一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统技术方案

一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，该系统包括基于GIS的径流模拟和控制主机、气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、通讯模块、智能控制器、雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、加压下渗装置等。本实用新型专利技术根据各种参数对雨洪灾害进行科学预警和报警并采用应对措施，降低建筑区或建筑物雨洪灾害受灾风险。

Intelligent rainwater system based on runoff simulation and multi-sensor monitoring

A smart rainwater system based on runoff simulation and multi-sensor monitoring is presented. The system includes a runoff simulation and control host based on GIS, a meteorological forecast and runoff satellite monitoring server, a distributed small meteorological station, a vertical rainfall monitor, a mobile rainfall radar, an infrared video monitor, an evaporation meter, a rainwater pipe network flow monitor, an on-line water quality monitor, and air. Quality Monitor, Radar Rainfall Monitor, Saturation Monitor in Infiltration Area, Water Level Monitor in Storage Area, Shallow Groundwater Level Monitor, Surface Runoff Monitor, Waterproof UAV with Speed Buoy, Optical Fiber Temperature Sensing System, Optical Fiber Pressure Sensing System, Communication Module, Intelligent Controller, Water Supply Point of Rainwater Utilization Facility, High Rainwater Hydraulic Power Generation Module, Submersible Transp Pump feeding, pressure infiltration device, etc. The utility model scientifically warns and alarms rainstorm and flood disasters according to various parameters, and adopts corresponding measures to reduce the disaster risk of rainstorm and flood disasters in building areas or buildings.

【技术实现步骤摘要】
一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统
本技术涉及一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统。
技术介绍
海绵城市监测设施：目前的海绵城市监测设施基于物联网、自动和远程监测技术、通信及计算机网络技术、空间地理信息技术、物联网技术、云计算技术，实现海绵城市建设系统信息化管理、自动化监测、实时化调度、科学化决策、网络化办公、规范化服务，为城市水安全、水环境、水资源、水生态的治理保护和开发利用提供了智慧化的管理手段。然而，目前针对海绵设施的基于GIS的径流模拟与实际的监测措施之间缺乏直接的关联和反馈，往往是模拟和监测脱节，一般在项目的设计阶段进行模拟，一旦模拟完成，监测和控制过程中就依据模拟的结果进行监测和控制，实时的监测结果不再反馈至模拟模型，使得基于GIS的径流模拟无法在系统进行中实时更新参数以使得模拟结果与实际运行工况更加接近，导致实际运行工况与模拟结果差异较大。如果基于GIS的径流模拟能够实时获取监测系统的参数，那么可大大提高模拟的精度，进一步的，基于模拟结果和监测参数制定相应的控制策略、设定科学的运行模式，并基于设定的运行模式对海绵设施进行控制也可显著提升海绵设施的运行效率。目前的海绵城市监测措施主要监测以下内容：1）雨量监测，监测不同区域的降雨情况，提供准确的降雨数据，支持海绵城市设施效能分析及考核评估。2）海绵体监测，通过对人工湖、景观河、蓄水池等重要海绵体进行水位和水质监测，掌握雨水蓄积状况、确定再生利用方式。3）排水设施监测，在道路历史积水区域布设水位监测点，监测积水情况，及时应对城市内涝；在项目排出口监测排水量，掌握项目建成区的径流量控制效果；在排水管网的关键节点进行液位、流量监测，作为过程监测数据，为运行评估及风险预警提供依据。4）气温、地下水监测，布设温度和地下水监测点并实施在线监测，了解气温变化趋势，对热岛效应进行定量化考核；了解地下水水位、水质变化，评估海绵城市水资源保护成果。5）河道水系监测，在线监测河道关键断面的水量和水质指标，作为水环境、水安全质量考核的依据。但以上常规监测措施无法全面、实时反映海绵设施的工况，需要引入新的监测传感器、摄像头等进行更多数据的采集与监测。比如，基于物联网的智能土壤墒情监测系统。该系统能精确测量各种不同土壤不同剖面的水分含量，水势和田间持水量，并可精确测量土壤饱和含水量和作物凋萎含水量。可用于土壤墒情连续监测、地下水埋深连续监测、旱涝灾害监测。利用该系统可作为下渗区饱和度监测器进行土壤饱和度的测量。多种手段实时监测雨情。城市天气预报的雨情常常与局部的雨情有较大误差，需要利用局部小型气象站进行气象和雨情参数校准式测量。而现有的分布式小型气象站常用的翻斗式或者虹吸式雨量计和称重式雨量计都需要通过圆筒承水器收集下落的雨水，而强风时雨水受风力影响有较大水平位移无法自然下落，这些分布式小型气象站自带的雨量计误差较大。所以，对于海绵设施所在的局部地区进行雨量测试需要引入新的方法。并且，由于风对降雨的影响，降雨经常会发生侧向运动落在建筑物的立面，这部分落在立面上的雨水最终也会形成地表径流，特别是高层建筑和超高层建筑的立面展开面积要远大于其投影面积，所以需要对建筑物立面的雨水进行监测，而现有的垂直开口向上的监测设备难以满足需要。在大雨或暴雨时，由于雨水排水设施满溢，常可以看到城市道路甚至主干道雨水奔涌，在雨水管和雨水沟里面预置的流量、流速传感器仅能测量雨水管和雨水沟里面的流量，实际的地表径流量无法监测，相应的海绵设施、防灾措施的调控就缺乏重要的数据（地表径流量）。而在偶尔成为泄洪通道的道路上设置流量传感器显然难度较大，也不够经济，日常维护也非常麻烦，而临时派出监测人员使用移动式监测设施的效率和安全性都不够理想，所以，需要有新的高效安全测量地表临时泄洪通道的方法。海绵城市设施由于与水环境紧密结合，除了发挥渗、蓄、滞、净、用、排的作用外，还应在洪涝灾害发生时发挥先进完善的模拟系统、传感器系统和控制措施的优势，发挥防灾减灾作用。然而，现有的海绵设施由于没有配置相关执行机构，缺乏这方面的功能，所以，也需要完善海绵设施的防灾减灾组件和运行策略。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，包括基于GIS的径流模拟和控制主机、气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、通讯模块、智能控制器、雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝、云服务器及云监控平台和变频双向加压泵，所述基于GIS的径流模拟和控制主机分别与气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、云服务器及云监控平台相连，所述云服务器及云监控平台与通讯模块相连，所述通讯模块与智能控制器相连，所述智能控制器分别与雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、变频双向加压泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝相连。进一步，所述分布式小型气象站可测量温湿度、雨量、太阳辐射强度和风速参数。由于大风对于降雨的方向有较大影响，大风时降雨难以落入开口朝上的翻斗式雨量计等常规雨量计，所以当气象站测量到风速偏高时（风速>8.0米/秒），基于GIS的径流模拟和控制主机就放弃使用分布式小型气象站测得的雨量数据，而使用立面雨情监测器和雷达雨量监测仪测得的雨量数据。进一步，所述气象预报及径流卫星监测服务器可自动实时收集气象台站发布的气象预报（包括降雨预报、温湿度、风速和太阳辐射预报等）和空气质量预报，并可实时连线径流监测卫星（具有地表径流监测功能的遥感卫星、气象卫星）获取地表径流量的图像和数据，并将气象和径流数据传输至基于GIS的径流模拟和控制主机。进一步，所述立面雨情监测器，即在建筑物立面设小型雨水沟截留立面上的雨水至雨量测量容器，根据雨水沟所截留的面积和雨量容器内的雨水量可计算立面上的降雨强度。进一步，所述移动式降雨雷达可采用降雨雷达车。根据雨情监测的需要灵活设定降雨雷达车的工作位置。比如，夏季的热雷雨是由于太阳剧烈照射导致近地面空气膨胀形成抬升导致发生对流运动，多在午后形成，傍晚消失，持续时间较短，在多普勒雷达上显示则是零零散散的块状回波（雷暴单体），寿命一般不超过40分钟。热雷雨短时形成、预报难度很大，无法从天气预报提前获知本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，其特征在于：包括基于GIS的径流模拟和控制主机、气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、通讯模块、智能控制器、雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝、云服务器及云监控平台和变频双向加压泵，所述基于GIS的径流模拟和控制主机分别与气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、云服务器及云监控平台相连，所述云服务器及云监控平台与通讯模块相连，所述通讯模块与智能控制器相连，所述智能控制器分别与雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、变频双向加压泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝相连。...

