一种管道流量测量方法及其系统、存储介质与流程

本发明涉及下水管道测量技术领域，尤其涉及一种管道流量测量方法及其系统、存储介质。

背景技术：

现有技术中，用于下水道管道内的液位、流速、流量的测量方法十分繁多，且测量的结果并不是十分准确，因为现有的测量方式都是通过直接与流体接触来进行测量，这样的测量方式，往往会受到下管道内的水质、垃圾、淤泥等因素的影响，从而导致了测量结果的不准确，并且需要人工定期线下进行维护，维护成本高，进而导致实时监测成本的高昂。另一方面下水道的管道存在满管和非满管的情况，现有的技术方案在满管和非满管两种情况下都准确的测量出下水管道的液面的水位高度和水流流速。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种管道流量测量方法及其系统、存储介质，旨在解决现有技术中测量下水道管道内的液位、流速和流量不准的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种管道流量测量方法，所述管道流量测量方法包括以下步骤:

获得下水管道内的液面的水位高度；

判断所述水位高度是否小于预设值；

当所述水位高度小于所述预设值时，采用非接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速；

当所述水位高度不小于所述预设值时，采用接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速；

根据所述实际水位高度和所述水流流速，计算所述下水管道的管道流量。

可选地，所述非接触式测量方法包括：

通过雷达水位测量感应器向所述下水管道内的液面发射第一电磁波；

接收从液面返回的第二电磁波；

根据所述第一电磁波和所述第二电磁波的时间间隔，计算出所述雷达水位测量感应器与液面的距离；

根据所述雷达水位测量感应器与液面的距离，计算出所述实际水位高度。

可选地，所述非接触式测量方法还包括：

通过雷达流速测量感应器向下水管道内的液面发射第三电磁波；

获取第三电磁波的发射频率和所述雷达流速测量感应器的雷达天线的中频信号频率；

通过雷达流速测量感应器的倾角传感器测量所述第三电磁波与水流实际方向的夹角；

根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率和所述第三电磁波与水流实际方向的夹角，获得所述水流流速。

可选地，所述根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率和所述第三电磁波与水流实际方向的夹角，获得所述水流流速的步骤包括：

根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率、所述第三电磁波与水流实际方向的夹角以及预设公式，计算得出所述水流流速；其中，所述预设公式为：

其中，v为水流流速，fp为雷达天线的中频信号频率，f0为第三电磁波的发射频率，c0为光速，a为第三电磁波与水流实际方向的夹角。

可选地，所述接触式测量方法包括：

通过安装在所述下水管道底部的压力测量感应器，获取所述下水管道底部的压力；

根据所述下水管道底部的压力，计算出所述实际水位高度。

可选地，所述采用接触式测量方法还包括：

通过超声波测速感应器，测量所述水流流速。

可选地，所述下水管道的高度值与所述预设值之间的差值大于1cm。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种管道流量测量系统，所述管道流量测量系统包括：

测量系统本体，包括雷达水位测量感应器、雷达流速测量感应器、超声波测速感应器以及压力测量感应器，所述雷达流速测量感应器包括雷达天线和倾角传感器；以及，

控制装置，所述控制装置电性连接所述雷达水位测量感应器、所述雷达流速测量感应器、超声波测速感应器和压力测量感应器，所述控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管道流量测量程序，所述管道流量测量程序配置为实现上述任一项所述的管道流量测量方法的步骤。

可选地，所述测量系统本体还包括无线通信装置，所述无线通信装置电连接所述控制装置、所述雷达水位测量感应器、所述雷达流速测量感应器、所述超声波测速感应器以及所述压力测量感应器。

此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有管道流量测量程序，所述管道流量测量程序被处理器执行时实现上述任一项所述的管道流量测量方法的步骤。

