一种基于GIS的城市排水预警系统

一种基于gis的城市排水预警系统
技术领域
1.本发明涉及预警领域，尤其涉及一种基于gis的城市排水预警系统。


背景技术：

2.由于在建设时规划不到位，不少城市的排水系统并不能很好地满足雨季排水的需求，容易造成城市内涝。现有技术中，一般是等待出现内涝之后才对发生内涝的地区进行相应的排水处理，例如利用抽水机来加快排水速度等。显然，等待内涝之后再进行处理，极大地影响了城市的正常运行。因此，我们需要对城市排水进行预警，以便市政工作人员提前作出相应的处理措施。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于gis的城市排水预警系统，其包括数据获取模块、数据计算模块、结果显示模块；
4.所述数据获取模块用于获取排水支管在单位时间内的最大流量，以及获取与所述排水支管直接连通的雨水井的流量数据；
5.所述数据计算模块用于根据所述流量数据对雨水井在接下来的时间周期t内的流量进行预测，获取所述雨水井在所述时间周期t内的各个时刻的流量；并根据所述流量判断所述排水支管是否能够满足排水需求，并将判断结果发送至结果显示模块；
6.所述结果显示模块用于将所述判断结果在城市排水管道的gis模型中进行展示，以及用于在所述判断结果为排水支管不能够满足排水需求时，向工作人员发出报警提示。
7.优选地，所述基于gis的城市排水预警系统还包括控制模块，所述控制模块用于对城市排水系统中的排水装置进行远程控制。
8.优选地，所述排水装置包括排水管道阀门和抽水机。
9.优选地，所述流量数据包括所述雨水井的汇水区域的面积和在所述汇水区域内的降雨量数据，所述降雨量数据包括在监测时间段mt内的多个时刻的降雨量。
10.优选地，所述根据所述流量数据对雨水井在接下来的时间周期t内的流量进行预测，包括：
11.所述时间周期t的起始时间为所述数据获取模块获取到所述流量数据的时间；
12.将所述多个时刻的降雨量输入到预先建立的降雨量预测模型中，对接下来的时间周期t内的降雨量进行预测，从而得到在所述时间周期t内的多个时刻的降雨量；
13.雨水井在所述时间周期t内的时刻t的流量，由所述时刻t时的降雨量和所述汇水区域的面积相乘得到。
14.优选地，所述根据所述流量判断所述排水支管是否能够满足排水需求，包括：
15.计算所有与所述排水支管直接连通的雨水井在所述时间周期t内的各个时刻的流量的总和，判断在获得的多个流量的总和中，是否存在流量的总和大于排水支管在单位时间内的最大流量，若是，则判断结果为所述排水支管不能够满足排水需求，若否，则判断结
果为所述排水支管能够满足排水需求。
16.与现有技术相比，本发明的优点在于：
17.通过对与排水支管直接连通的雨水井的流量进行预测，从而判断所述排水支管是否能够满足排水需求，并在不能满足排水需求时，及时向工作人员发出预警提示，以便工作人员提前作出相应的处理措施，从而有效地降低内涝出现的概率。
附图说明
18.利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
19.图1，为本发明一种基于gis的城市排水预警系统的一种示例性实施例图。
具体实施方式
20.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
21.如图1中的实施例所示，本发明提供了一种基于gis的城市排水预警系统，其包括数据获取模块、数据计算模块、结果显示模块；
22.所述数据获取模块用于获取排水支管在单位时间内的最大流量，以及获取与所述排水支管直接连通的雨水井的流量数据；
23.所述数据计算模块用于根据所述流量数据对雨水井在接下来的时间周期t内的流量进行预测，获取所述雨水井在所述时间周期t内的各个时刻的流量；并根据所述流量判断所述排水支管是否能够满足排水需求，并将判断结果发送至结果显示模块；
24.所述结果显示模块用于将所述判断结果在城市排水管道的gis模型中进行展示，以及用于在所述判断结果为排水支管不能够满足排水需求时，向工作人员发出报警提示。
25.优选地，所述基于gis的城市排水预警系统还包括控制模块，所述控制模块用于对城市排水系统中的排水装置进行远程控制。
26.优选地，所述排水装置包括排水管道阀门和抽水机。
