用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统技术方案

本发明专利技术提供一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统包括后台服务器和若干个水位雨量采集装置；所述若干个水位雨量采集装置包括N1个分布在当前城市对应的河流区域内的第一水位雨量采集装置、N2个分布在当前城市对应的易涝区域内的第二水位雨量采集装置和N3个分布在前述易涝区域对应的排水管道内的第三水位雨量采集装置。本发明专利技术将城市对应的待监控区域划分为河流区域和易涝区域两类，根据不同区域的特性布设不同种类的水位雨量采集装置，并结合实际情况动态调整数据采集周期和数据发送周期，尽可能地减少采集装置的电量损耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统


[0001]本专利技术涉及城市洪涝监控领域，具体而言涉及一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统。

技术介绍

[0002]水情监测时水文行业最为基础也是最为重要的一项工作，目前有大量水情采集装置散落分布在户外，重点用于对水位和雨量进行实时监测，并且通过无线通讯系统发送回监测中心。
[0003]近年来，城市化发展带来了建筑物和人流的密集，除了有利于社会发展之外也带来了一些弊端，例如当暴雨降临时，城市的局部区域很容易出现内涝积水，给城市居民的生活带来了极大的不便。有研究人员提出，在城市内布设大量水情监测设备，实现对城市内水位和雨量的有效监控。然而这一技术方案在实际运行时遭遇了以下问题：
[0004]传统的监测装置分为：供电模块(铅酸电池+太阳能板辅充)+传感器+RTU+DTU。传统的监测设备采用12V供电，系统正常休眠功耗在2MA左右，系统可通过设置采用5分钟或者小时报的方式发送采集的数据。外置的DTU功耗为140MA，按照发送数据平均上电时间1分钟来计算，常规的电池只能连续15天阴雨，只能通过太阳能辅充的方式完成电量的供给。也就是说，当城市遭遇连绵暴雨时，布设在城市内的水情监测设备很容易因为电量耗尽导致监控失败，因为分布点场景各不相同且包含排水管道等不易维护的场景，每年消耗在这些水情设备上的维护成本也相当可观。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的在于提供一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，将城市对应的待监控区域划分为河流区域和易涝区域两类，根据不同区域的特性布设不同种类的水位雨量采集装置，并结合实际情况动态调整数据采集周期和数据发送周期，尽可能地减少采集装置的电量损耗；另外，提出一种具有全新工作原理的小型化控制主板，在确保数据上传效率的前提下，大幅降低整个采集装置的耗电量，使小容量蓄电池或轻便型充电电池也能够适配于本采集装置，继而大幅降低了整个采集装置的体积。
[0006]为达成上述目的，本专利技术提出一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述监控系统包括后台服务器和若干个水位雨量采集装置；
[0007]所述若干个水位雨量采集装置包括N1个分布在当前城市对应的河流区域内的第一水位雨量采集装置、N2个分布在当前城市对应的易涝区域内的第二水位雨量采集装置和N3个分布在前述易涝区域对应的排水管道内的第三水位雨量采集装置；所述N1、N2和N3为大于等于1的正整数；
[0008]所述N1个第一水位雨量采集装置用于按照第一采集周期采集河流区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池或非充电锂电池进行供电；所述N2个第二水位雨量采集装置用
于按照第二采集周期采集易涝区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第二发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池进行供电；所述N3个第三水位雨量采集装置用于按照第三采集周期采集排水管道的水位数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用非充电锂电池进行供电；
[0009]所述后台服务器周期性获取所有水位雨量采集装置发送的水位数据和雨量数据，计算得到各个区域的暴雨洪涝等级，并且以持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位为约束条件，以最佳匹配实际发送周期和对应区域的暴雨洪涝等级为优化目标，结合剩余降雨时长和第一水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第一发送周期，结合剩余排涝时长、第二水位雨量采集装置和第三水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第二发送周期和第三发送周期；
