CN116664107A - 一种水利工程用智能防汛***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利工程用智能防汛***及方法，涉及水利工程防汛技术领域，包括中转模块、水源监测仪、设备监测模块和管理模块；其中管理模块信号连接有手机终端，手机终端内设有注册登录模块和位置采集单元，本发明一方面通过采集数据定时监测河流内的防汛情况，实现数据整合判断防汛情况，判断的防汛状态更加精准，另一方面通过采集数据对采集数据的装置进行故障远程监控，以实现精准定位故障和精准推送故障设备的位置信息，实现智能化远程故障维护的功能。

Description

一种水利工程用智能防汛***及方法

技术领域

本发明涉及水利工程防汛技术领域，尤其涉及一种水利工程用智能防汛***及方法。

背景技术

我国是洪水多发地带，特别是夏季，水汛严重，无论是城市还是农村，当出现洪水泛滥时，所造成的破坏和损失是难以估量的，当江河、湖泊、水库等水位高过堤坝或者洪水冲垮堤坝时，固堤筑坝是人们常用的抗洪方式。临时性的固堤筑坝主要方式是把内部填装有泥土、黄沙或石子的防汛沙袋堆叠起来。

现有的水利工程用智能防汛***在使用中虽然能够对河流出现洪水前的大部分预兆进行详细的监测，但是有的单一的出现某种情况并不能确定为洪汛即将发生，这就导致了现有的水利工程用智能防汛***不能够将洪水出现前的各种征兆数据采集后无法将其进行整合，更无法对其进行详细的分析，容易导致出现错误信息，使得防汛问题判断的不够精准。

针对上述的技术缺陷，现提出一种解决方案。

发明内容

本发明的目的是一方面通过采集数据定时监测河流内的防汛情况，实现数据整合判断防汛情况，判断的防汛状态更加精准，另一方面通过采集数据对采集数据的装置进行故障远程监控，以实现精准定位故障和精准推送故障设备的位置信息，实现智能化远程故障维护的功能。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种水利工程用智能防汛***，包括中转模块、水源监测仪、设备监测模块和管理模块；中转模块分别与管理模块、水源监测仪和设备监测模块通信连接；

控制管理模块定时的向中转模块发射监测指令，当中转模块接收到监测指令后立即控制水源监测仪感应获取预设时间内的河道实时数据，中转模块还将预设时间内的河道实时数据进行打包生成待检测包；还将生成的待检测包发送至管理模块和设备监测模块；

管理模块接收到待检测包后，对待检测包内的数据进行解压，且将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作；

同时设备监测模块接收待检测包对其进行模型筛选处理并生成异常偏差因子，将异常偏差因子与预设因子进行比较，当异常偏差因子大于预设因子时，则生成标记信号，当标记信号产生后则将此水源监测仪标记为故障设备，当故障设备被标记后，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端。

进一步的，水源监模测块感应获取的河道实时数据包括水位高度、水体透明度和噪音响度；其中水位高度通过水源监模测块中的水位传感器感应采集，水体透明度通过水源监模测块中的感光传感器感应采集，噪音响度由水源监模测块中的噪音计感应采集。

进一步的，管理模块的具体工作步骤如下：

Sa：将预设时间内的水位高度均值、水体透明度均值和噪音响度均值分别标记为Q、W和E；则水位高度、水体透明度，噪音响度的预设区间的最大值和最小值分别为qmax、wmax，emax和qmi n、wmi n，emi n；

Sb：当qmi n≤Q≤qmax、wmi n≤W≤wmax且emi n≤E≤emax时，则生成正常信号，表示设备正常运行；

Sc：当Q＜qmi nQ或Q＞qmax、E＜wmi n或＞wEmax，E＜emi nE或E≤emax时，则生成警报信号。

进一步的，设备监测模块的模型筛选处理的步骤如下：

将待检测包进行解压并提取其内同类型的任意数值，且将同类型的任意数值代入到与之对应的数值清洗模型中进行筛选以获取到中端数值集合和尖端数值集合；

再分别提取中端数值集合和尖端数值集合中分别的总时间，且将尖端数值集合的总时间比上中端数值集合的总时间得到占比值，占比值越大，则说明尖端数值集合中的异常值越多，则间接反应水源监测仪对应元件出现的故障功率越高；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的占比值分别和与之对应的权重因子进行相乘，再将相乘的积进行相加得到水源监测仪的筛分划分值；