本发明管道流量测量方法，通过获取下水管道内的液面的水位高度，可准确区分出下水管道处于水位高度大于预设值的满管状态和小于预设值的非满管状态，对应采取接触式测量方式和非接触式测量方式，有效地避免了下水管道内水质、淤泥和垃圾的影响，以此提高了下水管道内液面的水位高度和水流流速测量的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的控制装置结构示意图；

图2为本发明管道流量测量方法第一实施例的流程示意图；

图3为本发明中管道流量测量方法第二实施例的流程示意图；

图4为本发明中管道流量测量方法第三实施例的流程示意图；

图5为本发明中管道流量测量方法第四实施例的流程示意图；

图6为本发明中管道流量测量方法第五实施例的流程示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提出的管道流量测量系统包括：测量系统本体，包括雷达水位测量感应器、雷达流速测量感应器、超声波测速感应器以及压力测量感应器，所述雷达流速测量感应器包括雷达天线和倾角传感器，所述测量系统本体安装于所述下水管道的顶部，所述雷达流速测量感应器和所述超声波测速感应器分别安装于所述测量系统本体的两端，所述压力测量感应器和所述雷达水位测量感应器安装于所述测量系统本体的底部；控制装置，所述控制装置电性连接所述雷达水位测量感应器、所述雷达流速测量感应器、所述超声波测速感应器和所述压力测量感应器，所述控制装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的管道流量测量程序。

进一步地，所述测量系统本体还包括无线通信装置，所述无线通信装置电连接所述控制装置、所述雷达水位测量感应器、所述雷达流速测量感应器、所述超声波测速感应器以及所述压力测量感应器。所述无线通信装置用以与网络服务器进行数据交换。为了保证无线通信装置的通信效果，无线通信装置安装于地面上，进一步地，为了不破坏地面，无线通信装置也可以采用简便式远程通讯终端，安装于下水管道的下水井的井壁上。

参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的控制装置结构示意图。

如图1所示，该控制装置可以包括：处理器1001，例如中央处理器(centralprocessingunit，cpu)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(wireless-fidelity，wi-fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(non-volatilememory，nvm)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对控制装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及管道流量测量程序。

在图1所示的控制装置中，网络接口1004主要用于与无线通信装置进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明控制装置的处理器1001、存储器1005可以设置在管道流量测量装置设备中，所述控制装置通过处理器1001调用存储器1005中存储的管道流量测量程序，并执行本发明实施例提供的管道流量测量方法。

本发明提供了一种管道流量测量方法，参照图2，图2为本发明提供的管道流量测量方法的第一实施例的流程示意图。

本实施例中，所述管道流量测量方法包括以下步骤：

步骤s10：获得下水管道内的液面的水位高度；

在本实施例中，获得下水管道内的液面的水位高度的方式有很多种，具体地，可以采用非接触式测量方法，非接触式测量方法是指测量装置无需接触液面即可对液面参数进行准确测量的方法。其中，用于非接触式测量方法的测量装置有多种，例如，可以是通过雷达水位测量感应器向所述下水管道内的液面发射第一电磁波，接收从液面返回的第二电磁波，计算出发射第一电磁波和接收第二电磁波的时间间隔，将该时间间隔乘以光速，即可得出电磁波发射装置到液面的距离，进一步地，电磁波发射装置到下水管道底部的距离是已知的，由此可以计算出下水管内的液面的水位高度。当然，也可以采用接触式的测量方式，也就是指将测量装置安装于下水管道的液面之内的测量方式，具体地，可以采用水位尺，通过读取水位尺获取水位高度，还可以采用压力测量感应器，将压力测量感应器安装在测量系统本体的底部，压力测量感应器测量出当前的压力数据，根据当前压力计算出当前压力测量感应器所处的液面深度，所述压力测量感应器到所述下水管道底部的距离是已知，进而可以得出所述下水管道内液面的水位高度。考虑到压力测量感应器安装于测量系统本体的底部，位于下水管道的顶部，在下水管道处于非满管状态时，不能准确的测量出下水管道的水位高度。而下水管道主要处于非满管状态，步骤s10首先采取非接触式测量方法。

