一种海绵城市河道水位采集系统论文和设计-聂加斌

全文摘要

本实用新型适用于水处理领域，提供了一种海绵城市河道水位采集系统，包括多个设置在内河道和外河道的压力水位传感器、变送器、数据线、集线器、数据转换器和处理器；内河道的压力水位传感器位于同一液面高度，外河道的压力水位传感器位于同一液面高度，且内河道与外河道的压力水位传感器的液面高度之间设置有预设水位差；多个设置在内河道和外河道的压力水位传感器分别电连接于第一变送器和第二变送器，第一变送器和第二变送器分别通过数据线电连接至相应的集线器，集线器电连接至所述数据转换器，且所述数据转换器电连接至处理器。通过多个压力水位传感器精确采集水位值以及多次确定和计算最终得出的水位值更加精确。

设计方案

1.一种海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，包括：多个设置在内河道的压力水位传感器、多个设置在外河道的压力水位传感器、变送器、数据线、集线器、数据转换器和处理器；其中，

多个设置在内河道的压力水位传感器位于同一液面高度，多个设置在外河道的压力水位传感器位于同一液面高度，且内河道的压力水位传感器与外河道的压力水位传感器的液面高度之间设置有预设水位差；

多个设置在内河道的压力水位传感器电连接于第一变送器，多个设置在外河道的压力水位传感器电连接于第二变送器，所述第一变送器和第二变送器分别通过数据线电连接至相应的集线器，所述集线器电连接至所述数据转换器，且所述数据转换器电连接至处理器。

2.如权利要求1所述的海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，所述内河道设置至少两个压力水位传感器，所述外河道设置至少两个压力水位传感器。

3.如权利要求1所述的海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，所述内河道设置三个压力水位传感器，所述外河道设置两个压力水位传感器，其中，

所述内河道中流区域两侧底部设置两个压力水位传感器，另一个压力水位传感器设置在内河道、靠近内河道和外河道之间的拦坝位置；所述外河道靠近所述拦坝区域设置两个压力水位传感器。

4.如权利要求1所述的海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，所述内河道和外河道底部均预埋有密封管路，所述密封管路的一端位于所述内河道和外河道底部，所述密封管路的另一端延伸至所述内河道和外河道外部的城市地面。

5.如权利要求3所述的海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，位于内河道的所述压力水位传感器的周围设置有第一保护装置，所述第一保护装置包括四个相互连接的第一保护板，且四个所述第一保护板连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的锐角沿水流方向设置，且所述第一保护板从河床竖直延伸至所述压力水位传感器的顶部。

6.如权利要求3所述的海绵城市河道水位采集系统，其特征在于，位于外河道的所述压力水位传感器的周围设置有第二保护装置，所述第二保护装置包括四个相互连接的第二保护板，且四个所述第二保护板连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的钝角沿水流方向设置，且所述第二保护板从河床竖直延伸至所述压力水位传感器的顶部。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于水处理技术领域，尤其涉及一种海绵城市河道水位采集系统。

背景技术

海绵城市具有良好的弹性，相对于利用下水道排水的城市，其蓄水、吸水、净水能力强。

海绵城市包括城市内河道和城市外河道，一般情况下由于城市外河道为自然主河道，通常水位的高低主要受到自然环境的变化而发生变化，而城市内河道的水位高低通常为人工治理形成的河道，为了保证海绵城市的要求，需要对城市内河道的水位进行检测，从而控制城市内河道的水位高度。目前，通常采用的方法是对河道两侧的岸边分别设置有水位线，通过在水位线设置刻度线以及对应的传感器，通过不同传感器采集到水位以此给出相应的信息给处理器，由处理器读取相应的数值，从而得出相应的水位深度。

然而，不管城市内河道还是城市外河道，如果水面一直处理风平浪静时，通过传感器采集的水位高度是相对准确的，但是，大部分城市内河道和外河道会因为自然因素：如上游水流的流动速度、天气等原因以及人为因素：如行船等都会造成城市内河道和外河道出现大幅波动，那么，此时采集的水位高度就是一个不准确的高度，将会影响处理器对河道水位的判断，无法及时有效地进行处理，从而保证内河道的水位，使其达到海绵城市的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种海绵城市河道水位采集系统，旨在解决现有技术中采集水位高度不准确的问题。

本实用新型实施例提供了一种海绵城市河道水位采集系统，包括：多个设置在内河道的压力水位传感器、多个设置在外河道的压力水位传感器、变送器、数据线、集线器、数据转换器和处理器；其中，