[0010]所述持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位是指，每个区域的水位数据的实际发送间隔时长不超过对应区域的预设间隔时长阈值。
[0011]进一步地，所述水位雨量采集装置包括电池组件、电压转换电路、升压电路、降压电路、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、MCU组件、雨量计控制电路、数据存储器、参数存储器、水位压力传感器的控制电路、水位压力传感器的通讯电路、蓝牙通讯模块和4G通讯模块；
[0012]所述电池组件通过电压转换电路与MCU组件、雨量计控制电路分别连接，电压转换电路用于将电池组件输出的第一工作电压转换成第二工作电压，提供给MCU组件和雨量计控制电路；
[0013]所述电池组件通过第一电子开关与蓝牙通讯模块连接，第一电子开关根据MUC组件下发的控制指令切换通断状态；
[0014]所述电池组件通过第二电子开关分别与数据存储器、参数存储器和水位压力传感器通讯电路连接，第二电子开关根据MUC组件下发的控制指令切换通断状态；所述参数存储器用于存储监控中心经蓝牙通讯模块发送的采集装置相关的各项运行参数；所述数据存储器中包括历史数据库、当前周期数据库和补发送数据库；所述历史数据库用于存储已发送数据，补发送数据库用于存储发送失败的数据；
[0015]所述电池组件依次通过第三电子开关、升压电路与水位压力传感器的控制电路连接，第三电子开关根据MUC组件下发的控制指令切换通断状态，升压电路用于将电池组件输出的第一工作电压转换成第三工作电压提供给水位压力传感器的控制电路；
[0016]所述电池组件依次通过第四电子开关、降压电路与4G通讯模块连接，第四电子开关根据MUC组件下发的控制指令切换通断状态，降压电路用于将电池组件输出的第一工作电压转换成第四工作电压提供给4G通讯模块；
[0017]所述MCU组件根据参数存储器中存储的各项运行参数进行参数设置，其中，MCU组件的初始状态为休眠状态；在参数设置完成后，所述MCU组件根据预设唤醒周期分别下发包括数据采集、数据存储在内的控制指令集合，控制雨量计和水位压力传感器分别进行雨量数据和水位数据的采集，将采集结果存储至数据存储器的当前周期数据库，以及在电池组件剩余电量满足预设电量阈值时，按照预设发送周期将当前周期数据库和补发送数据库中的采集结果经由4G通讯模块发送至后台服务器，并根据发送结果将数据存入历史数据库或
补发送数据库；
[0018]其中，MCU组件和雨量计控制电路在对应控制指令完成后立即进入休眠状态，第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关在与其连接的功能组件完成对应控制指令后立刻恢复切断状态。
[0019]进一步地，所述MCU组件处于休眠状态，周期性唤醒以分别下发包括参数设置、数据采集、数据存储和数据发送在内的控制指令集合是指：
[0020](1)当控制指令集合为水位数据采集时：MCU组件连通第三电子开关，使电池组件提供水位压力传感器的控制电路正常工作所需第三工作电压，MCU组件下发水位采集指令至水位压力传感器的控制电路，驱使水位压力传感器对水位数据进行采集；并且根据预设采集周期连通第二电子开关，通过水位压力传感器的通讯电路获取采集到的水位数据采集结果；
[0021](2)当控制指令集合为雨量数据采集时：MCU组件下发雨量采集本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述监控系统包括后台服务器和若干个水位雨量采集装置；所述若干个水位雨量采集装置包括N1个分布在当前城市对应的河流区域内的第一水位雨量采集装置、N2个分布在当前城市对应的易涝区域内的第二水位雨量采集装置和N3个分布在前述易涝区域对应的排水管道内的第三水位雨量采集装置；所述N1、N2和N3为大于等于1的正整数；所述N1个第一水位雨量采集装置用于按照第一采集周期采集河流区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池或非充电锂电池进行供电；所述N2个第二水位雨量采集装置用于按照第二采集周期采集易涝区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第二发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池进行供电；所述N3个第三水位雨量采集装置用于按照第三采集周期采集排水管道的水位数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