本發(fā)明涉及供水系統(tǒng)調(diào)節(jié)，具體為基于物聯(lián)網(wǎng)水表的供水控制系統(tǒng)及其管理平臺。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備被廣泛部署，用于實(shí)現(xiàn)智慧城市、工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)監(jiān)測等眾多應(yīng)用場景。其中物聯(lián)網(wǎng)水表是一種將傳統(tǒng)水表與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的智能計(jì)量設(shè)備，通過云端控制系統(tǒng)接收傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

2、如中國專利cn112269343a公開了一種智能nb物聯(lián)網(wǎng)水表控制系統(tǒng)，所述智能nb物聯(lián)網(wǎng)水表控制系統(tǒng)包括：mcu控制單元、nb通信單元、閥控單元、遠(yuǎn)程服務(wù)器和遠(yuǎn)程操控終端，mcu控制單元分別與nb通信單元和閥控單元連接，其中：mcu控制單元用于將水表檢測數(shù)據(jù)通過nb通信單元上傳到遠(yuǎn)程服務(wù)器；遠(yuǎn)程操控終端用于登錄遠(yuǎn)程服務(wù)器，查看水表檢測數(shù)據(jù)，并基于水表檢測數(shù)據(jù)發(fā)出閥控指令；nb通信單元用于將閥控指令下達(dá)到mcu控制單元；閥控單元用于根據(jù)mcu控制單元接收到的閥控指令，控制基表打開及關(guān)閉閥門。

3、但現(xiàn)有技術(shù)中，在一些偏遠(yuǎn)農(nóng)村、山區(qū)或海島等地區(qū)，通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后，網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋不足或信號強(qiáng)度較弱。這會導(dǎo)致物聯(lián)網(wǎng)水表的數(shù)據(jù)無法及時(shí)、穩(wěn)定地傳輸?shù)焦芾砥脚_，造成數(shù)據(jù)丟失或延遲；許多物聯(lián)網(wǎng)水表采用電池供電，以方便安裝和維護(hù)。然而，數(shù)據(jù)傳輸過程中需要消耗一定的電量，為了延長電池壽命，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)水表通常采用低功耗的通信模式。但這種模式會降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托?，?dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸延遲或不及時(shí)；這些情況都嚴(yán)重影響到云端系統(tǒng)對眾多區(qū)域和復(fù)雜的供水管網(wǎng)以及龐大數(shù)量的物聯(lián)網(wǎng)水表進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，導(dǎo)致無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的故障，進(jìn)而無法進(jìn)行有效控制的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于物聯(lián)網(wǎng)水表的供水控制系統(tǒng)及其管理平臺，以解決上述背景技術(shù)提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于物聯(lián)網(wǎng)水表的供水控制系統(tǒng)，包括物聯(lián)網(wǎng)水表模塊、多傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、傳輸融合模塊和云端設(shè)備；所述物聯(lián)網(wǎng)水表模塊包括物聯(lián)網(wǎng)水表主體、nb-iot模塊、lora模塊和信號監(jiān)測模塊；

3、所述物聯(lián)網(wǎng)水表主體和所述多傳感器模塊兩者收集到的數(shù)據(jù)至少經(jīng)過所述nb-iot模塊和所述lora模塊兩者其中一個(gè)傳輸至所述傳輸融合模塊，其中經(jīng)過所述nb-iot模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)先經(jīng)過所述數(shù)據(jù)處理模塊，再傳輸至所述傳輸融合模塊；

4、所述數(shù)據(jù)處理模塊包括前處理模塊、動態(tài)壓縮模塊和動態(tài)分配傳輸模塊，所述前處理模塊將所述nb-iot模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)處理后，經(jīng)過動態(tài)壓縮模塊根據(jù)數(shù)據(jù)子集的區(qū)間匹配合適的壓縮算法進(jìn)行壓縮傳輸至所述動態(tài)分配傳輸模塊，進(jìn)行多物聯(lián)網(wǎng)水表數(shù)據(jù)的同步傳輸；

5、所述傳輸融合模塊包括融合網(wǎng)關(guān)單元和核心網(wǎng)融合單元，所述融合網(wǎng)關(guān)接收所述nb-iot模塊和所述lora模塊兩種數(shù)據(jù)，經(jīng)過所述核心網(wǎng)融合單元對兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行集中調(diào)配和管理，并傳輸至云端設(shè)備，進(jìn)行統(tǒng)一處理和管理。

6、優(yōu)選的，所述前處理模塊對初期nb-iot模塊中各數(shù)據(jù)子集進(jìn)行去噪、數(shù)據(jù)修復(fù)等處理，為后續(xù)壓縮編碼提供標(biāo)準(zhǔn)化輸入。

7、優(yōu)選的，所述動態(tài)壓縮模塊中壓縮算法包括霍夫曼編碼、lzw算法和deflate算法，匹配方法如下：

8、s1、統(tǒng)計(jì)樣本數(shù)據(jù)的分布直方圖，根據(jù)累積分布函數(shù)對數(shù)據(jù)值范圍進(jìn)行自定義劃分；

9、s2、對于不同區(qū)間的數(shù)據(jù)子集，通過計(jì)算其信息熵，匹配合適的壓縮編碼方式；

10、s3、設(shè)定第一閾值和第二閾值，其中第一閾值小于第二閾值，對信息熵低于第一閾值的數(shù)據(jù)子集采用霍夫曼編碼，對處于第一閾值和第二閾值中間的數(shù)據(jù)子集采用lzw算法，對熵值高于第二閾值的數(shù)據(jù)子集，則直接采用deflate算法。