更进一步地，所述内河道设置至少两个压力水位传感器，所述外河道设置至少两个压力水位传感器。

更进一步地，所述内河道设置三个压力水位传感器，所述外河道设置两个压力水位传感器，其中：

更进一步地，所述内河道和外河道底部均预埋有密封管路，所述密封管路的一端位于所述内河道和外河道底部，所述密封管路的另一端延伸至所述内河道和外河道外部的城市地面。

更进一步地，位于内河道的所述压力水位传感器的周围设置有第一保护装置，所述第一保护装置包括四个相互连接的保护板，且四个所述保护板连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的锐角沿水流方向设置，且所述保护板从河床竖直延伸至所述压力水位传感器的顶部。

更进一步地，位于外河道的所述压力水位传感器的周围设置有第二保护装置，所述第二保护装置包括四个相互连接的保护板，且四个所述保护板连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的的钝角沿水流方向设置，且所述保护板从河床竖直延伸至所述压力水位传感器的顶部。

与现有技术相比，本实用新型实施例具有以下有益效果：

本实用新型实施例提供了一种海绵城市河道水位采集系统，应用于海绵城市，所述海绵城市包括内河道以及相连的外河道，其中，所述系统包括多个设置在内河道的压力水位传感器、多个设置在外河道的压力水位传感器、变送器、数据线、集线器、数据转换器和处理器。本实用新型实施例，通过分别设置内河道和外河道设置的多个压力水位传感器采集的水位值，进而根据当前采集的水位值获取待定水位值，从而计算出当前的水位值。通过多个压力水位传感器精确采集水位值以及多次确定和计算最终得出的水位值更加精确。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的一种海绵城市河道水位采集系统的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的一种海绵城市河道水位采集系统的应用场景示意图；

图3是本实用新型实施例提供的压力水位传感器的保护装置的俯视结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种海绵城市河道水位采集系统的水位采集方法流程示意图；

图5是本实用新型实施例提供的图4中步骤S200的一种详细流程示意图；

图6是本实用新型实施例提供的图4中步骤S200的另一种详细流程示意图；

图7是本实用新型实施例提供的图4中步骤S300的详细流程示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例提供的一种海绵城市河道水位采集方法应用于海绵城市，具体的应用于海绵城市河道水位采集系统，其中，海绵城市包括内河道和外河道，通常内河道为人工挖设的河道，内河道的入水口为部分外河道引水，外河道为天然河道，且内河道的入水口连通至外河道。本申请通过多个设置于内河道和外河道的压力水位传感器采集的内河道水位值，来确定与之相匹配的往年平均值或历史值，从而提出采集数据中不正确的数据，进而得到精确的水位高度。为了实现本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集方法，以下将对本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集系统进行说明。

参见图1，为本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集系统的系统框图。

如图1所示，本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集系统，包括多个设置在内河道的压力水位传感器、多个设置在外河道的压力水位传感器、变送器、数据线、集线器、数据转换器和处理器；其中，多个设置在内河道的压力水位传感器位于同一液面高度，多个设置在外河道的压力水位传感器位于同一液面高度，且内河道的压力水位传感器与外河道的压力水位传感器的液面高度之间设置有预设水位差；多个设置在内河道的压力水位传感器电连接于第一变送器，多个设置在外河道的压力水位传感器电连接于第二变送器，所述第一变送器和第二变送器分别通过数据线电连接至相应的集线器，所述集线器电连接至所述数据转换器，且所述数据转换器电连接至处理器。

在具体实施过程中，所述内河道设置至少两个压力水位传感器，所述外河道设置至少两个压力水位传感器。本申请以附图2所示的场景示意图为例进行详细说明。

如图2所示，本申请实施例提供的海绵城市河道水位采集系统，所述内河道设置三个压力水位传感器，分别为第一压力水位传感器11、第二压力水位传感器12和第三压力水位传感器13，所述外河道设置两个压力水位传感器，分别为第四压力水位传感器14和第五压力水位传感器15，其中，所述内河道中流区域两侧底部设置第一压力水位传感器11和第二压力水位传感器12，第三压力水位传感器13设置在内河道、靠近内河道和外河道之间的拦坝a位置；所述外河道内、靠近所述拦坝a区域设置第四压力水位传感器14和第五压力水位传感器15。

另外，在具体实施过程中，所述内河道和外河道底部均预埋有密封管路，所述密封管路的一端位于所述内河道和外河道底部，所述密封管路的另一端延伸至所述内河道和外河道外部的城市地面。