27.优选地，所述流量数据包括所述雨水井的汇水区域的面积和在所述汇水区域内的降雨量数据，所述降雨量数据包括在监测时间段mt内的多个时刻的降雨量。
28.优选地，所述根据所述流量数据对雨水井在接下来的时间周期t内的流量进行预测，包括：
29.所述时间周期t的起始时间为所述数据获取模块获取到所述流量数据的时间；
30.将所述多个时刻的降雨量输入到预先建立的降雨量预测模型中，对接下来的时间周期t内的降雨量进行预测，从而得到在所述时间周期t内的多个时刻的降雨量；
31.雨水井在所述时间周期t内的时刻t的流量，由所述时刻t时的降雨量和所述汇水区域的面积相乘得到。
32.优选地，所述根据所述流量判断所述排水支管是否能够满足排水需求，包括：
33.分别计算所有与所述排水支管直接连通的雨水井在所述时间周期t内的各个时刻
的流量的总和，判断在获得的多个流量的总和中，是否存在流量的总和大于排水支管在单位时间内的最大流量，若是，则判断结果为所述排水支管不能够满足排水需求，若否，则判断结果为所述排水支管能够满足排水需求。
34.优选地，所述数据获取模块包括设置在所述雨水井的汇水区域内的多个雨量传感器节点和基站，所述雨量传感器节点用于获取所述雨水井在所述监测时间段mt内的各个时刻的局部降雨量，
35.所述雨量传感器节点通过分簇的方式形成簇头节点和成员节点，所述成员节点用于采集所述局部降雨量，并发送至所述簇头节点，所述簇头节点用于将来自成员节点的局部降雨量进行汇总后发送至基站；所述基站用于计算所述汇水区域在监测时间段mt内的各个时刻的降雨量；
36.所述汇水区域在监测时间段mt内的时刻ct的降雨量的计算方式如下：
[0037][0038]
式中，rainam
ct
表示汇水区域在监测时间段mt内的时刻ct的降雨量，numa表示在时刻ct时，所述汇水区域中处于工作状态的雨量传感器节点的总数，averainam
a,ct
表示第a个处于工作状态的雨量传感器节点在时刻ct采集到的局部降雨量。
[0039]
优选地，所述成员节点和簇头节点之间进行通信时，容易出现多个成员节点同时和簇头节点进行通信的情况，而在后发起通信请求的成员节点则需要等待一个时间间隔后再次发起通信请求，避免与在先发起通信请求的成员节点发生冲突；
[0040]
所述时间间隔通过如下方式进行计算：
[0041]
计算基础时间间隔：
[0042][0043]
式中，basw
i
表示成员节点i的基础时间间隔，cs表示预设的等待常数，numnei
i
表示处于成员节点i的通信范围内的其它成员节点的总数，blognumc
i
表示通信系数，b为常数型数值，b的取值范围为[5,6]，numc
i
表示簇头节点在单位时间内同时收到成员节点的通信请求的数量的平均值，qd表示处于以成员节点i为圆心的，半径为的圆形区域内的其它成员节点的总数，rma表示成员节点i的最大通信半径；c表示预设的调节参数，c的取值范围为(1,2)；
[0044]
计算通信冲突数值：
[0045][0046][0047]
式中，q
i
表示成员节点i的通信冲突数值，pb表示成员节点i向簇头节点发起通信请求时，与其它成员节点产生冲突的概率，lc表示在设定的时间周期内，成员节点i与其它成员节点连续发生冲突的数量；
[0048]
计算最优冲突数值qbset
i
：
[0049][0050]
式中，maq
i
表示成员节点i以最大通信功率与簇头节点进行通信时，与其它成员节点发生通信冲突的数值；
[0051]
若qbset
i
小于q
i
，则采用下述方式计算得到最终的时间间隔finw
i
：
[0052]
finw
i
＝basw
i
(1+q
i
)
[0053]
否则，采用下述方式计算得到最终的时间间隔finw
i
：
[0054]
finw
i
＝basw
i
(1
‑
q
i
)。
[0055]
本发明上述实施方式，在计算等待时间间隔时，根据最优冲突数值和通信冲突数值之间的不同情况，自适应地选择相应的公式对基础时间间隔进行优化，从而得到最终的时间间隔，能够有针对性地得到合理的等待时间间隔，在时间间隔尽量小的情况下，有效地降低成员节点i与其它成员节点发生通信冲突的概率。而在计算基础时间间隔时，充分考虑了处于成员节点i的通信范围内的其它成员节点对成员节点i的影响，考虑了numnei