【技术特征摘要】
1.一种基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，其特征在于：包括基于GIS的径流模拟和控制主机、气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、通讯模块、智能控制器、雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝、云服务器及云监控平台和变频双向加压泵，所述基于GIS的径流模拟和控制主机分别与气象预报及径流卫星监测服务器、分布式小型气象站、立面雨情监测器、移动式降雨雷达、红外视频监测仪、蒸发测量仪、雨水管网流量监测仪、水质在线监测仪、空气质量监测仪、雷达雨量监测仪、下渗区饱和度监测器、蓄积区水位监测仪、浅层地下水位监测仪、地表径流量监测仪、带测速浮标防水无人机、光纤温度传感系统、光纤压力传感系统、云服务器及云监控平台相连，所述云服务器及云监控平台与通讯模块相连，所述通讯模块与智能控制器相连，所述智能控制器分别与雨水利用设施供水点、高位雨水水力发电模块、潜水输送泵、变频双向加压泵、加压下渗装置、带过滤应急提升泵车、防灾执行装置、雨洪声光报警器、快速气浮滤池、PAC加药装置、电动阀、自动充气橡胶坝相连。2.根据权利要求1所述的基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，其特征在于：所述立面雨情监测器，即在建筑物立面设小型雨水沟截留立面上的雨水至雨量测量容器，根据雨水沟所截留的面积和雨量容器内的雨水量可计算立面上的降雨强度。3.根据权利要求1或2所述的基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，其特征在于：所述带测速浮标防水无人机上设有摄像头、浮标投放挂架、空投测速浮标，空投测速浮标通过浮标投放挂架与带测速浮标防水无人机连接。4.根据权利要求3所述的基于径流模拟和多传感器监控的智慧雨水系统，其特征在于：空投测速浮标采用三层防水充气壳体，所述三层防水充气壳体内设有GPS模块、4G控制和通讯模块、内部塑料框架、可充电锂电池、微型振动式发电电池，内部塑料框架与三层防水充气...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宽，方宏伟，张向东，郁文红，李长勇，周大兴，宋琳，郭伟，石利燕，李思聪，
申请(专利权)人：中铁建设集团有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11