步骤s20：判断所述水位高度是否小于预设值；

在本实施例中，判断所述水位高度是否大于预设值，主要是因为非接触式的测量设备在与液面的距离小于一定值时，测量精度不高，因此在这个距离内采取接触式的测量方式能达到更好的测量效果，进一步地，预设值还可以用于区分下水管道内的液面情况，将下水管道液面状态分为满管状态和非满管状态，从而根据下水管道的液面状态采取不同的测量方式，在本实施例中，可以判断所述水位高度是否小于预设值，从而选择性的采取接触式或者非接触式的测量方式，以达到最好的测量精度。

步骤s30：当所述水位高度小于所述预设值时，采用非接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速；

在本实施例，采用非接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速，非接触式测量方法是指测量装置安装于下水管道的液面之外的测量方式，可以有效地避免了下水管道内的水质差、淤泥多和管道内的垃圾对测量结果的影响，进一步地，当步骤s10采用非接触式测量方法测得水位高度时，该水位高度即可直接作为步骤s30中的实际水位高度，有助于简化操作。具体地，可以是采用雷达水位测量感应器和雷达流速测量感应器，通过向液面发送电磁波进行测量，也可以是向液面发送超声波，测量设备到液面的距离和液面的流速。

步骤s40：当所述水位高度不小于所述预设值时，采用接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速；

在本实施例中，当水位高度不小于所述预设值时，采用接触式测量方法获得所述下水管道内的液面的实际水位高度和水流流速，因为非接触式的测量方式仅仅适用于测量设备与液面不接触的情形下，在测量设备与液面相接触时，测量的准确性将大大降低，因此，在步骤s10采用非接触式测量方法时，测量的水位高度并不准确，需要重新采用接触式测量方法对水位高度进行测量，以得到实际水位高度，进一步地，采取接触式测量方法可以得到更准确的水流流速。

步骤s50：根据所述实际水位高度和所述水流流速，计算所述下水管道的管道流量。

在本实施例中，当实际水位高度已知时，对应的下水管内的横截面的液面面积也是易于获得的，此时再结合水流流速，可直接计算流量，这属于本领域的公知常识，在此不再赘叙。

在本实施例中，通过获取下水管道内的液面的水位高度，可准确区分出下水管道处于水位高度大于预设值的满管状态和小于预设值的非满管状态，对应采取接触式测量方式和非接触式测量方式，有效地避免了下水管道内水质、淤泥和垃圾的影响，以此提高了下水管道内液面的水位高度和水流流速测量的准确性。

参考图3，图3为本发明中流量测量方法第二实施例的流程示意图；

在本实施例中，非接触式测量方法包括：

步骤s301：通过雷达水位测量感应器向所述下水管道内的液面发射第一电磁波；

步骤s302：接收从液面返回的第二电磁波；

步骤s303：根据所述第一电磁波和所述第二电磁波的时间间隔，计算出所述雷达水位测量感应器与液面的距离；

步骤s304：根据所述雷达水位测量感应器与液面的距离，计算出所述实际水位高度；

所述雷达水位测量感应器安装于下水管道的顶部，雷达水位测量感应器的电磁波发射装置到下水管道底部的距离是已知的，通过雷达水位测量感应器向所述下水管道内的液面发射第一电磁波，接收从液面返回的第二电磁波，计算出发射第一电磁波和接收第二电磁波的时间间隔，将该时间间隔乘以光速，即可得出电磁波发射装置到液面的距离，进一步地，电磁波发射装置到下水管道底部的距离是已知的，用电磁波发射装置到下水管道底部的距离减去电磁波发射装置到液面的距离即可得出下水管道内的液面高度，也就是实际水位高度。如此设置，可以有效地避免了下水管道内的水质差、淤泥多和管道内的垃圾对测量结果的影响。