权重因子为水位高度、水体透明度，噪音响度的重要占比指数，通常三个权重因子相加等于1；

筛分划分值用于初步量化整合其内数值，以达到预判设备是否出现故障；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值分别标记为QH、WH和EH；

获取水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值对应的基准比较值分别标记为Qh、Wh和Eh；

则设获取预设周期内i个待检测包；再经累积公式得到异常偏差因子；其中i的取值范围为1、2、3……n，n为正整数。

进一步的，则累积公式为

其中A为异常偏差因子，QHi为第i个待检测包中水位高度的筛分划分值，WHi为第i个待检测包中水体透明度的筛分划分值，EHi为第i个待检测包中噪音响度的筛分划分值，Qh i为第i个待检测包中水位高度对应的基准比较值，Wh i为第i个待检测包中水体透明度对应的基准比较值，Eh i为第i个待检测包中噪音响度对应的基准比较值；其中k1、k2和k3均为权重参数。

进一步的，数值清洗模型的具体过程如下：

提取任意相邻的三个数值，将中间数值分别与相邻的两个数值进行相减后计算得到两个差值，将两个差值的绝对值进行相加并平均得到均值差，再将均值差和与之对应的预设差值进行比较，当均值差小于预设差值时，则将此中间数值归纳到中端数值集合内，当均值差大于等于预设差值时，则将此中间数值归纳到尖端数值集合内。

进一步的，管理模块还信号连接有手机终端，手机终端内设有注册登录模块和位置采集单元，注册登录模块用于工作人员注册信息并通过手机终端将注册信息发送到管理模块进行储存，管理模块接收到工作人员的注册信息后将接收时刻标记注册时刻，工作人员还通过手机终端的注册登录模块录入故障设备的位置信息并发送到设备监测模块内储存；其中工作人员注册信息包括姓名、年龄、身份证号和维修时长。

进一步的，位置采集单元通过工作人员的手机终端授权后，手机终端内的位置传感器实时采集工作人员的位置信息并发送给设备监测模块。

进一步的，设备监测模块匹配推荐的具体过程如下：

获取工作人员的位置信息，以工作人员位置信息中的位置为中心，获取预设范围内的若干故障设备，再通过故障设备对应的异常偏差因子对其进行从大到小排序，分别获取排序前三的故障设备以及故障设备与工作人员的路径距离；获取排序前三中路径距离最短的故障设备后，将此标记为特选故障设备，且将特选故障设备的位置信息发送到工作人员的手机终端进行显示。

一种水利工程用智能防汛方法，具体方法步骤如下：

预先输入水源监测仪的位置信息和工作人员的注册信息，同时采集单个和多个水源监测仪处预设时间内的河道实时数据，再将预设时间内的河道实时数据打包形成待检测包，以防止数据传输过程中丢失，同时将待检测包发送再进行双路分析，其中一路将待检测包内的数据进行解压，再将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作，表明河道内水源出现问题；其中另一路则对接收的多组待检测包进行解压分析生成异常偏差因子，通过异常偏差因子判断生成标记信号，通过标记信号标记故障的水源监测仪，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

预先输入水源监测仪的位置信息和工作人员的注册信息，同时采集单个和多个水源监测仪处预设时间内的河道实时数据，再将预设时间内的河道实时数据打包形成待检测包，以防止数据传输过程中丢失，同时将待检测包发送再进行双路分析，其中一路将待检测包内的数据进行解压，再将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作，表明河道内水源出现问题；其中另一路则对接收的多组待检测包进行解压分析生成异常偏差因子，通过异常偏差因子判断生成标记信号，通过标记信号标记故障的水源监测仪，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端，本发明一方面通过采集数据定时监测河流内的防汛情况，实现数据整合判断防汛情况，判断的防汛状态更加精准，另一方面通过采集数据对采集数据的装置进行故障远程监控，以实现精准定位故障和精准推送故障设备的位置信息，实现智能化远程故障维护的功能。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明

