具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1-6所示，本发明提供一种基于数字孪生技术的城市服务系统，包括由铺路单元1铺设形成的路面排水系统和对路面排水系统进行监控的监控系统，所述铺路单元1包括刚性架构11、刚性路面板12、填充层16、水平管路13和存水槽14、所述刚性路面板12固定设于所述刚性架构11上面，所述填充层16有若干层并堆叠在所述刚性架构11内填充支撑所述刚性路面板12。刚性架构11的侧面和底部均包有隔水板，或者刚性架构11本身采用一体化的槽形防水壳。采用具有防水结构的刚性壳体能有效支撑刚性路面板12并防止路面的压力直接对填充层16造成太大压力，减少水平管路13受损的几率。

所述水平管路13同向设置在各个填充层16之间，所述存水槽14固定于所述刚性架构11靠近排水方向的内侧壁上，所述水平管路13一端穿出所述刚性架构11伸入相邻铺路单元1的存水槽14中而另一端伸入到本铺路单元1的存水槽14中与相邻铺路单元1的水平管路13连接，所述存水槽14用于存储所述水平管路13彼此连接处排出的水，所述存水槽14顶部设有所述取样器17并可拆卸安装有封板。

所述取样器17的取样杆伸入到所述存水槽14收集水样且水样深度与存水槽14中水深一致。所述路面板上设有若干用于吸收路面积水的渗漏孔122，所述填充层16上设有若干竖向孔123，所述竖向孔123连通渗漏孔122与水平管路13并连通上下相邻的水平管路13。这样渗漏孔122和竖向孔123组成了竖向引水结构，让路面积水均通过渗漏孔122和竖向孔123渗入各个水平管路13。所述路面板还设有若干长条形的集水槽121，所述渗漏孔122成排设置，每排渗漏孔122沿所述集水槽121底部的长度方向等间隔设置。

所述水平管路13外侧设有若干多孔染色块，所述多孔染色块中设有水溶性颜料，所述多孔染色块外侧用防水壳包覆封闭。所述多孔染色块包括设于所述填充层16的多孔染色块一15和包在所述水平管路13彼此连接处的多孔染色块二18，所述多孔染色块一15和所述多孔染色块二18分别设有两种不同颜色的颜料。多孔染色块一15分为上下两侧两个半圆结构的半圆染色块，分别贴近设置在水平管路13上下两侧，并且每组多孔染色块一15沿所述水平管路13等间隔设置。多孔染色块二18则为完整环形并环绕在水平管路13彼此连接处的位置。

所述路面排水系统还包括排水槽2，所述排水槽2由若干段槽体段沿排水方向依次连接而成，所述槽体段下部侧面设有插入相邻槽体段的排水管21，所述水平管路13邻近所述槽体段的一端穿入所述槽体段排水，所述槽体段一侧设置有多排多列的铺路单元1。所述水平管路13之间通过管接头压力阀相连，所述管接头压力阀在管路压力达到一定阈值时开启释放多余水流，且每个管接头压力阀开启后的放水的流量相等。

所述监控系统包括监控中心和信息采集模块，所述信息采集模块包括设在所述排水管21上的流量计、设在所述槽体段上方的彩色摄像头22、采样器和移动客户端，信息采集模块用于采集各处图像和水深数据作为检测结果。其中，所述采样器用于插入所述存水槽14采集水样并检测所述存水槽14中的水位高度，所述移动客户端用于获取水样图像和输入水样深度，所述流量计用于检测排水管21的流量，所述彩色摄像头22用于采集排水槽2对应位置处的排水图像。所述采样器、流量计和彩色摄像头22采集的数据信息均发送到所述监控中心。所述水样图像、所述水样深度、所述排水图像均与相应信息采集模块的时间位置信息绑定。所述采样器和移动客户端以每次采样对应的采样时间和对应铺路单元1的编号作为时间位置信息。所述彩色摄像头22以拍摄时间和自身位置作为时间位置信息。

所述监控中心设有数字孪生模块、图像识别模块、颜色比对模块和故障估计模块，其中，所述数字孪生模块用于依据初始铺设的路面排水系统生成相应的数字孪生模型，并根据排水系统完好时进行排水实验产生的排水过程设置排水仿真程序模拟所述路面排水系统的排水过程。

