[发明专利]基于人工智能和物联网的城市智慧水务数字化管理系统

权利要求书

1.一种基于人工智能和物联网的城市智慧水务数字化管理系统，其特征在于：包括供水管线统计模块、供水管线基本参数获取模块、供水管线检测点布设模块、供水数据库、检测点管壁内外压力检测模块、检测点水流量检测模块、建模分析模块、管理服务器和后台显示终端；

所述供水管线统计模块用于统计城市供水管网中存在的供水管线数量，并将统计的各条供水管线按照预定义的顺序进行编号，分别标记为1,2...i...n；

所述供水管线基本参数获取模块用于对统计的各条供水管线分别获取其对应的供水厂名称、管线长度和供水区域用户数量，并将获取的各条供水管线对应的供水厂名称、供水线长度和供水区域用户数量构成供水管线基本参数集合G_w(g_w1,g_w2,…,g_wi,...,g_wn)，g_wi表示为第i条供水管线的基本参数对应的数值，w表示为基本参数，w＝e1,e2,e3,分别表示为供水厂名称、供水线长度、供水区域用户数量，供水管线基本参数获取模块将供水管线基本参数集合分别发送至供水管线检测点布设模块、建模分析模块和管理服务器；

所述供水管线检测点布设模块接收供水管线基本参数获取模块发送的供水管线基本参数集合，并从供水管线基本参数集合中分别提取各条供水管线对应的管线长度，进而将各条供水管线在对应的管线长度上布设若干检测点，同时对各条供水管线上布设的各检测点按照距离该条供水管线起点的距离由近到远的顺序进行编号，分别标记为1,2...j...m；

所述检测点管壁内外压力检测模块包括若干压力检测单元，其分别安装在各条供水管线上布设的各检测点位置处，用于分别检测各检测点的内壁压力和外壁压力，并将检测到的各条供水管线上各检测点的内壁压力构成供水管线检测点内壁压力集合F_内i(f_内ⁱ1,f_内ⁱ2,...,f_内ⁱj,...,f_内ⁱm)，f_内ⁱj表示为第i条供水管线上第j个检测点的内壁压力，同时将检测到的各条供水管线上各检测点的外壁压力构成供水管线检测点外壁压力集合F_外i(f_外ⁱ1,f_外ⁱ2,...,f_外ⁱj,...,f_外ⁱm)，f_外ⁱj表示为第i条供水管线上第j个检测点的外壁压力，检测点管壁内外压力检测模块将供水管线检测点内壁压力集合和供水管线检测点外壁压力集合发送至建模分析模块；

所述检测点水流量检测模块包括若干水流量计，其分别安装在各条供水管线上布设的各检测点位置处，用于检测各条供水管线上各检测点的水流量，并将检测到的各条供水管线上各检测点的水流量构成供水管线检测点水流量集合Q_i(q_i1,q_i2,...,q_ij,...,q_im)，q_i1表示为第i条供水管线上第1个检测点的水流量，该检测点记为起始端，q_ij表示为第i条供水管线上第j个检测点的水流量，q_im表示为第i条供水管线上第m个检测点的水流量,该检测点记为终末端，检测点水流量检测模块将供水管线检测点水流量集合发送至建模分析模块；

所述建模分析模块接收检测点管壁内外压力检测模块发送的供水管线检测点内壁压力集合和供水管线检测点外壁压力集合，并将供水管线检测点内壁压力集合中同一条供水管线上各检测点的内壁压力与该检测点相邻的下一个检测点的内壁压力进行对比，得到各条供水管线相邻检测点的内壁压力差，构成供水管线相邻检测点内壁压力差集合ΔF_内i[Δf_内ⁱ1,Δf_内ⁱ2,...,Δf_内ⁱj,...,Δf_内ⁱ(m-1)]，Δf_内ⁱj表示为第i条供水管线上第j+1个检测点的内壁压力与第j个检测点的内壁压力之间的差值，与此同时将供水管线检测点外壁压力集合中同一条供水管线上各检测点的外壁压力与该检测点相邻的下一个检测点的外壁压力进行对比，得到各条供水管线相邻检测点的外壁压力差，构成供水管线相邻检测点外壁压力差集合ΔF_外i[Δf_外ⁱ1,Δf_外ⁱ2,…,Δf_外ⁱj,…,Δf_外ⁱ(m-1)]，Δf_外ⁱj表示为第i条供水管线上第j+1个检测点的外壁压力与第j个检测点的外壁压力之间的差值，此时分别将供水管线相邻检测点内壁压力差集合和供水管线相邻检测点外壁压力差集合与供水数据库中供水管线相邻检测点内壁安全压力差和供水管线相邻检测点外壁安全压力差进行对比，若某条供水管线上某相邻检测点的内壁压力差大于供水管线相邻检测点内壁安全压力差，则表明该条供水管线上该相邻检测点之间存在内壁爆裂危险，该供水管线记为内壁危险供水管线，该相邻检测点均记为内壁危险检测点，若某条供水管线上某相邻检测点的外壁压力差大于供水管线相邻检测点外壁安全压力差，则表明该条供水管线上该相邻检测点之间存在外壁爆裂危险，该供水管线记为外壁危险供水管线，该相邻检测点均记为外壁危险检测点，此时统计内壁危险供水管线编号及其对应的内壁危险检测点编号和外壁危险供水管线编号及其对应的外壁危险检测点编号，并发送至管理服务器；