图1示出了本发明的第一流程框图；

图2示出了本发明的第二流程框图。

具体实施方式

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、完整的描述，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，一种水利工程用智能防汛***，包括中转模块、水源监测仪、设备监测模块和管理模块；中转模块分别与管理模块、水源监测仪和设备监测模块通信连接；管理模块还信号连接有手机终端，手机终端内设有注册登录模块和位置采集单元，注册登录模块用于工作人员注册信息并通过手机终端将注册信息发送到管理模块进行储存，管理模块接收到工作人员的注册信息后将接收时刻标记注册时刻，工作人员还通过手机终端的注册登录模块录入故障设备的位置信息并发送到设备监测模块内储存；其中工作人员注册信息包括姓名、年龄、身份证号和维修时长；

工作原理如下：

步骤一：工作人员通过注册登录模块注册信息，并通过手机终端将注册信息发送到管理模块进行储存，管理模块接收到工作人员的注册信息后将接收时刻标记注册时刻，工作人员还通过手机终端的注册登录模块录入故障设备的位置信息并发送到设备监测模块内储存；

步骤二：控制管理模块定时的向中转模块发射监测指令，当中转模块接收到监测指令后立即控制水源监测仪感应获取预设时间内的河道实时数据，中转模块将反馈预设时间内的河道实时数据进行打包生成待检测包；再将生成的待检测包发送至管理模块和设备监测模块；

其中水源监模测块感应获取的河道实时数据包括水位高度、水体透明度和噪音响度；其中水位高度通过水源监模测块中的水位传感器感应采集，水体透明度通过水源监模测块中的感光传感器感应采集，噪音响度由水源监模测块中的噪音计感应采集；当水位高度过大和噪音响度过高时会出现洪汛现象，当水位高度过低和噪音响度过低时，会出现干旱问题；当水体透明度较高时，说明水质含的有机物较少，不利于鱼类生长，当水体透明度较低时，则说明水质含的有机物较多，不利于鱼类生长；

步骤三：管理模块接收到待检测包后，对其内的数据进行解压，且将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，

即将预设时间内的水位高度均值、水体透明度均值和噪音响度均值分别标记为Q、W和E；则水位高度、水体透明度，噪音响度的预设区间的最大值和最小值分别为qmax、wmax，emax和qmi n、wmi n，emi n；

当qmi n≤Q≤qmax、wmi n≤W≤wmax且emi n≤E≤emax时，则生成正常信号，表示设备正常运行，此时不进行处理；

当Q＜qmi nQ或Q＞qmax、E＜wmi n或＞wEmax，E＜emi nE或E≤emax时，则生成警报信号；当生成警报信号后进行警报处理操作，警报处理操作以直接编辑文本发送到工作人员手机终端的方式，直接提醒工作人员水源出现异常及时进行处理；

步骤四：在管设备监测模块接收待检测包对其进行模型筛选处理并生成异常偏差因子；其中模型筛选处理的具体过程如下：

将待检测包进行解压并提取其内同类型的任意数值，且将同类型的任意数值代入到与之对应的数值清洗模型中进行筛选以获取到中端数值集合和尖端数值集合；

将待检测包内同类数值代入到清洗模型中进行清洗的过程如下：

提取任意相邻的三个数值，将中间数值分别与相邻的两个数值进行相减后计算得到两个差值，将两个差值的绝对值进行相加并平均得到均值差，再将均值差和与之对应的预设差值进行比较，当均值差小于预设差值时，则将此中间数值归纳到中端数值集合内，当均值差大于等于预设差值时，则将此中间数值归纳到尖端数值集合内；

再分别提取中端数值集合和尖端数值集合中分别的总时间，且将尖端数值集合的总时间比上中端数值集合的总时间得到占比值，占比值越大，则说明尖端数值集合中的异常值越多，则间接反应水源监测仪对应元件出现的故障功率越高；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的占比值分别和与之对应的权重因子进行相乘，再将相乘的积进行相加得到水源监测仪的筛分划分值。

权重因子为水位高度、水体透明度，噪音响度的重要占比指数，通常三个权重因子相加等于1；

筛分划分值用于初步量化整合其内数值，以达到预判设备是否出现故障；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值分别标记为QH、WH和EH；