所述图像识别模块用于根据所述排水图像识别排水槽2中水的颜色特征和排水槽2水深，还用于根据所述水样图像识别水样的颜色，并将识别得到的颜色特征发送到所述颜色比对模块，同时将所述排水槽2水深发送到所述故障估计模块。

所述颜色比对模块用于将接受的颜色特征与标准溶液颜色比对得到颜料混合比例特征，并将所述颜料混合比例特征发送到所述故障估计模块。所述标准溶液包括所述多孔染色块中各个颜料溶解于不同水量情况下的颜色、以及不同颜料根据比例混合后再溶解于不同水量情况下的颜色。

所述故障估计模块根据所述颜料混合比例特征、水样深度、排水槽2水深结合对应绑定的时间位置信息进行评估，预测若干可能的故障状态并发送到所述数字孪生模块，所述故障状态包括故障类型和故障位置。

所述数字孪生模块还用于将故障状态代入所述数字孪生模型进行模拟生成相应故障状态下各处信息采集模块的检测结果，比较模拟产生的检测结果与实际的检测结果以此确定相似度最大的若干故障状态。

如果存水槽14中储水量小于正常情况，但路面积水严重，则根据积水位置能直接判断哪里的铺路单元1发送管路堵塞故障，该故障类型和故障位置被直接输入故障估计模块，用于估计故障状态。

铺路单元1中各个水平管路13连接处在水压较大时开启，将多余的水泄入相应的存水槽14，如果在水平管路13连接处发生振动腐蚀等异常因素造成连接处破坏，则多孔染色块二18必然被破坏，并且水流会从此处渗漏到存水槽14，此时存水槽14存储水量明显大于正常铺路单元1中的情况，并且水样颜色会变成多孔染色块二18中的颜料颜色，根据储水量大小和颜色浓淡就能体现此处发生故障时渗漏和连接处破坏的的严重程度：存水槽14存储水量越大说明连接处泄漏越严重，相应的下游管路的水量则相比正常管路有所减少，而颜色浓度结合水量分析颜料泄漏情况则有颜料泄漏越多说明管路连接处的破坏越大。

当由于磨损、腐蚀等因素造成填充层16之间的水平管路13发生损坏和渗漏时，由于上下两侧均设有多孔染色块一15，渗漏时造成一部分水存水槽14中的水有部分沿水平管路13外壁流出，如果不是水管变形，则只会造成管路中水量较少，存水槽14中由于水压较小导致水深下降。而如果是发生振动、受压过大导致管路变形损坏，则会引发多孔染色块一15破坏，这时导致水样颜色会变成多孔染色块一15中的颜料颜色，根据水量大小和颜色浓淡就能体现此处发生故障时渗漏和连接处破坏的的严重程度：存水槽14中储水量越少说明水平管路13泄漏越严重，储水量中颜色浓度越高说明水平管路13受到的破坏越大。

本系统进行维护检测的具体方法步骤如下：

步骤一：构建对应路面排水系统的数字孪生模型，设定一定范围的维护检测区域，分区域进行检测。

步骤二：检测时，朝区域内的铺路单元1喷洒足量清水，一段时间后查看流量计和彩色摄像头22反馈的检测数据和图像中水流的颜色结合铺路单元1路面的排水情况判断是否有比较严重的故障。

步骤三：当确定有比较严重的故障时，逐一查看区域内的采样器，通过移动客户端输入各处的水样深度，当发现水样有异常颜色的拍摄图像发送到监控中心。

步骤四：监控中心针对信息采集模块采集的图像数据进行处理得到排水槽2水深、颜料混合比例特征，结合输入的水样深度数据，通过故障估计模块预测若干可能的故障状态。

步骤五：将故障状态代入所述数字孪生模型进行模拟，通过将模拟产生的检测结果与实际检测结果比对确定相似度最大的若干故障状态。

步骤六：现场维护人员通过移动客户端获取相似度最大若干故障状态，对相应故障位置的铺路单元1进行拆卸检查，根据检查结果进行维护更换作业。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的发明构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明保护范围之内。