参考图4，图4为本发明中流量测量方法第三实施例的流程示意图；

非接触式测量方法还包括：

步骤s305：通过雷达流速测量感应器向下水管道发射第三电磁波；

步骤s306：获取第三电磁波的发射频率和所述雷达流速测量感应器的雷达天线的中频信号频率；

步骤s307：通过雷达流速测量感应器的倾角传感器测量所述第三电磁波与水流实际方向的夹角；

步骤s308：根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率和所述第三电磁波与水流实际方向的夹角，获得所述水流流速。

具体地，波源与水面之间有相对运动时，反射回来的电磁波频率会发生改变，其中电磁波频率的变化值称为雷达中频信号频率。非接触式测量方法中对水流流速的测量可以采用激光测速仪，还可以采用雷达流速测量感应器，雷达流速测量感应器相对于其他的非接触式的测量设备，具有穿透性好，不易受液面表面的垃圾的影响，测量结果更加准确的优点。

此外，所述根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率和所述第三电磁波与水流实际方向的夹角，获得所述水流流速的步骤包括：

根据所述第三电磁波的发射频率、所述雷达天线的中频信号频率、所述第三电磁波与水流实际方向的夹角以及预设公式，计算得出所述水流流速；其中，所述预设公式为：

其中，v为水流流速，fp为雷达天线的中频信号频率，f0为第三电磁波的发射频率，c0为光速，a为第三电磁波与水流实际方向的夹角。

通过雷达流速测量感应器测量下水管内的液体的水流流速，可以有效地避免了下水管道内的水质差、淤泥多和管道内的垃圾对测量结果的影响。从而提高了测量水流流速的准确性，进一步地，通过上述公式进行计算水流流速，只需准确地测出第三电磁波与水流实际方向的夹角和雷达天线的中频信号频率即可准确地得出水流流速，需要获取的数据较少，流速测量结果准确。

参考图5，图5为本发明中流量测量方法第四实施例的流程示意图；

在本实施例中，接触式测量方法包括：

步骤s401：通过安装在下水管道的压力测量感应器，获取所述压力测量感应器所处的液面深度；

步骤s402：根据所述压力测量感应器所处的液面深度，计算出所述实际水位高度；

将压力测量感应器安装在测量系统的底部，压力测量感应器测量出当前的压力数据，下水管道内的液面主要为水，密度是已知的，地心加速度也是已知的，在压力已知的情况下，可以直接换算出压力测量感应器所处的液面深度，具体的换算公式，这属于现有技术，在此不再赘叙，进一步地，压力测量感应器到下水管道底部的距离是已知的，因此在知道压力测量感应器所处的液面深度之后，下水管道的实际水位高度为两者之和。并且将压力测量感应器设置在测量系统的底部，所述测量系统安装于下水管道的顶部，可以有效地防止压力测量感应器受到下水管道内的淤泥、垃圾的影响，从而保证了测量结果的准确性。

参考图6，图6为本发明中流量测量方法第五实施例的流程示意图

此外，接触式测量方法还包括：

步骤s403：通过超声波测速感应器，测量所述水流流速。

非接触式的测量方式，在满管的情况下，雷达流速测量感应器浸润在液面中，电磁波在水中衰减速度快，当水位淹没雷达流速测量感应器时，电磁波几乎不能在水中传播，此时采用超声波测速感应器可以得到更加准确的测量结果。

由于非接触式测量设备在与液面的距离较小时，测量的精度不高，例如我们常用的雷达测量设备，在与液面距离小于1cm时，测量的结果就不再准确，所述下水管道的高度值与所述预设值之间的差值大于1cm，从而保证了在非接触式的测量方式的测量结果的准确性，也保证了满管状态下的测量结果的准确性。

需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。

另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的管道流量测量方法，此处不再赘述。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(readonlymemory，rom)/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。