用非充电锂电池进行供电；所述后台服务器周期性获取所有水位雨量采集装置发送的水位数据和雨量数据，计算得到各个区域的暴雨洪涝等级，并且以持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位为约束条件，以最佳匹配实际发送周期和对应区域的暴雨洪涝等级为优化目标，结合剩余降雨时长和第一水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第一发送周期，结合剩余排涝时长、第二水位雨量采集装置和第三水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第二发送周期和第三发送周期；所述持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位是指，每个区域的水位数据的实际发送间隔时长不超过对应区域的预设间隔时长阈值。2.根据权利要求1所述的用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述水位雨量采集装置包括电池组件、电压转换电路、升压电路、降压电路、第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关、MCU组件、雨量计控制电路、数据存储器、参数存储器、水位压力传感器的控制电路、水位压力传感器的通讯电路、蓝牙通讯模块和4G通讯模块；所述电池组件通过电压转换电路与MCU组件、雨量计控制电路分别连接，电压转换电路用于将电池组件输出的第一工作电压转换成第二工作电压，提供给MCU组件和雨量计控制电路；所述电池组件分别通过第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关、第四电子开关与四条支路连接，对四条支路进行独立控制；所述四条支路包括：(1)蓝牙通讯模块组成的第一支路；(2)数据存储器、参数存储器和水位压力传感器通讯电路并联后构成的第二支路；(3)升压电路与水位压力传感器的控制电路串联后构成的第三支路；(3)降压电路与4G通讯模块串联后构成的第四支路；所述MCU组件的初始状态为休眠状态；所述MCU组件根据预设唤醒周期分别下发包括数据采集、数据存储在内的控制指令集合，控制雨量计和水位压力传感器分别进行雨量数据和水位数据的采集，将采集结果存储至数据存储器的当前周期数据库，以及在电池组件剩余电量满足预设电量阈值时，按照预设发送周期将当前周期数据库和补发送数据库中的采集结果经由4G通讯模块发送至后台服务器，并根据发送结果将数据存入历史数据库或补发
送数据库；其中，MCU组件和雨量计控制电路在对应控制指令完成后立即进入休眠状态，第一电子开关、第二电子开关、第三电子开关和第四电子开关在与其连接的功能组件完成对应控制指令后立刻恢复切断状态。3.根据权利要求2所述的用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述降压电路包括分压单元、关断和逻辑控制单元、MOS管驱动单元、第一MOS管、第二MOS管、比较器和输出电压采样单元；所述输出电压采样单元包括相互串联的第三电阻和第四电阻，第四电阻不与第三电阻连接的一段接地，第三电阻不与第四电阻连接的一端通过第一MOS管连接至电池组件的输出端；所述第三电阻与第四电阻的连接端输出信号被定义成输出电压采样信号；所述输出电压采样信号和参考电压信号分别连接至比较器的两个输入端，比较器的输出端通过MOS管驱动单元连接至第一MOS管的栅极，比较器对输出电压采样信号和参考电压信号进行比较，根据比较结果采用MOS管驱动单元不断切换第一MOS管的通断状态，结合并联在负载端的保持电容使输出电压维持在设定输出值；所述分压单元包括相互串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻远离第二电阻的一端连接至电池组件，第二电阻远离第一电阻的一端接地，分压单元用于对电池组件的输出电压进行分压，得到使能电压，将使能电压输入至关断和逻辑控制单元；所述关断和逻辑控制单元将使能电压与参考电压进行比对，如果使能电压大于参考电压，则输出低电平信号至第二MOS管的栅极，使第二MOS管处于导通状态，拉低输出电压至0v；否则，输出高电平信号值第二MOS管的栅极，使第二MOS管处于切断状态，使输出电压维持在设定输出值。4.根据权利要求1或者2所述的用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述后台服务器结合剩余降...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，嵇海祥，李承，高军，谈晓珊，陆云扬，耿彬彬，周亚平，任庆海，杨俊杰，崔松云，吕飞翔，陈翠，孙万里，
申请(专利权)人：水利部南京水利水文自动化研究所，
类型：发明
国别省市：