内的整体的漏水量的步骤流程图；
图3为本发明的将供水管网的整体的漏水量分配到不同的供水管网的节点的步骤流程图；
图4为本发明的分别计算不同的供水管网节点的压力估计值的步骤流程图；
图5为本发明的一种基于物联网无线传输的智慧水务***的组成结构图。
具体实施方式
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。
可以理解，本申请所使用的术语“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，在不脱离本申请的范围的情况下，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。
参考如图5所示，本发明提供一种基于物联网无线传输的智慧水务***，该智慧水务***包括：
数据采集层，数据管理层，以及综合应用层，所述数据采集层包括但不限于智能水表，智能压力传感器，智能水质检测仪，以及智能液位传感器，用来对供水相关数据进行采集，所述数据采集层还包括与以上描述的多种智能采集设备相连接的物联网采集终端，所述物联网采集终端收集来自智能采集设备的供水相关数据，并通过无线通信的方式将供水相关数据传输至所述数据管理层，所述数据管理层包括服务器，用来对来自物联网采集终端的供水相关数据进行分析处理，同时还向上为所述综合应用层提供各种应用服务，所述综合应用层包括电脑和移动设备。
进一步的，本发明的智慧水务***的综合应用层提供的应用服务包括但不限于：实现远程无线抄表，自动统计用户的用水量，将用水费用信息推送给用户，实现对用水的预付费管理；将用户信息与智能水表信息进行绑定，并把用户信息和智能水表信息统一纳入线上管理；提供生成关于***数据的统计报表的功能；对于供水端的水量进行持续的监测，并对水量低于阈值的情况及时进行报警；针对包括供水管网的流量，水质，水压，及管道布线在内的供水管网信息进行线上的管理和分析，并能够准确地推测出供水管网的漏水点的位置。
具体的，在本实施例中主要对于智慧水务***依据供水管网的夜间用水量，来推测出供水管网中的漏水节点的具体步骤过程进行详细的描述。
进一步的，参考如图1所示，本发明的智慧水务***的综合应用层提供的关于供水管网的漏水点检测的应用服务，具体包括如下的步骤：
步骤一、基于供水管网供水端的智能水表和供水管网终端的智能压力传感器分别统计出的连续若干个夜间的用水量，以及分别与用水量相对应的压力值，并进而获取供水管网内的整体的漏水量。
步骤二、依据供水管网的各个节点上的智能水表所统计的历史用水量，为供水管网的各个节点分别设置用水需求量。
步骤三、将步骤一中得到的供水管网的整体的漏水量，按照供水管网的各个节点的优先级的不同分别分配到所述各个节点上。
步骤四、对于上述的供水管网的各个节点，分别计算其上的压力估计值。
步骤五、通过设置在上述的供水管网的各个节点上的智能压力传感器，分别获取各个节点上的实际压力值，并结合步骤四中得到的供水管网的各个节点的压力估计值，计算实际压力值与压力估计值的均方误差。
步骤六、判断若步骤的执行次数已经超过***预先设定的执行次数阈值，或者步骤五中得到的均方误差已经小于***预先设定的均方误差阈值时，则确定与最小均方误差相对应的供水管网的各个节点上的漏水量，反之，则返回步骤三继续执行。
步骤七、根据步骤六中确定的供水管网的各个节点上的漏水量，推测出可能发生内漏损耗的供水管网的节点的位置。
具体的，在上述的步骤过程中，首先，基于设置在供水管网上的多种智能采集设备的数据，分析得到供水管网内的整体的漏水量，接着，分别为供水管网的各个节点设置用水需求量，并且将供水管网内的整体的漏水量分别分配到供水管网的各个节点上，其次，考虑从供水管网的供水端到不同的供水管网节点的供水管道的长度，摩擦系数，内径，以及供水管网节点的供水管道内的流量，计算出供水管网的各个节点上的压力估计值，再次，通过判断步骤的执行次数与执行次数阈值的关系，以及供水管网节点的实际压力值与压力估计值的均方误差和均方误差阈值的关系，最终确定供水管网的各个节点的漏水量，最后，推测出可能发生内漏损耗的供水管网的节点的位置，通过该方法，本发明的智慧水务***不需要使用额外的漏水探测工具和***，也不需要花费额外的人力成本，就能够实现基于供水管网的夜间用水量，来推测出供水管网中的漏水节点的位置，其中，该方法的每个执行步骤的具体过程将在后续内容中进行详细的描述。
进一步的，参考如图2所示，上述的步骤一中获取供水管网内的整体的漏水量，具体还包括如下的步骤：
第一步、获取供水管网供水端的智能水表和供水管网终端的智能压力传感器分别统计出的连续若干个夜间的用水量，以及分别与用水量相对应的压力值。
第二步、分别对于与同一个上述的压力值相对应的多个用水量，选取其中最小的用水量，并将其作为供水管网内的整体的漏水量。
第三步、依据不同的上述压力值，以及分别与上述压力值相对应的供水管网内的整体的漏水量，通过生成拟合曲线的方法，来得到压力值和与不同压力值相对应的供水管网内的整体的漏水量之间的关系。