在具体实施过程中，可以参照附图3所示的保护装置的俯视结构示意图，如图3所示，分别提出了内河道和河道对应的保护装置的结构示意图。具体的，位于内河道的所述压力水位传感器b1的周围设置有第一保护装置，所述第一保护装置包括四个相互连接的第一保护板e1，且四个所述第一保护板e1连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的锐角沿水流方向设置，且所述第一保护板e1 从河床竖直延伸至所述压力水位传感器b1的顶部。通过第一保护板e1的结构保证在水流动或水浪比较大的情况下对支撑固定压力水位传感器b1的支撑杆起到一定保护作用，避免支撑杆和压力水位传感器b1收到影响而晃动，从而影响压力水位传感器b1采集竖直的准确性；同时，菱形结构的锐角沿着水流方向上设置，这样能够最大限度的降低水流对其的冲击力，从而降低第一保护装置的阻力，保证其稳固性。

另外，位于外河道的所述压力水位传感器b2的周围设置有第二保护装置，所述第二保护装置包括四个相互连接的第二保护板e2，且四个所述第二保护板 e2连接呈菱形结构，所述菱形结构的相对的的钝角沿水流方向设置，且所述第二保护板e2从河床竖直延伸至所述压力水位传感器b2的顶部。通过第二保护板e2的结构保证在水流动或水浪比较大的情况下对支撑固定压力水位传感器 b2的支撑杆起到一定保护作用，避免支撑杆和压力水位传感器b2收到影响而晃动，从而影响压力水位传感器b2采集竖直的准确性；同时，由于外河道的压力水位传感器b2通常设置在河道边缘，此时外河道水流对其影响较小，一般是横向波浪对其影响较大，因此需要菱形结构的钝角沿着水流方向上设置，使得相对的锐角形成的连接线与外河道水流方向垂直设置，这样能够最大限度的降低水流对其的冲击力，从而降低第一保护装置的阻力，保证其稳固性。

结合上述对海绵城市河道水位采集系统的描述，本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集系统的水位采集方法可参见图4所示的实施方式。

如图4所示，本实用新型实施例提供的海绵城市河道水位采集方法包括如下步骤：

在步骤S100中，获取内河道多个压力水位传感器采集的内河道水位值，以及外河道多个压力水位传感器采集的外河道水位值。

具体实施过程中，内河道可以设置两个或三个压力水位传感器，外河道至少设置两个压力水位传感器，通过水对压力水位传感器的压力值，十压力水位传感器获取相应的水位数据。具体的，压力水位传感器距离河床设置一定距离，当前压力水位传感器根据水面对压力水位传感器的压力值测定水面到压力水位传感器的高度，进而根据该高度与预设的压力水位传感器距离河床设置一定距离之和，得到该压力水位传感器测得的内河道水位值和外河道水位值。

在步骤S200中，根据所述压力水位传感器采集的内河道水位值和外河道水位值，得到待定内河道水位值和待定外河道水位值。

具体实施过程中，待定内河道水位值或待定外河道水位值可以为多个压力水位传感器采集的内河道水位值或外河道水位值中的其中一个压力水位传感器采集的内河道水位值或外河道水位值，也可以为设置于内河道中多个压力水位传感器采集的内河道水位值的平均值，或，设置于外河道中多个压力水位传感器采集的外河道水位值的平均值。

在步骤S300中，根据所述待定内河道水位值和待定外河道水位值计算当前内河道水位值和当前外河道水位值。

具体实施过程中，由于已经得到待定内河道水位值和待定外河道水位值，那么当前内河道水位值或当前外河道水位值可以为一段时间获得的待定内河道水位值的平均值或待定外河道水位值的平均值，当然，也可以确定一段时间获取的多个待定内河道水位值或多个待定外河道水位值中不符合标准的值，从而求取剩余的所有待定内河道水位值或所有待定外河道水位值的平均值。

其中，参见图5所示，步骤S200进一步包括：

步骤S201：获取同一季节内河道每个压力水位传感器采集的内河道水位值的平均值范围，以及同一季节外河道每个压力水位传感器采集的河道外水位值的平均值范围。

具体实施过程中，由于压力水位传感器长期工作，因此，当步骤S100获取道内河道水位值和外河道水位值时，则可以调取同一季节内每一个压力水位传感器采集的内河道水位值的平均值范围和河道外水位值的平均值范围。例如：河道内设置有两个压力水位传感器，河道外设置有两个压力水位传感器，则以前一年度(如2018年)4-6月份每一个压力水位传感器采集的水位值取其平均值，从而可以获得两个压力水位传感器的水位值，以此得到其内河道水位值的平均值范围和河道外水位值的平均值范围。当然，以上仅为示例性实施方式，也可以分别取连续两三年的同一季节水位值，取其中一个最大水位值和一个做小水位值，从而达到其相应的平均值范围。具体在此不详细阐述。