11、優(yōu)選的，所述動態(tài)分配傳輸模塊構(gòu)建多數(shù)據(jù)子集優(yōu)化傳輸?shù)姆峙淠Ｐ停?/p>

12、一個(gè)典型的nb-iot模塊上行傳輸場景，系統(tǒng)采用帶寬為b的單載波頻率，一個(gè)調(diào)度周期包含t個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙含m個(gè)資源塊，系統(tǒng)為n個(gè)帶有nb-iot模塊的物聯(lián)網(wǎng)水表提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，物聯(lián)網(wǎng)水表i的數(shù)據(jù)到達(dá)率為λi，分配周期內(nèi)待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量為li，記為調(diào)度變量，表示是否在時(shí)隙t將m個(gè)資源塊分配給物聯(lián)網(wǎng)水表i，再定義為物聯(lián)網(wǎng)水表i在時(shí)隙t上的傳輸速率，由香農(nóng)公式可得公式1:

13、

14、其中，b為帶寬，單位赫茲；為設(shè)備i在m個(gè)資源塊上的干擾；n0為高斯白噪聲功率譜密度；為信道增益；為物聯(lián)網(wǎng)水表i的發(fā)射功率，在優(yōu)化目標(biāo)為最大化系統(tǒng)吞吐量的同時(shí)，兼顧各物聯(lián)網(wǎng)水表傳輸時(shí)延和公平性，因此構(gòu)建如下多目標(biāo)優(yōu)化模型，如公式2：

15、

16、公式3：

17、

18、其中，j表示另一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)水表，ri表示物聯(lián)網(wǎng)水表i的平均傳輸速率，rj表示物聯(lián)網(wǎng)水表j的平均傳輸速率，公式2的主要作用是實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)吞吐量的最大化；公式3體現(xiàn)系統(tǒng)傳輸公平性，兩式用于多物聯(lián)網(wǎng)水表進(jìn)行多數(shù)據(jù)同步傳輸。

19、優(yōu)選的，所述融合網(wǎng)關(guān)單元集成所述nb-iot模塊和所述lora模塊兩者的網(wǎng)絡(luò)接入功能，對不同協(xié)議的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和轉(zhuǎn)換，將其統(tǒng)一封裝為適合傳輸?shù)胶诵木W(wǎng)的格式。

20、優(yōu)選的，所述核心網(wǎng)融合單元對所述nb-iot模塊和所述lora模塊兩者的網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行融合，對兩種網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行集中調(diào)配和管理。

21、基于物聯(lián)網(wǎng)水表的供水控制系統(tǒng)的管理平臺，包括實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊、調(diào)度管理模塊、設(shè)備管理模塊、用戶管理模塊、報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊、預(yù)測模塊和移動應(yīng)用模塊。

22、優(yōu)選的，所述實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊用于查看供水系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，會立即發(fā)出警報(bào)，自動定位異常位置，并顯示異常相關(guān)信息；

23、所述設(shè)備管理模塊用于對供水系統(tǒng)中的各種設(shè)備進(jìn)行管理，并進(jìn)行全生命周期的維護(hù)管理；

24、所述用戶管理模塊用于對供水用戶信息進(jìn)行管理，對用戶用水情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析；

25、所述移動應(yīng)用模塊用于管理人員實(shí)時(shí)查看供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，接收系統(tǒng)發(fā)出的警報(bào)信息，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制操作。

26、優(yōu)選的，所述報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊根據(jù)需求生成各種類型的報(bào)表，支持導(dǎo)出和打印；

27、所述預(yù)測模塊同時(shí)與所述設(shè)備管理模塊和所述用戶管理模塊連接，根據(jù)設(shè)備歷史數(shù)據(jù)和用戶歷史數(shù)據(jù)，利用隨機(jī)森林算法建立用戶用水模型、管網(wǎng)漏損模型和水質(zhì)變化模型；

28、所述調(diào)度管理模塊同時(shí)與所述實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊和所述預(yù)測模塊連接，根據(jù)實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和用水需求預(yù)測，通過建立動態(tài)規(guī)劃的模型來制定供水調(diào)度方案。

29、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

30、1、本控制系統(tǒng)中，經(jīng)過nb-iot模塊和lora模塊自適應(yīng)切換機(jī)制進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過傳輸融合模塊中數(shù)據(jù)分流機(jī)制，提高了物聯(lián)網(wǎng)水表數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛯?shí)時(shí)性，且利用前處理模塊對初期nb-iot模塊中各數(shù)據(jù)子集進(jìn)行去噪、數(shù)據(jù)修復(fù)等處理，經(jīng)過動態(tài)壓縮模塊根據(jù)數(shù)據(jù)子集的區(qū)間匹配合適的壓縮算法，縮小傳輸數(shù)據(jù)的大小，動態(tài)分配傳輸模塊構(gòu)建多數(shù)據(jù)子集優(yōu)化傳輸?shù)姆峙淠Ｐ停档蛿?shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，而針對龐大數(shù)量的物聯(lián)網(wǎng)水表數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，保證多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)水表傳輸快速且同步，提高系統(tǒng)對故障問題的快速準(zhǔn)確判斷和有效管理。

31、2、本管理平臺實(shí)現(xiàn)了供水?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和傳輸，管理人員可以隨時(shí)隨地通過云端設(shè)備或手機(jī)app了解供水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，通過對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的分析和用水需求預(yù)測，供水調(diào)度更加科學(xué)合理。能夠根據(jù)實(shí)際用水情況及時(shí)調(diào)整供水策略，避免了供水不足或水壓過高的情況發(fā)生，提高了供水的可靠性和穩(wěn)定性，同時(shí)管理平臺積累了大量的歷史數(shù)據(jù)，通過對這些數(shù)據(jù)的分析和挖掘，為供水企業(yè)的決策提供了科學(xué)依據(jù)