i
和qd等参数，能够自适应地根据不同的邻居节点分布情况产生不同的基础时间间隔。
[0056]
优选地，所述控制模块包括权限验证单元和控制单元；
[0057]
所述权限验证单元用于对使用控制单元的人员的权限进行验证，若验证成功，则向所述人员开放使用控制单元的权限，若验证失败，则不向所述人员开放使用控制单元的权限；
[0058]
所述控制单元用于对城市排水系统中的排水装置进行远程控制。
[0059]
优选地，所述权限验证单元包括图像获取子单元、特征提取子单元和特征匹配子单元；
[0060]
所述图像获取子单元用于获取所述人员的脸部图像，并传输至特征提取子单元；
[0061]
所述特征提取子单元用于对所述脸部图像进行特征提取，获取所述脸部图像中包含的特征数据；
[0062]
所述特征匹配单元用于将特征提取子单元获取的特征数据与预存的具有使用控制单元的人员的脸部图像的特征数据进行匹配，若匹配成功，则表示所述人员权限验证成功，否则，则表示所述人员权限验证失败。
[0063]
优选地，对所述脸部图像进行特征提取，获取所述脸部图像中包含的特征数据，包括：
[0064]
对所述脸部图像进行灰度化处理，获得第一图像；
[0065]
对所述第一图像进行预调节处理，获得第二图像；
[0066]
对所述第二图像进行二次降噪处理，获得第三图像；
[0067]
将对所述第三图像进行特征提取，从而得到所述脸部图像中包含的特征数据。
[0068]
优选地，对所述第一图像进行预调节处理，获得第二图像，包括：
[0069]
对于第一图像中的像素点pix，获取以其为中心的，大小为k
×
k的邻域内的处理点的集合；
[0070]
对所述集合内的所有非处理点的像素值进行排序，使用所述集合内的像素点的像素值的中值对所述像素点pix的像素值进行更新；
[0071]
对第一图像中的所有像素点进行上述处理，从而获得第二图像；
[0072]
判断所述邻域内的像素点neipix是否为处理点的方式如下：
[0073]
若像素点neipix的像素值f
neipix
满足下述条件，则像素点neipix为处理点：
[0074]
且
[0075]
式中，f
ma
和f
mi
分别表示所述邻域内的像素值的最大值和最小值，td
neipix
表示像素点neipix的梯度幅值，td
pix
表示像素点pix的梯度幅值，thre表示预设的判断阈值。
[0076]
本发明上述实施例，在判断是否为处理点时从像素值和梯度幅值两个方面进行综合考虑，将当前判断的像素点的像素值和窗口内的像素点像素点进行对比，以及将当前判断的像素点的梯度幅值与像素点pix的梯度幅值进行对比，能够综合反映当前判断的像素点neipix的实际情况，对pix进行预调节处理后，能够在一定程度上抑制噪声对后续的图像处理的影响。
[0077]
优选地，对所述第二图像进行二次降噪处理，获得第三图像，包括：
[0078]
对所述第二图像进行小波分解，获取其小波高频系数xph和小波低频系数xpl；
[0079]
对所述小波高频系数进行如下处理：
[0080]
若xph＜thre1，则使用下述方式对xph进行处理：
[0081][0082]
式中，axph表示对xph进行处理的结果，xz表示预设的调节参数，其取值范围为[0.7,1]，thre1表示预设的第一调节阈值；
[0083]
若thre1＜xph＜thre2，则使用下述方式对xph进行处理：
[0084][0085]
式中，thre2表示预设的第二调节阈值，sgn表示阶跃函数，
[0086]
若xph≥thre2，则使用下述方式对xph进行处理：
[0087][0088]
将axph和xpl进行重构，获得第三图像。
[0089]
本发明上述实施例，通过将第二图像进行小波分解，并对xph进行处理，能够在保留图像细节的同时，实现对图像噪声的有效去除，传统的时域降噪容易出现细节丢失的问题，而本申请能够在尽量保留细节的同时实现降噪处理。具体的，通过第一调节阈值和第二调节阈值的设置，实现了对不同的情况下的xph自适应选择相应的处理函数，使得处理更有针对性。
[0090]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。