步骤S202：判断内河道多个压力水位传感器采集的每个内河道水位值是否在对应平均值范围内，以及外河道多个压力水位传感器采集的每个外河道水位值是否在平均值范围内。如果是，则执行步骤S203，如果否则执行步骤S204。

步骤S203：则确定内河道多个压力水位传感器采集的内河道水位值的平均值为待定内河道水位值，以及确定外河道多个压力水位传感器采集的外河道水位值的平均值为待定外河道水位值。

通常情况下，同一季节中内河道和外河道中的水位值基本上差异不大。因此，当判断该压力水位传感器采集的内河道水位值或外河道水位值均在步骤 S202确定的该压力水位传感器对应的内河道水位值的平均值范围或河道外水位值的平均值范围，则分别计算内河道和外河道中对应的压力水位传感器采集的内河道水位值的平均值或外河道水位值的平均值，将其作为计算当前水位值的待定水位值。

步骤S204：如果否，则确定在平均值范围内的内河道水位值为待定内河道水位值，以及确定在平均值范围内的外河道水位值为待定外河道水位值。

通常情况下，同一季节中内河道和外河道中的水位值基本上差异不大。因此，当判断该压力水位传感器采集的内河道水位值或外河道水位值均在步骤 S202确定的该压力水位传感器对应的内河道水位值的平均值范围或河道外水位值的平均值范围，则表示该压力水位传感器采集的内河道水位值或外河道水位值属于正常范围，可以将其采用作为计算当前内河道水位值的待定水位值。否则，可能是该压力水位传感器出现故障或者因为内河道或外河道波浪太大的因素造成采集水位值不准确，即可舍去。

具体实施过程中，内河道和外河道可以设置为两个压力水位传感器，也可以设置为三个或四个压力水位传感器，当内河道和外河道均设置至少三个压力水位传感器时，如果内河道至少三个压力水位传感器采集的其中至少两个内河道水位值在平均值范围内，则至少两个内河道水位值的平均值为待定内河道水位值。如果外河道至少三个压力水位传感器采集的其中至少两个外河道水位值在平均值范围内，则至少两个外河道水位值的平均值为待定外河道水位值。

同时可参见图6所示，该步骤S200进一步包括：

在步骤S205中，获取同一季节内河道压力水位传感器的内河道平均水位值连续波动图，以及同一季节外河道压力水位传感器的外河道平均水位值连续波动图。

具体实施过程中，每一个压力水位传感器均会采集一段时间的水位值，将该时间点与水位值建立相应坐标系，并将连续时间下的每一个水位值连接形成水位值连续波动图；本申请中，可以根据同一季节中内河道压力水位传感器和外河道压力水位传感器连续时间下内河道平均水位值和外河道平均水位值，从而得到相应的内河道平均水位值连续波动图和外河道平均水位值连续波动图。

在步骤S206中，拟合内河道每个压力水位传感器采集的内河道水位值连续波动图与对应同一季节内河道平均水位值连续波动图，以及拟合外河道每个压力水位传感器采集的外河道水位值连续波动图与对应同一季节外河道平均水位值连续波动图。

具体实施过程中，也需要根据连续时间下内河道和外河道中每一个压力水位传感器采集的水位值得到相应的内河道水位值连续波动图和外河道水位值连续波动图，从而将两条连续波动图进行拟合，根据拟合度确定待定水位值。

在步骤S207中，判断拟合度是否大于预设值。

具体实施过程中，两条连续波动图的拟合度大小均会有一个拟合度值，如果两条连续波动图的拟合度相近，即表示压力水位传感器采集的内河道水位值与外河道水位值可以采用作为计算当前内河道水位值和当前外河道水位值的待定内河道水位值和待定外河道水位值。因此，根据两条连续波动图拟合度的最小值作为该预设值，例如：链条连续波动图的拟合度为0.9时，即可表示该水位值作为待定水位值，则可以将该预设值设置为0.9。

在步骤S208中，则拟合度大于预设值对应的内河道压力水位传感器采集的内河道水位值为待定内河道水位值，以及拟合度大于预设值对应的外河道压力水位传感器采集的外河道水位值为待定外河道水位值。

