[发明专利]一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法及装置

权利要求书

1.一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，建立所述排水管网的传感器网络；

步骤2，通过传感器网络实时监测排水管网采集传感器数据；

步骤3，建立排水管网的内涝预警模型；

建立排水管网的内涝预警模型的方法为以下步骤，

步骤3.1，间隔抽样水流量数据的抽样x1(t)、水压数据的抽样x2(t)、液位数据的抽样x3(t)，t是离散时间变量，即抽样间隔；

步骤3.2，求出水流量的趋势值的模型y1(n)，

步骤3.3，求出水压的趋势值的模型y2(n)，

步骤3.4，求出液位的趋势值的模型y3(n)，

其中，n是用于观测数据的窗长，u(x)为单位阶跃函数，即u(x)的取值范围为

步骤3.5，将水流量、水压、液位的物理量数据xi(h)(i＝1,2,3)进行映射变换，h是当前时间，

参数k决定了信号变化的最大或最小的上升或下降速率，综合以上步骤3.2到步骤3.4中的趋势值模型，得到排水管网的内涝预警模型如下：

式中，sg(x)为表示并计算趋势值的信号的正、负两种变化趋势的符号函数，

其中，d1(n)、d2(n)与d3(n)分别为映射变换后的水流量、水压、液位的物理量数据；

步骤4，根据内涝预警模型处理传感器数据得到趋势值判断是否发出预警信息；

步骤5，推送预警信息给城市管理者。

2.根据权利要求1所述的一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法，其特征在于，在步骤1中，所述排水管网的传感器网络包括多个监测点和监测预警服务器，在排水管网每隔20～100米设置一个监测点，节点将管线连接在一起，监测点还设置在配水管网中的交叉点、排水点、分流器、储水点、外部进入排水的点，监测点之间通过有线网络通信，所述监测点包括水流量传感器、水压传感器、液位传感器，监测点用于采集排水管网运行过程中的各个监测点位置的水流量、水压、液位的物理量数据，并将物理量数据存储到预警数据库，所述监测预警服务器包括监测预警系统与预警数据库，所述监测预警系统用于处理监测点采集的数据，预警数据库用于存储设置监测点采集的数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法，其特征在于，在步骤2中，传感器数据包括水流量、水压、液位的物理量数据，通过水流量传感器、水压传感器、液位传感器进行采集。

4.根据权利要求1所述的一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法，其特征在于，在步骤4中，根据内涝预警模型处理传感器数据得到趋势值判断是否发出预警信息的方法为，通过内涝预警模型处理水流量、水压、液位的物理量数据得到趋势值，判断趋势值为正趋势或负趋势判断是否发生内涝，即当趋势值为正数时判定为正常，当趋势值为负数时判定为异常并发出预警信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于排水管网监测的城市内涝预警方法，其特征在于，在步骤5中，推送预警信息给城市管理者的方法为，将信息通过因特网推送到城市管理者或者环境监测人员的移动设备的应用系统或者台式电脑的操作系统的应用软件中，所述移动设备的应用系统包括安卓与IOS系统的应用软件。

6.一种基于排水管网监测的城市内涝预警装置，其特征在于，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：

数据实时监测单元，用于通过传感器网络实时监测排水管网采集传感器数据；

内涝预警建模单元，用于建立排水管网的内涝预警模型；

建立排水管网的内涝预警模型的方法为以下步骤，

步骤3.1，间隔抽样水流量数据的抽样x1(t)、水压数据的抽样x2(t)、液位数据的抽样x3(t)，t是离散时间变量，即抽样间隔；

步骤3.2，求出水流量的趋势值的模型y1(n)，

步骤3.3，求出水压的趋势值的模型y2(n)，

步骤3.4，求出液位的趋势值的模型y3(n)，

其中，n是用于观测数据的窗长，u(x)为单位阶跃函数，即u(x)的取值范围为

步骤3.5，将水流量、水压、液位的物理量数据xi(h)(i＝1,2,3)进行映射变换，h是当前时间，

参数k决定了信号变化的最大或最小的上升或下降速率，综合以上步骤3.2到步骤3.4中的趋势值模型，得到排水管网的内涝预警模型如下：

式中，sg(x)为表示并计算趋势值的信号的正、负两种变化趋势的符号函数，

其中，d1(n)、d2(n)与d3(n)分别为映射变换后的水流量、水压、液位的物理量数据；

趋势预警单元，用于根据内涝预警模型处理传感器数据得到趋势值判断是否发出预警信息；

预警信息推送单元，用于推送预警信息给城市管理者。