淺析屋頂綠植集水智能系統(tǒng)

陳凌燕 林合斌 李美璇 王楚勝 劉鑒鋒

【關(guān)鍵詞】屋頂;綠色植物;集水

目前，隨著我國(guó)城市化快速發(fā)展，工業(yè)化進(jìn)程加快，城市人口急劇增多，雨水問(wèn)題不僅是制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，而且是危害和威脅^民健康的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題。市面上各種各樣的屋頂綠化專(zhuān)利互相之間存在雷同現(xiàn)象，在國(guó)外。許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)擺脫了傳統(tǒng)的孤立考慮水患控制的思路。從僅僅關(guān)注管道末端快速排除雨水，轉(zhuǎn)向?qū)⒎乐魏闈撑c城市生態(tài)和水資源利用統(tǒng)籌考慮的綜合管理思路。

現(xiàn)今我國(guó)對(duì)雨水的收集和利用仍在不斷地探索和研究中，但還處于起步階段。這一技術(shù)能夠在一定程度上解決國(guó)內(nèi)缺水問(wèn)題，緩解城鄉(xiāng)供水壓力，對(duì)于保護(hù)環(huán)境和維護(hù)生態(tài)平衡有著非常重要的意義。

雨水利用不僅是開(kāi)源節(jié)流的一條途徑，而且是緩解或解決缺水問(wèn)題的一項(xiàng)重要措施，它具有節(jié)水、防洪、生態(tài)環(huán)境三個(gè)方面的效益。

機(jī)械部分有溫濕度控制儀、虹吸集水斗模型、雨水收集模塊，采用編程及傳感器對(duì)屋頂數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，溫濕度控制儀頂部設(shè)置避雷針，采用了AVR微處理器，單片機(jī)為STM32F103，當(dāng)溫度和濕度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)，系統(tǒng)將通過(guò)滴灌的方式達(dá)到保持濕度或者降溫的效果。

防水保溫涂層在大部分環(huán)境下均能保持優(yōu)異和長(zhǎng)期抗老化的性能，反射率高。

虹吸集水斗采用PE材質(zhì)，在屋面積水達(dá)到一定高度時(shí)，使得管道內(nèi)不進(jìn)入空氣，以滿管流狀態(tài)排水時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，管道內(nèi)形成抽吸作用將雨水迅速收集起來(lái)。

雨水收集模塊內(nèi)設(shè)多個(gè)過(guò)濾層，過(guò)濾加工雨水。

屋頂植物有改善城市氣候、凈化空氣和水質(zhì)、緩解熱島效應(yīng)等作用，我們根據(jù)大灣區(qū)溫度、濕度以及降雨量，選出適宜綠植，有更大的應(yīng)用潛力，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的屋頂植被選用陽(yáng)性、耐貧瘠的淺根性植物。

（一）界面樣式實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)分析界面是基于Python的PyQt界面開(kāi)發(fā)庫(kù)實(shí)現(xiàn)的。在PyQt中，我們能夠使用Qt Designer軟件進(jìn)行界面的快速布局與安排功能，PyQt中有多種控件可供我們根據(jù)實(shí)際需求合理布局。例如：QPushBu～on控件可連接一個(gè)槽信號(hào)，實(shí)現(xiàn)一定功能;QLabel控件可顯示特定文字與圖片;QTabelWidget控件可顯示表格化的數(shù)據(jù)，界面樣式UI可以通過(guò)添加resource資源圖片來(lái)改變。

（二）讀取數(shù)據(jù)操作的實(shí)現(xiàn)

讀取數(shù)據(jù)的操作函數(shù)是和界面中“打開(kāi)數(shù)據(jù)文件”按鈕的槽信號(hào)綁定在一起的。首先。我們調(diào)用QFileDialog中的getOpenFileName函數(shù)獲取打開(kāi)文件的路徑、文件類(lèi)型。返回的數(shù)據(jù)類(lèi)型是一個(gè)元組，我們需要對(duì)元組進(jìn)行索引獲得文件路徑，再通過(guò)pandas庫(kù)中的read_excel函數(shù)對(duì)路徑文件進(jìn)行讀取，將讀取到的數(shù)據(jù)以DataFrame的數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行保存。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的循環(huán)遍歷我們就可以讀出數(shù)據(jù)文件中的每一個(gè)數(shù)據(jù)，并將他們顯示在界面中。

（三）數(shù)據(jù)可視化功能的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)可視化分析的圖片繪制功能與界面中“繪制”按鈕相綁定。數(shù)據(jù)可視化功能的實(shí)現(xiàn)依托的是Python中功能強(qiáng)大的MatpIotlab庫(kù)，通過(guò)該庫(kù)中的函數(shù)操作繪制可視化數(shù)據(jù)分析圖片。再將圖片保存為PNG格式放入緩存中，通過(guò)讀取緩存中圖片的方式就可以將圖片讀取進(jìn)QLabel控件中，從而實(shí)現(xiàn)在界面中顯示數(shù)據(jù)分析的結(jié)果圖示。使用這種方法讀取圖片的優(yōu)點(diǎn)在于不用生成臨時(shí)的圖片文件，優(yōu)化了內(nèi)存與性能的管理。

城市屋面雨水收集利用系統(tǒng)需要對(duì)不同地方、不同氣候條件下的水資源狀況、可利用降雨量大小，以及最終的用途進(jìn)行綜合分析，以?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)雨水收集利用系統(tǒng)。我國(guó)對(duì)天然雨水收集和利用還處于初級(jí)階段，沒(méi)有形成系統(tǒng)的管理模式。本系統(tǒng)有較好的發(fā)展前景，能大力推動(dòng)我國(guó)尤其是大灣區(qū)地區(qū)的水資源收集與利用，共同營(yíng)造綠色大灣區(qū)、美麗中國(guó)。