一、概述(shu)

1、背景介(jie)紹

污水監測儀承擔著城市防汛排澇、污水收集和輸送的任務，是重要的城市基礎設施之一，它關系到社會經濟穩定發展和人民生活的安定,在保(bao)障(zhang)城市(shi)發(fa)展和安全運行中發(fa)揮著重要的作用。

污水監測儀不僅要建設好，更重要的是要運行管理好。然而隨著城市化進程的突飛猛進，城市排水管網的建設速度、規模隨之加快增大，管理難度也越來越大。排水系統欠缺完善，雨污水管道老化、管道淤積嚴重，污水漫溢、道路積水內澇，水環境惡化、河道黑臭、城市污水廢水滲入地下水污染水資源等問題亟待解決。因此，一套科學智能、功能完備的綜合水位管理系統不可少。

二、排水管網監測系統總體(ti)設(she)計

1、排水(shui)管網監測(ce)系統架(jia)構

排水管(guan)網監(jian)測系統總體架構主要由感知層、網絡(luo)層和應用層等組成(cheng)(cheng)。軟硬件有(you)機組合(he)成(cheng)(cheng)功(gong)能齊全、功(gong)能強大(da)、系統穩定(ding)的(de)排水管(guan)網監(jian)測系統。

感(gan)知(zhi)層(ceng)(ceng)主要由污(wu)水井液(ye)位監測儀(yi)等不同類型傳感(gan)器構成，該(gai)層(ceng)(ceng)主要提(ti)供(gong)新實時、穩(wen)定可靠的現場(chang)監測數(shu)據，為后續的管理應(ying)用平(ping)臺提(ti)供(gong)有效穩(wen)定的數(shu)據源(yuan)。

網絡(luo)層主要是(shi)無線方式進行傳(chuan)輸監測數據和管理(li)應用(yong)功能實現傳(chuan)輸表達。系統通信組網常采用(yong)4G/NB-IoT等組(zu)網方(fang)式(shi)。

應用層是實(shi)現數(shu)據儲存、數(shu)據查詢、數(shu)據可視化、統計分(fen)析、設備(bei)查詢及管理、預警預報(bao)、報(bao)警及診(zhen)斷(duan)服務、管道分(fen)布查詢、設備(bei)分(fen)布、遠程調度、移動(dong)(dong)端(duan)的(de)(de)實(shi)時查看、移動(dong)(dong)端(duan)的(de)(de)預警預報(bao)和遠程指揮控制(zhi)等日常管理等功能的(de)(de)平(ping)臺。應用層是實(shi)現人機交互的(de)(de)主要手段方式。

2、感知層構(gou)成

感知層是實(shi)現監測(ce)數據(ju)采集的(de)(de)一(yi)層，該層主(zhu)要(yao)提供新(xin)實(shi)時、穩(wen)定可靠的(de)(de)現場監測(ce)數據(ju)，為后續的(de)(de)管理應用(yong)平臺(tai)提供有效穩(wen)定的(de)(de)數據(ju)源。排(pai)水管網監測(ce)系統中最底層、也是最重要(yao)的(de)(de)組(zu)成部分。該層主(zhu)要(yao)由一(yi)些常見的(de)(de)污(wu)水井液位(wei)監測(ce)儀等傳感器構成，從而實(shi)現監測(ce)數據(ju)的(de)(de)有效采集。

3、網絡層構成

系統網絡層(ceng)常采用4G/NB-IoT等組網方式(shi)。

液(ye)位監測(ce)站主機常采用(yong)4G/NB-IoT等通信方式，與管(guan)理中心站進行數(shu)據通信。

管理中心站通過Internet專(zhuan)線(xian)與上(shang)級管理(li)部門通(tong)信，實現(xian)站(zhan)點監測信息(xi)共享。

顯(xian)示平臺主要通過PC終端、平(ping)板電腦(nao)、大屏幕(mu)、無線終端等方式展現監(jian)測數據，將監(jian)測數據可(ke)視化，有(you)助于數據的分析(xi)和(he)管(guan)理,同(tong)時(shi)還可以使用這些方(fang)式進行管(guan)理操(cao)作。

4、應(ying)用層構成

應(ying)(ying)(ying)用層(ceng)是(shi)排水管(guan)(guan)網監測(ce)系統不(bu)可缺的(de)組成部分(fen)(fen)，應(ying)(ying)(ying)用層(ceng)是(shi)實(shi)現數(shu)據儲存(cun)、數(shu)據查(cha)詢(xun)、數(shu)據可視化(hua)、統計分(fen)(fen)析、設(she)備查(cha)詢(xun)及管(guan)(guan)理(li)(li)、預(yu)警預(yu)報(bao)、報(bao)警及診斷服務、管(guan)(guan)道分(fen)(fen)布(bu)查(cha)詢(xun)、設(she)備分(fen)(fen)布(bu)、遠程調度、移動端的(de)實(shi)時查(cha)看(kan)、移動端的(de)預(yu)警預(yu)報(bao)和遠程指揮控制等(deng)日常管(guan)(guan)理(li)(li)等(deng)功能的(de)平臺。應(ying)(ying)(ying)用層(ceng)是(shi)實(shi)現人機(ji)交互的(de)主要手段(duan)方式(shi)，也(ye)是(shi)實(shi)現排水管(guan)(guan)網監測(ce)數(shu)字化(hua)管(guan)(guan)理(li)(li)的(de)主要方式(shi)。