获取水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值对应的基准比较值分别标记为Qh、Wh和Eh；

则设获取预设周期内i个待检测包；则经累积公式得到异常偏差因子A；其中i的取值范围为1、2、3……n，n为正整数；

其中A为异常偏差因子，QH i为第i个待检测包中水位高度的筛分划分值，WH i为第i个待检测包中水体透明度的筛分划分值，EH i为第i个待检测包中噪音响度的筛分划分值，Qh i为第i个待检测包中水位高度对应的基准比较值，Wh i为第i个待检测包中水体透明度对应的基准比较值，Eh i为第i个待检测包中噪音响度对应的基准比较值；其中k1、k2和k3均为权重参数，权重参数用于划分水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值的重要占比，以达到更加精准模拟输出；且k1+k2+k3＝1，k1＞k2＞k3；异常偏差因子用于整体性预判水源监测仪是否需要更换；

再将异常偏差因子与预设因子进行比较，当异常偏差因子大于预设因子时，则生成标记信号，当标记信号产生后则将此水源监测仪标记为故障设备，当故障设备被标记后，获取故障设备的位置信息后，再获取工作人员的位置信息，以工作人员位置信息中的位置为中心，获取预设范围内的若干故障设备，再通过故障设备对应的异常偏差因子对其进行从大到小排序，分别获取排序前三的故障设备以及故障设备与工作人员的路径距离；获取排序前三中路径距离最短的故障设备后，将此标记为特选故障设备，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端，

以实现水源监测仪的故障提醒和故障位置精准匹配推荐，实现高效维护；

综合上述技术方案，预先输入水源监测仪的位置信息和工作人员的注册信息，同时采集单个和多个水源监测仪处预设时间内的河道实时数据，再将预设时间内的河道实时数据打包形成待检测包，以防止数据传输过程中丢失，同时将待检测包发送再进行双路分析，其中一路将待检测包内的数据进行解压，再将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作，表明河道内水源出现问题；其中另一路则对接收的多组待检测包进行解压分析生成异常偏差因子，通过异常偏差因子判断生成标记信号，通过标记信号标记故障的水源监测仪，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端，本发明一方面通过采集数据定时监测河流内的防汛情况，实现数据整合判断防汛情况，判断的防汛状态更加精准，另一方面通过采集数据对采集数据的装置进行故障远程监控，以实现精准定位故障和精准推送故障设备的位置信息，实现智能化远程故障维护的功能。

上述公式均是去量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最近真实情况的一个公式，公式中的预设参数由本领域的技术人员根据实际情况的最优值缩小80％—90％进行预设，以达到模糊比较判断的作用；以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，包括中转模块、水源监测仪、设备监测模块和管理模块；中转模块分别与管理模块、水源监测仪和设备监测模块通信连接；

控制管理模块定时的向中转模块发射监测指令，当中转模块接收到监测指令后立即控制水源监测仪感应获取预设时间内的河道实时数据，中转模块还将预设时间内的河道实时数据进行打包生成待检测包；还将生成的待检测包发送至管理模块和设备监测模块；

管理模块接收到待检测包后，对待检测包内的数据进行解压，且将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作；

同时设备监测模块接收待检测包对其进行模型筛选处理并生成异常偏差因子，将异常偏差因子与预设因子进行比较，当异常偏差因子大于预设因子时，则生成标记信号，当标记信号产生后则将此水源监测仪标记为故障设备，当故障设备被标记后，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端。

2.根据权利要求1所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，水源监模测块感应获取的河道实时数据包括水位高度、水体透明度和噪音响度；其中水位高度通过水源监模测块中的水位传感器感应采集，水体透明度通过水源监模测块中的感光传感器感应采集，噪音响度由水源监模测块中的噪音计感应采集。

3.根据权利要求2所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，管理模块的具体工作步骤如下：

Sa：将预设时间内的水位高度均值、水体透明度均值和噪音响度均值分别标记为Q、W和E；则水位高度、水体透明度，噪音响度的预设区间的最大值和最小值分别为qmax、wmax，emax和qmin、wmin，emin；

Sb：当qmin≤Q≤qmax、wmin≤W≤wmax且emin≤E≤emax时，则生成正常信号，表示设备正常运行；

Sc：当Q＜qminQ或Q＞qmax、E＜wmin或＞wEmax，E＜eminE或E≤emax时，则生成警报信号。

4.根据权利要求2所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，设备监测模块的模型筛选处理的步骤如下：