具体的，考虑到供水管网通常在夜间的用水量会比白天的用水量小很多，利用夜间的用水量更便于分析得出供水管网的整体的漏水量，又考虑到供水管网的整体的漏水量还与供水管道内的压力值有关，因此在上述的第一步中首先获取供水管网在连续若干个夜间的多个用水量，以及分别与用水量相对应的压力值，还考虑到即使是在夜间，依然会存在用水的需求，也就是说得到的夜间的用水量可能包含了漏水量和实际的夜间用水量，由此在上述的第二步中，对于与同一个供水管道压力值相对应的多个用水量，选取其中最小的用水量作为供水管网内的整体的漏水量，使漏水量的估计误差相对较小，进而在上述第三步中得到供水管道的压力值和与不同压力值相对应的供水管网内的整体漏水量之间的关系。
进一步的，在上述的步骤二中，依据供水管网的各个节点上的智能水表所统计的历史用水量，为供水管网的各个节点分别设置用水需求量，为了便于理解节点的用水需求量的设置过程，举例如通过获取供水管网的各个节点在过去若干个白天的用水量，该用水量不包含节点的漏水量，并且将各个节点在过去若干个白天的用水量的平均值分别作为其用水需求量，不同供水管网节点的用水需求量用于与相应的供水管网节点的漏水量一起计算出不同供水管网节点上的压力估计值。
进一步的，参考如图3所示，上述的步骤三中将供水管网的整体的漏水量分别分配到不同的供水管网的节点上，该过程具体还包括如下的步骤：
第一步、将供水管网的整体的漏水量分别平均分配到不同的供水管网的节点上。
第二步、对于供水管网的不同的节点，分别为其设置不同的优先级，供水管网节点的使用时间越长，供水管网节点对应的优先级越高。
第三步、按照各个供水管网节点的优先级的不同，分别对平均分配到供水管网节点上的漏水量进行修正，供水管网节点的优先级越高，其对应的漏水量越多。
具体的，在步骤三中，考虑到供水管网的各个节点上的漏水量与供水管网节点的已经使用的时间紧密相关，当供水管网节点的使用时间越久时，则供水管网节点出现漏水的可能性越大，对应的漏水量也会越多，当供水管网节点的使用时间相对较短时，则供水管网节点出现漏水的可能性相对较小，对应的漏水量也会相对较少，举例如当供水管网节点为新建时，则可以认为供水管网节点上的漏水量为0，步骤三基于供水管网节点的使用时间为其设置优先级，并最终实现将供水管网的整体的漏水量分别分配到不同的供水管网的节点上，不同供水管网节点的漏水量和相应的供水管网节点的用水需求量一起计算出不同供水管网节点上的压力估计值。
进一步的，参考如图4所示，上述的步骤四中分别计算不同的供水管网节点的压力估计值，具体包括如下的步骤：
第一步、通过设置在供水管网的供水端上的智能压力传感器来获得供水管网的供水端的压力值。
第二步、使用压力损失计算公式，计算从供水管网的供水端到不同的供水管网的节点所损失的压力值ΔP，将该压力损失计算公式描述为：
ΔP＝10.67*L*C-1.85*D-4.87*Q1.85,其中，L为从供水管网的供水端到不同的供水管网节点的供水管道的长度，C为供水管道的摩擦系数，D为供水管道的内径，Q为供水管道内的流量。
第三步、从供水管网的供水端的压力值中减去上述损失的压力值ΔP，从而得到不同的供水管网节点上的压力估计值。
进一步的，上述供水管道内的流量Q的具体取值为供水管网节点的用水需求量与供水管网节点的漏水量之和。
具体的，步骤四中基于供水管网的供水端的压力值，通过使用压力损失计算公式，最终得到了供水管网的各个节点上的压力估计值，该压力估计值在后续步骤中用于计算其与供水管网节点的实际压力值的均方误差，在上述的步骤中已经将供水管网的整体漏水量分别分配到了不同的供水管网节点的基础上，该均方误差越小，则说明分配到供水管网节点上的漏水量的误差值越小，也即供水管网节点上的漏水量越接近实际的漏水情况，由此，最终才能够确定供水管网的各个节点上的漏水量。
进一步的，上述的步骤七中根据确定的供水管网的各个节点上的漏水量，当供水管网节点的漏水量大于***预先设定的漏水量阈值时，***推测该供水管网节点可能发生了内漏损耗，并且通过综合应用层发出包含该供水管网节点的位置信息在内的漏水提醒消息，通过上述的漏水提醒消息，能够使相关人员及时了解到供水管网中可能已经发生了漏水的节点，并且方便后续对漏水节点进行精准的检测和维修，进而保证供水质量。
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。
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，本申请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。
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。
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。
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。

Claims (7)

1.一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于：