三、排(pai)水管網液位(wei)監測站(zhan)系統設計

城(cheng)市(shi)(shi)排水(shui)系(xi)統由于(yu)深埋地下，結構(gou)復雜，是一個具有隱(yin)蔽性(xing)的巨型網絡系(xi)統，這(zhe)增加了排水(shui)管(guan)網運營和(he)管(guan)理(li)的難度。如何合理(li)的規劃管(guan)理(li)城(cheng)市(shi)(shi)排水(shui)管(guan)網、控制水(shui)污染、防(fang)止城(cheng)市(shi)(shi)內(nei)澇和(he)解(jie)決(jue)管(guan)網入(ru)流入(ru)滲問(wen)題，已成為城(cheng)市(shi)(shi)建設(she)和(he)可持續發展的重要內(nei)容。

通過排水管網(wang)的液(ye)位(wei)監測可(ke)實(shi)現對管道內部液(ye)位(wei)數(shu)據的準確掌握，改變粗(cu)略判(pan)斷(duan)液(ye)位(wei)的數(shu)據管理方(fang)式(shi)。

通過對管(guan)網(wang)系(xi)統quan方位(wei)的液位(wei)監測，實時(shi)掌握管(guan)網(wang)總體運行狀(zhuang)況(kuang)。

通過液位數據積累(lei)，對較長時間跨度的(de)管道液位變化趨勢進行分(fen)析，實現科學預判。

將液位數據與業務應用系統、數學模型軟件相(xiang)結合，建(jian)立(li)完整動(dong)態(tai)的管網運行管理系統、管網運行能力分析系統等，為科學運營夯實基(ji)礎(chu)。

通過液位實時監測、預警分析(xi)、運(yun)(yun)行(xing)狀況(kuang)研判，建(jian)立科(ke)(ke)學的(de)運(yun)(yun)營(ying)管理(li)體系，提高管理(li)人員對(dui)整體管網(wang)系統(tong)的(de)掌控能力、水量科(ke)(ke)學調配能力，提升運(yun)(yun)營(ying)管理(li)效率(lv)。

為更精準的監測水位，建議設備每(mei)1公(gong)里(li)設置(zhi)一(yi)套(tao)(tao)，管道(dao)交叉口出(chu)需在(zai)主管道(dao)處增(zeng)設一(yi)套(tao)(tao)，重復處留一(yi)套(tao)(tao)即(ji)可。

1、液(ye)位(wei)監(jian)測站構成

液(ye)位(wei)監(jian)測(ce)(ce)(ce)站主(zhu)要由(you)雨水井(jing)(jing)液(ye)位(wei)監(jian)測(ce)(ce)(ce)儀(yi)、污水井(jing)(jing)液(ye)位(wei)監(jian)測(ce)(ce)(ce)儀(yi)、安裝(zhuang)支架（可(ke)拆卸）等組成。可(ke)以大(da)范圍檢測(ce)(ce)(ce)窨井(jing)(jing)內(nei)的水位(wei)，主(zhu)要起到預警報警的作用，可(ke)有效預防城(cheng)市內(nei)澇的發生。

該液(ye)位監(jian)測站可(ke)有效進行數(shu)據(ju)采集，同(tong)時還(huan)可(ke)以(yi)(yi)將(jiang)采集到的(de)(de)數(shu)據(ju)無線(xian)傳輸至管理中心，管理中心控(kong)制(zhi)(zhi)人員可(ke)以(yi)(yi)根據(ju)采集到的(de)(de)流(liu)量數(shu)據(ju)控(kong)制(zhi)(zhi)閥門以(yi)(yi)此達到控(kong)制(zhi)(zhi)管道內的(de)(de)污水狀態(tai)，使(shi)其處(chu)于合理安全的(de)(de)范(fan)圍(wei)。

2、液位監測站(zhan)功(gong)能

2.1監測采(cai)集功能

液位監(jian)(jian)測站可以自動采集水位數(shu)(shu)據，并定時向中心(xin)站發送當前(qian)監(jian)(jian)測的數(shu)(shu)據，同(tong)時還包(bao)括系統(tong)電壓、站點編號等(deng)參數(shu)(shu)。

2.2保存(cun)功能

液位監測站可以自動(dong)保存一定時間內的監測數(shu)據。

2.3斷(duan)點續傳功能(neng)

由于某些(xie)現(xian)場通信(xin)(xin)信(xin)(xin)號(hao)較(jiao)差導致監(jian)測數(shu)(shu)據無法及時(shi)上傳(chuan)或者出現(xian)上傳(chuan)數(shu)(shu)據缺失時(shi)，液(ye)位(wei)監(jian)測站會在下一次上傳(chuan)數(shu)(shu)據時(shi)，自動補傳(chuan)缺失的(de)監(jian)測數(shu)(shu)據。