将待检测包进行解压并提取其内同类型的任意数值，且将同类型的任意数值代入到与之对应的数值清洗模型中进行筛选以获取到中端数值集合和尖端数值集合；

再分别提取中端数值集合和尖端数值集合中分别的总时间，且将尖端数值集合的总时间比上中端数值集合的总时间得到占比值，占比值越大，则说明尖端数值集合中的异常值越多，则间接反应水源监测仪对应元件出现的故障功率越高；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的占比值分别和与之对应的权重因子进行相乘，再将相乘的积进行相加得到水源监测仪的筛分划分值；

权重因子为水位高度、水体透明度，噪音响度的重要占比指数，通常三个权重因子相加等于1；

筛分划分值用于初步量化整合其内数值，以达到预判设备是否出现故障；

再将水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值分别标记为QH、WH和EH；

获取水位高度、水体透明度，噪音响度的筛分划分值对应的基准比较值分别标记为Qh、Wh和Eh；

则设获取预设周期内i个待检测包；再经累积公式得到异常偏差因子；其中i的取值范围为1、2、3……n，n为正整数。

5.根据权利要求4所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，则累积公式为

其中A为异常偏差因子，QHi为第i个待检测包中水位高度的筛分划分值，WHi为第i个待检测包中水体透明度的筛分划分值，EHi为第i个待检测包中噪音响度的筛分划分值，Qhi为第i个待检测包中水位高度对应的基准比较值，Whi为第i个待检测包中水体透明度对应的基准比较值，Ehi为第i个待检测包中噪音响度对应的基准比较值；其中k1、k2和k3均为权重参数。

6.根据权利要求4所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，数值清洗模型的具体过程如下：

提取任意相邻的三个数值，将中间数值分别与相邻的两个数值进行相减后计算得到两个差值，将两个差值的绝对值进行相加并平均得到均值差，再将均值差和与之对应的预设差值进行比较，当均值差小于预设差值时，则将此中间数值归纳到中端数值集合内，当均值差大于等于预设差值时，则将此中间数值归纳到尖端数值集合内。

7.根据权利要求1所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，管理模块还信号连接有手机终端，手机终端内设有注册登录模块和位置采集单元，注册登录模块用于工作人员注册信息并通过手机终端将注册信息发送到管理模块进行储存，管理模块接收到工作人员的注册信息后将接收时刻标记注册时刻，工作人员还通过手机终端的注册登录模块录入故障设备的位置信息并发送到设备监测模块内储存；其中工作人员注册信息包括姓名、年龄、身份证号和维修时长。

8.根据权利要求7所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，位置采集单元通过工作人员的手机终端授权后，手机终端内的位置传感器实时采集工作人员的位置信息并发送给设备监测模块。

9.根据权利要求7所述的一种水利工程用智能防汛***，其特征在于，设备监测模块匹配推荐的具体过程如下：

获取工作人员的位置信息，以工作人员位置信息中的位置为中心，获取预设范围内的若干故障设备，再通过故障设备对应的异常偏差因子对其进行从大到小排序，分别获取排序前三的故障设备以及故障设备与工作人员的路径距离；获取排序前三中路径距离最短的故障设备后，将此标记为特选故障设备，且将特选故障设备的位置信息发送到工作人员的手机终端进行显示。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种水利工程用智能防汛方法，其特征在于，具体方法步骤如下：

预先输入水源监测仪的位置信息和工作人员的注册信息，同时采集单个和多个水源监测仪处预设时间内的河道实时数据，再将预设时间内的河道实时数据打包形成待检测包，以防止数据传输过程中丢失，同时将待检测包发送再进行双路分析，其中一路将待检测包内的数据进行解压，再将其内数值的均值分别和与之对应的预设区间进行比较，当待检测包的实时数据均在预设区间内时，则生成正常信号，表示设备正常运行；反之，则生成警报信号，当生成警报信号后进行警报处理操作，表明河道内水源出现问题；其中另一路则对接收的多组待检测包进行解压分析生成异常偏差因子，通过异常偏差因子判断生成标记信号，通过标记信号标记故障的水源监测仪，并获取故障设备的位置信息和工作人员的位置信息后，将其故障设备的位置信息与工作人员的位置信息进行自动匹配推荐以生成特选故障设备，再将特选故障设备的位置信息发送到对应工作人员的手机终端。