[发明专利]用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统

权利要求书

1.一种用于城市暴雨洪涝的水位雨量一体监控系统，其特征在于，所述监控系统包括后台服务器和若干个水位雨量采集装置；

所述若干个水位雨量采集装置包括N1个分布在当前城市对应的河流区域内的第一水位雨量采集装置、N2个分布在当前城市对应的易涝区域内的第二水位雨量采集装置和N3个分布在前述易涝区域对应的排水管道内的第三水位雨量采集装置；所述N1、N2和N3为大于等于1的正整数；

所述N1个第一水位雨量采集装置用于按照第一采集周期采集河流区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池或非充电锂电池进行供电；所述N2个第二水位雨量采集装置用于按照第二采集周期采集易涝区域的水位数据和雨量数据，将采集结果按照第二发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用太阳能充电锂电池进行供电；所述N3个第三水位雨量采集装置用于按照第三采集周期采集排水管道的水位数据，将采集结果按照第一发送周期传输至后台服务器，所述第一水位雨量采集装置采用非充电锂电池进行供电；

所述后台服务器周期性获取所有水位雨量采集装置发送的水位数据和雨量数据，计算得到各个区域的暴雨洪涝等级，并且以持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位为约束条件，以最佳匹配实际发送周期和对应区域的暴雨洪涝等级为优化目标，结合剩余降雨时长和第一水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第一发送周期，结合剩余排涝时长、第二水位雨量采集装置和第三水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第二发送周期和第三发送周期；

所述持续收到每个河流区域和每个易涝区域的实时水位是指，每个区域的水位数据的实际发送间隔时长不超过对应区域的预设间隔时长阈值；

所述后台服务器结合剩余降雨时长和第一水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第一发送周期的过程包括以下步骤：

S01，获取第一水位雨量采集装置发送的水位数据和雨量数据，计算得到对应河流区域的暴雨洪涝等级，所述河流区域的暴雨洪涝等级包括该河流区域的实时水位风险等级C_t、实时雨量等级M_t和预估剩余降雨持续时长L_t；

S02，对于非充电锂电池，根据下述公式计算得到第一水位雨量采集装置的第一采集周期和第一发送周期

式中，T₁是非充电锂电池对应的河流区域正常唤醒周期，S₁是非充电锂电池对应的河流区域正常发送周期，是水位风险等级C_t对应的河流区域唤醒周期调整因子，是水位风险等级C_t对应的河流区域发送周期调整因子，ΔA是单次发送所需耗电量，A_剩是最后一次数据发送周期显示的剩余电量，A₁是非充电锂电池对应的电量阈值；

对于充电锂电池，根据下述公式计算得到第一水位雨量采集装置的第一采集周期和第一发送周期

如果C_tC₀和M_tM₀均成立，

否则，

式中，T₂是充电锂电池对应的河流区域正常唤醒周期，S₂是充电锂电池对应的河流区域正常发送周期，是水位风险等级C_t对应的河流区域唤醒周期调整因子，是雨量风险等级M_t对应的河流区域唤醒周期调整因子，f(C_t,M_t)是水位风险等级C_t和雨量风险等级M_t对应的河流区域发送周期调整函数，A₂是充电锂电池对应的电量阈值，A_t是第t时刻的预估充电量；k是河流区域允许的连续补报次数限值，受对应河流区域的预设间隔时长阈值影响；L₀是河流区域对应的预设剩余降雨时长阈值，C₀是河流区域对应的预设水位风险阈值，M₀是河流区域对应的预设雨量等级阈值；

所述后台服务器结合剩余排涝时长、第二水位雨量采集装置和第三水位雨量采集装置的剩余电量，动态调整第二发送周期和第三发送周期的过程包括以下步骤：

S11，获取第二水位雨量采集装置发送的水位数据和雨量数据，计算得到对应易涝区域的洪涝水位X_t、该易涝区域的洪涝面积Y_t、实时雨量等级M_t；

S12，结合第三水位雨量采集装置发送的排水管道的水位数据，计算得到对应易涝区域的管道风险δ_t和剩余排涝时长

S13，根据下述公式计算得到第三水位雨量采集装置的预设唤醒周期和预设发送周期

式中，T₃是第三水位雨量采集周期对应的排水管道的正常唤醒周期，S₃是第三水位雨量采集周期对应的排水管道的正常发送周期，是管道风险δ_t对应的唤醒周期调整因子，是管道风险δ_t对应的发送周期调整因子，ΔA是单次发送所需耗电量，A_剩是最后一次数据发送周期显示的剩余电量，A₁是非充电锂电池对应的电量阈值；

S14，根据下述公式计算得到对应易涝区域的内涝风险等级θ(t)：

式中，Q₁、Q₂和Q₃分别是洪涝水位X_t、洪涝面积Y_t和实时积水量对应的内涝风险等级因子；q(σ_t)是第τ时刻排水管道水位为σ_τ时对应的该易涝区域的单位时间排水量；p(M_t)是第τ时刻的雨量等级M_τ对应的该易涝区域的单位时间积水量；大于等于0，如果计算结果小于0，则取值0；

S15，根据下述公式计算得到第二水位雨量采集装置的预设唤醒周期和预设发送周期

如果θ(t)θ₁和M_tM₁均成立，

否则，

式中，L₁是易涝区域对应的剩余排涝时长阈值，θ₁是易涝区域对应的内涝风险阈值，M₁是易涝区域对应的雨量等级阈值；u是易涝区域允许的连续补报次数限值，受对应易涝区域的预设间隔时长阈值影响；T₂是易涝区域的正常唤醒周期，S₂是易涝区域的正常发送周期，ε_θ(t)是内涝风险等级θ(t)对应的易涝区域的唤醒周期调整因子，是雨量风险等级M_t对应的易涝区域的唤醒周期调整因子，f^*(θ(t),M_t)是内涝风险等级θ(t)和雨量风险等级M_t对应的易涝区域的发送周期调整函数，A₂是充电锂电池对应的电量阈值，A_t是第t时刻的预估充电量。