基于数字底板的排水管网管控系统的制作方法

本发明涉及排水管网，具体为基于数字底板的排水管网管控系统。

背景技术：

1、市政排水管网是城市水污染防治和城市排渍防涝的骨干工程，担负着收集城市生活污水和工业生产废水、及时排除城区雨水径流的任务，是保证城市正常运转的重要生命线；伴随着城市化进程，市政排水管网系统的建设速度快、规模大、更新快，排水管网管控的难度越来越大。

2、公开号为cn102915474a的中国专利公开了一种市政排水管网养护管理方法，通过管网养护系统实施管网养护流程，管网养护系统采用c/s模式、b/s模式与m/s模式相结合的方式构建，具体包括c/s养护管理子系统、b/s养护管理子系统和m/s养护管理子系统；可以实现管网养护工作的高效执行和对整个养护管理工作的统一监管；但是，该专利存在以下缺陷：

3、现有的不能对排水管网进行实时监测，不能及时发现排水管网故障且对排水管网进行智能调度与应急响应管控，不能充分保障市政排水管网正常运行，导致排水管网管控效果差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于数字底板的排水管网管控系统，可对排水管网进行实时监测，能及时发现排水管网故障且对排水管网进行智能调度与应急响应管控，能充分保障市政排水管网正常运行，可提升排水管网管控效果，解决了上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、基于数字底板的排水管网管控系统，包括：

4、数据采集与感知模块，用于利用智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，实时监测排水管网的水位、流速、水质及管道状态，确定出排水管网监测实时数据，并将排水管网监测实时数据传输至数据中心；

5、数字底板构建与集成模块，用于基于高精度地图和三维建模技术，构建排水管网三维数字模型，并与城市基础设施数据无缝对接，形成统一的空间一致性和多维可视化的数字底板；

6、数据分析与决策支持模块，用于运用大数据分析及人工智能算法，对采集到的排水管网监测实时数据进行深度挖掘，识别潜在风险点，预测排水管网运行趋势，确定出基于数字底板的排水管网风险识别与管网预测结果，为排水管网维护、优化调度、应急响应提供科学依据；

7、智能调度与应急响应模块，用于根据排水管网风险识别与管网预测结果，自动生成维护计划，优化资源配置，制定排水管网智能调度与应急响应管控方案，对排水管网进行智能化调度与应急预警响应管控，在遭遇暴雨极端天气时，快速启动应急预警预案，智能化指导排水作业。

8、优选的，所述数据采集与感知模块，包括：

9、水位采集与感知单元，用于获取排水管网的水位参数；

10、其中，基于智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，对排水管网的水位情况进行实时监测及连续采集，获取排水管网的水位参数；

11、流速采集与感知单元，用于获取排水管网的流速参数；

12、其中，基于智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，对排水管网的流速情况进行实时监测及连续采集，获取排水管网的流速参数；

13、水质采集与感知单元，用于获取排水管网的水质参数；

14、其中，基于智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，对排水管网的水质情况进行实时监测及连续采集，获取排水管网的水质参数；

15、管道状态采集与感知单元，用于获取排水管网的管道状态参数；

16、其中，基于智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，对排水管网的管道状态情况进行实时监测及连续采集，获取排水管网的管道状态参数；

17、其中，基于排水管网的水位参数、流速参数、水质参数及管道状态参数，确定出排水管网监测实时数据，并将排水管网监测实时数据传输至数据中心。

18、优选的，所述数字底板构建与集成模块，包括：

19、三维数字模型构建单元，用于构建排水管网三维数字模型；

20、获取排水管网监测实时数据；

21、基于高精度地图和三维建模技术，将排水管网监测实时数据转换为适用于三维建模的格式和坐标系；

22、基于静态数据关联方法，对排水管网监测实时数据进行关联；

23、确定出排水管网监测实时数据关联集；

24、基于排水管网监测实时数据关联集，选择合适的三维建模软件；

25、基于三维建模软件，对排水管网监测实时数据关联集进行三维建模，且对三维数字模型进行纹理处理及模型渲染；

26、构建出一比一还原度的排水管网三维数字模型；

27、数据对接集成单元，用于对排水管网三维数字模型与城市基础设施数据进行无缝对接集成处理；

28、采集城市基础设施的道路、桥梁及地下空间参数，获取城市基础设施数据；

29、将城市基础设施数据整合进排水管网三维数字模型中，使排水管网三维数字模型与城市基础设施数据进行无缝对接集成融合；

30、确定出空间一致性和多维可视化的数字底板。

31、优选的，所述数据分析与决策支持模块，包括：

32、排水管网数据处理单元，用于对排水管网监测实时数据进行处理；

33、获取排水管网监测实时数据，对排水管网监测实时数据进行清洗；

34、去除排水管网监测实时数据中的不一致数据、无效值及缺失值；

35、确定出对排水管网管控有用的排水管网监测实时数据；

36、对排水管网管控有用的排水管网监测实时数据进行转换；

37、消除对排水管网管控有用的排水管网监测实时数据之间的量纲差异；

38、确定出标准化的排水管网监测实时数据；

39、对标准化的排水管网监测实时数据进行特征提取；

40、提取出能够反映排水管网管控的特征；

41、确定出排水管网监测特征数据。

42、优选的，所述数据分析与决策支持模块，还包括：

43、在数据量提取模块，用于排水管网监测实时数据进行清洗之后，提取排水管网监测实时数据中的不一致数据和无效值对应的数据量；

44、数据异常评价系数获取模块，用于利用所述不一致数据和无效值对应的数据量获取数据异常评价系数；

45、其中，所述数据异常评价系数通过如下公式获取：

46、

47、其中，w表示数据异常评价系数；n表示排水管网监测实时数据的采集次数；cbi表示第i次采集到的排水管网监测实时数据中的不一致数据的数据量；cwi表示第i次采集到的排水管网监测实时数据中的无效值的数据量；cxi表示第i次采集到的排水管网监测实时数据中的有效值的数据量；w表示调节系数，并且，所述调节系数通过如下公式获取：