在具体实施过程中，以第一压力水位传感器和第二压力水位传感器为采集的2018年同一季节的河道内水位值，且分别获取2014年至2017年连续四年的水位值连续波动图，从而将四年的水位值连续波动图中同一时间点采集的水位值求其平均值，进而将每一时间点的平均水位直连线形成平均水位值连续波动图；进而将第一压力水位传感器采集的一段时间内的河道内水位值连续波动图与同一季节内第一压力水位传感器对应的平均水位值连续波动图进行拟合，将第二压力水位传感器采集的一段时间内的河道内水位值连续波动图与同一季节内第二压力水位传感器对应的平均水位值连续波动图进行拟合，分别得到对应的拟合曲线，根据拟合曲线得到相应的拟合度，以确定该拟合度与预设值之间的大小，从而确定待定内河道水位值。当然，对于待定外河道水位值得确定方式在此不详细阐述，可参照上述实施方式，在此不详细阐述。

另外，在具体实施过程中，通常会由于外河道的风浪大，连续波动图的波动较大等原因，本申请实施例中，内河道水位值连续波动图与对应同一季节内河道平均水位值连续波动图的拟合度预设值，可以设置为小于外河道水位值连续波动图与对应同一季节外河道平均水位值连续波动图拟合度预设值。例如，将内河道压力水位传感器对应的拟合度预设值设置为0.9，则外河道压力水位传感器对应的拟合度预设值设置为0.92-0.95。

另外，可参见附图7，上述步骤300，进一步包括以下步骤。

在步骤S301中，获取预设时间内每一个时间点的待定内河道水位值和待定外河道水位值。

具体实施过程中，通常压力水位传感器会每隔一段时间采集一次水位值，例如每5秒采集一次水位值，每3分钟计算一次当前水位值(通常情况下，水位上升或下降均会有一定趋势，不会快速发生，如果每秒都计算当前水位值，将造成巨大的资源浪费)，因此可以将预设时间设置为3分钟，每5秒或者是 5秒的倍数如10秒、20秒作为一个时间点，以20秒为例进行说明，从而获取该3分钟内每20秒的待定内河道水位值和待定外河道水位值。

在步骤S302中，计算待定内河道水位值和待定外河道水位值的浮动比率。

具体实施过程中，分别计算前后两个时间点的待定内河道水位值和待定外河道水位值之间的浮动比率，以计算待定内河道水位值的浮动比率为例，该浮动比率可以为后一时间点的待定内河道水位值与前一时间点的待定内河道水位值的差值，并用该差值与前一时间点的待定内河道水位值作商得到的百分比，即为该浮动比率，具体在此不详细阐述。

在步骤S303中，如果所述浮动比率超过预设值，则去除对应时间点的待定内河道水位值和待定外河道水位值。

因为在确定待定内河道水位值和待定外河道水位值的时候，很有可能虽然压力水位传感器损坏，但河道内水位值与河道外水位值仍然可能被确定为待定河道内数位值或待定河道外水位值，因此可通过判断两个时间点采集的相邻的两个水位值之间的浮动比率剔除可能被误认为是待定河道内水位值和待定和岛外水位值的数据。由于浮动比率较大的话，则对应该时间点的待定河道水位值将不作为计算当前内河道水位值的基础值，由于水位高度变化一般情况下是一个连续的过程，因此可通过步骤S302计算得出的浮动比率判断该浮动比率是否超出预设值，来去除对应时间点的待定内河道水位值和待定外河道水位值。

具体实施过程中，根据不同季节水位上升的趋势可能会有所不同，因此，该浮动比率的预设值可以为10％至20％，具体的，在旱季时可以将浮动比率的预设值设置为10％，在雨季时可以将浮动比率的预设值设置为20％，其他季节可以设置为15％。

在步骤S304中，计算去除后剩余待定内河道水位值和待定外河道水位值的平均值，得到内河道平均水位值和外河道平均水位值。

当步骤S303中去除了对应时间点的待定内河道水位值和待定外河道水位值后，预设时间内其他时间点对应的待定内河道水位值或待定外河道水位值可以求得其内河道和外河道平均水位值，从而作为当前内河道水位值和当前外河道水位值。

在步骤S305中，确定所述内河道平均水位值和外河道平均水位值为当前内河道水位值和当前外河道水位值。

采用本申请实施例提供的实施方式，能够进一步对待定内河道水位值和待定外河道水位值进行进一步筛选和剔除，从而能够得到全部有效的与时间点对应的待定内河道水位值和待定外河道水位值，从而能够有效计算出更加准确和精确的当前内河道水位值和当前外河道水位值，从而对于如何控制内河道和外河道之间的水闸装置及排水装置的精确工作，有效控制内河道水位高度持续不变提供精准控制的基础。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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