所述建模分析模块还分别接收供水管线基本参数获取模块发送的供水管线基本参数集合和检测点水流量检测模块发送的供水管线检测点水流量集合，并从供水管线基本参数集合中提取各条供水管线对应的供水区域用户数量，以此将各条供水管线对应的供水区域用户数量分别与供水数据库中各种供水用户数量对应的供水管线标准供应水流量进行对比，由此得到各条供水管线对应的标准供应水流量，进而调节各条供水管线的水阀，使调节后的各条供水管线的供应水流量满足该供水管线对应的标准供应水流量，与此同时将供水管线检测点水流量集合与各条供水管线对应的标准供应水流量进行对比，得到供水管线检测点水流量对比集合ΔQ_i(Δq_i1,Δq_i2,...,Δq_ij,...,Δq_im)，Δq_ij表示为第i条供水管线上第j个检测点的水流量与该条供水管线对应的标准供应水流量之间的对比差值，记为第i条供水管线上第j个检测点对应的水流量对比差值，若某条供水管线上某检测点对应的水流量对比差值的绝对值大于预设值，则表明检测点可能存在堵塞或泄露，该检测点记为水流量故障检测点，该条供水管线记为水流量故障供水管线，此时统计水流量故障供水管线对应的水流量故障检测点编号，并发送至管理服务器；

同时，建模分析模块还对各条供水管线对应的供水有效系数进行统计，其具体统计方法执行以下步骤：

S1：从供水管线检测点水流量集合中分别提取各条供水管线起始端对应的水流量和终末端对应的水流量；

S2：根据预设的水供应时间段分别统计各条供水管线起始端和终末端在预设的水供应时间段对应的供水量：

S3：将各条供水管线起始端和终末端在预设的水供应时间段内对应的供水量进行对比，以此统计各条供水管线对应的供水有效系数，并发送至管理服务器；

所述管理服务器接收供水管线基本参数获取模块发送的供水管线基本参数集合，并接收建模分析模块发送的内壁危险供水管线编号及其对应的内壁危险检测点编号、外壁危险供水管线编号及其对应的外壁危险检测点编号、水流量故障供水管线编号及其对应的水流量故障检测点和各条供水管线对应的供水有效系数，进而根据接收的内壁危险供水管线编号和外壁危险供水管线编号，从供水管线基本参数集合中筛选出内壁危险供水管线和外壁危险供水管线对应的供水厂名称，以此通知该供水厂停止供水，同时将内壁危险供水管线对应的内壁危险检测点编号、外壁危险供水管线对应的外壁危险检测点编号和水流量故障供水管线对应的水流量故障检测点编号发送至后台显示终端，与此同时从供水管线基本参数集合中提取各条供水管线对应的管线长度，以此从供水数据库中筛查出各条供水管线对应的标准供水有效系数，从而将各条供水管线对应的供水有效系数与各条供水管线对应的标准供水有效系数进行对比，若某条供水管线对应的供水有效系数小于该条供水管线对应的标准供水有效系数，则表明该条供水管线供水不足，此时统计供水不足对应的供水管线编号，并发送至后台显示终端；

所述后台显示终端接收管理服务器发送的内壁危险供水管线对应的内壁危险检测点编号、外壁危险供水管线对应的外壁危险检测点编号、水流量故障供水管线对应的水流量故障检测点编号和供水不足对应的供水管线编号，并进行显示；

所述各条供水管线起始端在预设的时间段内对应的供水量的计算公式为X_i＝q_i1*T,X_i表示为第i条供水管线的起始端在预设的水供应时间段内对应的供水量，q_i1表示为第i条供水管线的起始端对应的水流量，T表示为预设的水供应时间段，各条供水管线终末端在预设的水供应时间段内对应的供水量的计算公式为X′_i＝q_im*T,X′_i表示为第i条供水管线的终末端在预设的水供应时间段内对应的供水量，q_im表示为第i条供水管线的终末端对应的水流量；

所述各条供水管线对应的供水有效系数的计算公式为表示为第i条供水管线对应的供水有效系数。