48、

49、其中，w表示调节系数；cbm表示n次采集到的排水管网监测实时数据中的不一致数据的数据量标准差；cwm表示n次采集到的排水管网监测实时数据中的无效值的数据量标准差；cxb表示n次采集到的排水管网监测实时数据中的有效值的数据量标准差；czb表示n次采集到的排水管网监测实时数据的总数据量标准差；w01和w02分别表示预设的不一致数据和无效值对应的数据类型权重值；

50、系数比较模块，用于将所述数据异常评价系数与预设的评价系数阈值进行比较；

51、缺失值填充模块，用于当所述数据异常评价系数超过预设的评价系数阈值时，则对所述缺失值数据进行填充。

52、优选的，所述缺失值填充模块，包括：

53、数据异常评价系数提取模块，用于提取所述数据异常评价系数；

54、第一数据信息获取模块，用于提取每个缺失值数据前后相邻的有效数据，作为第一数据信息；

55、第二数据信息获取模块，用于提取所述排水管网监测实时数据中的所有有效数据，作为第二数据信息；

56、填充值获取模块，用于利用所述第一数据信息和第二数据信息结合数据异常评价系数获取缺失值对应的填充值；

57、其中，所述缺失值对应的填充值通过如下公式获取：

58、

59、其中，xt表示缺失值对应的填充值；x01和x02分别表示每个缺失值数据前后相邻的有效数据的数据值；m表示所述排水管网监测实时数据中的所有有效数据的总个数；xi表示第i个有效数据对应的数据值；xp表示m个有效数据的数据平均值；w表示数据异常评价系数；

60、填充控制模块，用于利用所述缺失值对应的填充值对缺失值进行填充。

61、优选的，所述数据分析与决策支持模块，还包括：

62、排水管网风险识别模型构建单元，用于构建排水管网风险识别模型；

63、根据基于数字底板的排水管网管控需求，收集排水管网监测历史数据；

64、对排水管网监测历史数据进行划分，确定出训练集及测试集；

65、选择适用于基于数字底板的排水管网管控的神经网络模型框架；

66、基于训练集，对选择的适用于基于数字底板的排水管网管控的神经网络模型框架进行训练；

67、确定出基于数字底板的排水管网风险识别模型；

68、其中，基于测试集，对基于数字底板的排水管网风险识别模型进行测试；

69、确定出基于排水管网风险识别模型的测试结果；

70、根据基于排水管网风险识别模型的测试结果，对基于数字底板的排水管网风险识别模型进行参数调整及结构优化；

71、确定出最优的基于数字底板的排水管网风险识别模型。

72、优选的，所述数据分析与决策支持模块，还包括：

73、风险识别与管网预测单元，用于识别风险，预测排水管网的运行趋势；

74、获取最优的基于数字底板的排水管网风险识别模型；

75、将最优的基于数字底板的排水管网风险识别模型部署在实际的排水管网管控中，将排水管网监测特征数据输入到最优的基于数字底板的排水管网风险识别模型中；

76、基于最优的基于数字底板的排水管网风险识别模型对排水管网监测特征数据进行深度挖掘，识别潜在风险点，预测排水管网的运行趋势；

77、确定出基于数字底板的排水管网风险识别与管网预测结果，为排水管网维护、优化调度、应急响应提供科学依据。

78、优选的，所述智能调度与应急响应模块，包括：

79、排水管网管控方案制定单元，用于制定排水管网智能调度与应急响应管控方案；

80、获取基于数字底板的排水管网风险识别与管网预测结果；

81、根据基于数字底板的排水管网风险识别与管网预测结果，对排水管网监测特征数据进行挖掘分析，自动生成维护计划，优化资源配置，制定排水管网智能调度与应急响应管控方案。

82、优选的，所述智能调度与应急响应模块，还包括：

83、排水管网智能化管控单元，用于对排水管网进行智能化调度与应急预警响应管控；

84、获取排水管网智能调度与应急响应管控方案；

85、基于排水管网智能调度与应急响应管控方案，对排水管网进行智能化调度与应急预警响应管控；

86、其中，在遭遇暴雨极端天气时，快速启动应急预警预案，智能化指导排水作业。

87、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

88、1、本发明通过智能传感器、rfid标签及无人机巡检的技术手段，实时监测排水管网的水位、流速、水质及管道状态，确定出排水管网监测实时数据，并将排水管网监测实时数据传输至数据中心，基于高精度地图和三维建模技术，构建排水管网三维数字模型，并与城市基础设施数据无缝对接，形成统一的空间一致性和多维可视化的数字底板，运用大数据分析及人工智能算法，对采集到的排水管网监测实时数据进行深度挖掘，识别潜在风险点，预测排水管网运行趋势，确定出基于数字底板的排水管网风险识别与管网预测结果，为排水管网维护、优化调度、应急响应提供科学依据。

89、2、本发明根据排水管网风险识别与管网预测结果，自动生成维护计划，优化资源配置，制定排水管网智能调度与应急响应管控方案，对排水管网进行智能化调度与应急预警响应管控，在遭遇暴雨极端天气时，快速启动应急预警预案，智能化指导排水作业，可对排水管网进行实时监测，能及时发现排水管网故障且对排水管网进行智能调度与应急响应管控，能充分保障市政排水管网正常运行，可提升排水管网管控效果。