浅析屋顶绿植集水智能系统

陈凌燕 林合斌 李美璇 王楚胜 刘鉴锋

【关键词】屋顶;绿色植物;集水

目前，随着我国城市化快速发展，工业化进程加快，城市人口急剧增多，雨水问题不仅是制约国民经济发展的重要因素，而且是危害和威胁^民健康的严重社会问题。市面上各种各样的屋顶绿化专利互相之间存在雷同现象，在国外。许多发达国家已经摆脱了传统的孤立考虑水患控制的思路。从仅仅关注管道末端快速排除雨水，转向将防治洪涝与城市生态和水资源利用统筹考虑的综合管理思路。

现今我国对雨水的收集和利用仍在不断地探索和研究中，但还处于起步阶段。这一技术能够在一定程度上解决国内缺水问题，缓解城乡供水压力，对于保护环境和维护生态平衡有着非常重要的意义。

雨水利用不仅是开源节流的一条途径，而且是缓解或解决缺水问题的一项重要措施，它具有节水、防洪、生态环境三个方面的效益。

机械部分有温湿度控制仪、虹吸集水斗模型、雨水收集模块，采用编程及传感器对屋顶数据进行实时监控，温湿度控制仪顶部设置避雷针，采用了AVR微处理器，单片机为STM32F103，当温度和湿度超过设定范围时，系统将通过滴灌的方式达到保持湿度或者降温的效果。

防水保温涂层在大部分环境下均能保持优异和长期抗老化的性能，反射率高。

虹吸集水斗采用PE材质，在屋面积水达到一定高度时，使得管道内不进入空气，以满管流状态排水时产生负压，管道内形成抽吸作用将雨水迅速收集起来。

雨水收集模块内设多个过滤层，过滤加工雨水。

屋顶植物有改善城市气候、净化空气和水质、缓解热岛效应等作用，我们根据大湾区温度、湿度以及降雨量，选出适宜绿植，有更大的应用潜力，本系统设计的屋顶植被选用阳性、耐贫瘠的浅根性植物。

（一）界面样式实现

数据分析界面是基于Python的PyQt界面开发库实现的。在PyQt中，我们能够使用Qt Designer软件进行界面的快速布局与安排功能，PyQt中有多种控件可供我们根据实际需求合理布局。例如：QPushBu～on控件可连接一个槽信号，实现一定功能;QLabel控件可显示特定文字与图片;QTabelWidget控件可显示表格化的数据，界面样式UI可以通过添加resource资源图片来改变。

（二）读取数据操作的实现

读取数据的操作函数是和界面中“打开数据文件”按钮的槽信号绑定在一起的。首先。我们调用QFileDialog中的getOpenFileName函数获取打开文件的路径、文件类型。返回的数据类型是一个元组，我们需要对元组进行索引获得文件路径，再通过pandas库中的read_excel函数对路径文件进行读取，将读取到的数据以DataFrame的数据类型进行保存。通过对数据的循环遍历我们就可以读出数据文件中的每一个数据，并将他们显示在界面中。

（三）数据可视化功能的实现

数据可视化分析的图片绘制功能与界面中“绘制”按钮相绑定。数据可视化功能的实现依托的是Python中功能强大的MatpIotlab库，通过该库中的函数操作绘制可视化数据分析图片。再将图片保存为PNG格式放入缓存中，通过读取缓存中图片的方式就可以将图片读取进QLabel控件中，从而实现在界面中显示数据分析的结果图示。使用这种方法读取图片的优点在于不用生成临时的图片文件，优化了内存与性能的管理。

城市屋面雨水收集利用系统需要对不同地方、不同气候条件下的水资源状况、可利用降雨量大小，以及最终的用途进行综合分析，以优化设计雨水收集利用系统。我国对天然雨水收集和利用还处于初级阶段，没有形成系统的管理模式。本系统有较好的发展前景，能大力推动我国尤其是大湾区地区的水资源收集与利用，共同营造绿色大湾区、美丽中国。