2.4報警(jing)功能

當水位(wei)超(chao)出限定閾值時，可以進行頻繁采集上傳(chuan)監測數據(ju)和提(ti)供報警功能(neng)。

2.5遠程配置(zhi)功能

通過服務(wu)平臺可遠(yuan)程(cheng)配置和讀取液位監測(ce)站監測(ce)設(she)備的工(gong)作(zuo)模式和傳感器的工(gong)作(zuo)參數，使(shi)(shi)監測(ce)設(she)備更(geng)加貼(tie)近用戶需(xu)求或現場使(shi)(shi)用情(qing)況。

3、液位監測站設(she)備技術參數

1.測(ce)量量程：7米（可制(zhi)定更大量程）；

2.測量方式：超聲波非接觸式；

3.測量分(fen)辨率：1cm；

4.測量精(jing)度：0.5%；

5.采集響應時間：≤5s

6.供電(dian)電(dian)源：內置DC3.6V/52000mAh大容量電(dian)池；

7.結構(gou)材料：鋁(lv)合金烤漆外(wai)殼，耐磨耐腐蝕；

8.報(bao)警(jing)設(she)置：最高液(ye)位報(bao)警(jing)值、最di液(ye)位報(bao)警(jing)值設(she)置；

9.功耗：靜態值守電流≤0.2mA，平(ping)均(jun)工作電(dian)流（不(bu)含通(tong)信）≤8mA；

10.通信協議(yi)：符合SL651-2014《水文監測數據通信規約》要求；

11.顯(xian)示(shi)屏：128*64點陣；

12.安裝(zhuang)方式：L形支架掛壁(bi)安(an)裝；

13.外殼通過IP68防(fang)護(hu)等(deng)級(ji)檢測，符合GB/T4208-2017《外殼防護等級（IP代碼(ma)）》標(biao)準要(yao)求；

14.工(gong)作(zuo)溫(wen)度：-15℃～55℃，產品通過GB/T2423.1-2008《電工電子產品環(huan)境試驗第2部(bu)分(fen)試(shi)驗方法(fa)試(shi)驗A：低(di)溫(wen)》測(ce)試；產品通過GB/T2423.1-2008《電(dian)工電(dian)子(zi)產品環境試驗第2部分(fen)試(shi)驗(yan)方法試(shi)驗(yan)B：高溫》測(ce)試(shi)；

監(jian)測儀固(gu)件程序軟件著作權

4、城市內(nei)澇防治綜(zong)合監控信(xin)息化管(guan)理平臺

4.1數據采集軟件(jian)

數據(ju)(ju)采集軟件通過已建網(wang)絡(luo)，對項(xiang)目所有站點的(de)遙(yao)測積水數據(ju)(ju)的(de)進行實時(shi)接收(shou)，處理(li)、存儲(chu)接收(shou)到的(de)數據(ju)(ju)，同(tong)時(shi)寫入(ru)統一的(de)遙(yao)測數據(ju)(ju)庫(ku)，以供(gong)原有系統調(diao)用數據(ju)(ju)。

數(shu)據采集軟件主要用于(yu)監測站(zhan)點(dian)原始數(shu)據接收(shou)采集入(ru)庫，與遙(yao)測系(xi)統配套使用。

數據接收部分通(tong)過4G接收方式，接收各遙測站點的水位(wei)、電壓(ya)等(deng)原始報文數據，并對原始報文進行解(jie)析(xi)處理，將解(jie)析(xi)出(chu)來的數據寫入數據庫表；可通過4G進行遠(yuan)程設置，管理(li)及更改站點(dian)基本參(can)數(shu)、運行參(can)數(shu)、遠(yuan)程數(shu)據提取、招(zhao)測。

4.2動態監測預警

通(tong)(tong)過(guo)預設積水不同(tong)(tong)預警(jing)級(ji)別的(de)(de)預警(jing)閥值，從數據庫(ku)值守(shou)刷新(xin)數據，對(dui)監測的(de)(de)實時(shi)數據與設定(ding)的(de)(de)閥值進(jin)(jin)行對(dui)比分析，對(dui)超過(guo)不同(tong)(tong)級(ji)別預警(jing)閥值通(tong)(tong)過(guo)不同(tong)(tong)顏色及聲音進(jin)(jin)行預警(jing)提(ti)醒，同(tong)(tong)時(shi)站點所在位(wei)置閃爍(shuo)，并(bing)可支持預警(jing)短信發送給相關工作人員。

4.3過(guo)程趨勢(shi)分析

結合GIS地(di)圖平臺，在實時監(jian)測信息(xi)浮動的基礎(chu)上，提(ti)供(gong)監(jian)測信息(xi)過程(cheng)趨勢(shi)分析功(gong)能。分析結果(guo)結合不(bu)同要(yao)素(su)業(ye)務特點及(ji)需要(yao)，通過過程(cheng)線方式展示。為用戶掌握積水(shui)監(jian)測信息(xi)的過程(cheng)演變(bian)趨勢(shi)提(ti)供(gong)直(zhi)觀的信息(xi)服務。