所述智慧水务***包括数据采集层，数据管理层，以及综合应用层，所述数据采集层包括但不限于智能水表，智能压力传感器，智能水质检测仪，以及智能液位传感器，用来对供水相关数据进行采集，所述数据采集层还包括与以上描述的多种智能采集设备相连接的物联网采集终端，所述物联网采集终端收集来自智能采集设备的供水相关数据，并通过无线通信的方式将供水相关数据传输至所述数据管理层，所述数据管理层包括服务器，用来对来自物联网采集终端的供水相关数据进行分析处理，同时还向上为所述综合应用层提供各种应用服务，所述综合应用层包括电脑和移动设备；
所述智慧水务***的综合应用层提供的关于供水管网的漏水点检测的应用服务，具体包括如下的步骤：
S1、基于供水管网供水端的智能水表和供水管网终端的智能压力传感器分别统计出的连续若干个夜间的用水量，以及分别与用水量相对应的压力值，并进而获取供水管网内的整体的漏水量；
S2、依据供水管网的各个节点上的智能水表所统计的历史用水量，为供水管网的各个节点分别设置用水需求量；
S3、将S1中得到的供水管网的整体的漏水量，按照供水管网的各个节点的优先级的不同分别分配到所述各个节点上；
S4、对于上述的供水管网的各个节点，分别计算其上的压力估计值；
S5、通过设置在上述的供水管网的各个节点上的智能压力传感器，分别获取各个节点上的实际压力值，并结合S4中得到的供水管网的各个节点的压力估计值，计算实际压力值与压力估计值的均方误差；
S6、判断若步骤的执行次数已经超过***预先设定的执行次数阈值，或者S5中得到的均方误差已经小于***预先设定的均方误差阈值时，则确定与最小均方误差相对应的供水管网的各个节点上的漏水量，反之，则返回步骤S3继续执行；
S7、根据S6中确定的供水管网的各个节点上的漏水量，推测出可能发生内漏损耗的供水管网的节点的位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，所述智慧水务***的综合应用层提供的应用服务包括但不限于：实现远程无线抄表，自动统计用户的用水量，将用水费用信息推送给用户，实现对用水的预付费管理；将用户信息与智能水表信息进行绑定，并把用户信息和智能水表信息统一纳入线上管理；提供生成关于***数据的统计报表的功能；对于供水端的水量进行持续的监测，并对水量低于阈值的情况及时进行报警；针对包括供水管网的流量，水质，水压，及管道布线在内的供水管网信息进行线上的管理和分析，并能够准确地推测出供水管网的漏水点的位置。
3.根据权利要求1所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，S1中获取供水管网内的整体的漏水量，具体包括如下的步骤：
S11、获取供水管网供水端的智能水表和供水管网终端的智能压力传感器分别统计出的连续若干个夜间的用水量，以及分别与用水量相对应的压力值；
S12、分别对于与同一个上述的压力值相对应的多个用水量，选取其中最小的用水量，并将其作为供水管网内的整体的漏水量；
S13、依据不同的上述压力值，以及分别与上述压力值相对应的供水管网内的整体的漏水量，通过生成拟合曲线的方法，来得到压力值和与不同压力值相对应的供水管网内的整体的漏水量之间的关系。
4.根据权利要求1所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，S3中将供水管网的整体的漏水量分别分配到不同的供水管网的节点上，该过程具体包括如下的步骤：
S31、将供水管网的整体的漏水量分别平均分配到不同的供水管网的节点上；
S32、对于供水管网的不同的节点，分别为其设置不同的优先级，供水管网节点的使用时间越长，供水管网节点对应的优先级越高；
S33、按照各个供水管网节点的优先级的不同，分别对平均分配到供水管网节点上的漏水量进行修正，供水管网节点的优先级越高，其对应的漏水量越多。
5.根据权利要求1所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，S4中分别计算不同的供水管网节点的压力估计值，具体包括如下的步骤：
S41、通过设置在供水管网的供水端上的智能压力传感器来获得供水管网的供水端的压力值；
S42、使用压力损失计算公式，计算从供水管网的供水端到不同的供水管网的节点所损失的压力值ΔP，将该压力损失计算公式描述为：
ΔP＝10.67*L*C-1.85*D-4.87*Q1.85,其中，L为从供水管网的供水端到不同的供水管网节点的供水管道的长度，C为供水管道的摩擦系数，D为供水管道的内径，Q为供水管道内的流量；
S43、从供水管网的供水端的压力值中减去上述损失的压力值ΔP，从而得到不同的供水管网节点上的压力估计值。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，上述供水管道内的流量Q的具体取值为供水管网节点的用水需求量与供水管网节点的漏水量之和。
7.根据权利要求1所述的一种基于物联网无线传输的智慧水务***，其特征在于，S7根据确定的供水管网的各个节点上的漏水量，当供水管网节点的漏水量大于***预先设定的漏水量阈值时，***推测该供水管网节点可能发生了内漏损耗，并且通过综合应用层发出包含该供水管网节点的位置信息在内的漏水提醒消息。
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