智慧水务（污水管网）监测

一、方案背景

污水收集管网作为污水处理系统工程的重要组成部分，首先必须保证具备较为完善的污水管网系统，才能有效收集沿途污水进入污水处理厂进行集中处理。如何衡量污水管网系统是否完善，设计是否合理，管网漏损率是否过高，后期如何完善管网，如何避免偷排漏排，如何应对各种恶劣天气，各种突发状况引起的水质水量冲击，都是管网运营需考虑的问题。

随着科学技术的不断发展，以及居民对生活品质的要求逐步提高，上述问题已经有能力且有必要考虑如何解决。智慧水务的概念，就是在这种情况下提出。

所谓智慧水务，区别于以往传统水务的地方在于，可以在线探测，实时回传信息，经过大数据分析，可以得出管网运营健康状况，对解决上述问题提出合理的建议，真正达到运筹帷幄之中，决胜千里之外。

二、方案总体概述

方案整体由以下几个部分组成： 采用多普勒超声波流量计和水位计监测管网内的水量和水质情况，配合AMT-RTU-1遥测终端机使用，采用市电或者太阳能供电系统进行供电，将流量计、水质传感器固定于渠道中，遥测终端机定时的采集流量计里面的数据通

过GPRS远程发送到服务器中，数据可以通过WEB平台进行查看。

整个系统由以下几个方面组成：

（1）多普勒超声波流量计，用于测量管道内的流速、水位、水温、流量、累计流量。

（2）水质传感器，用于监测管道的水质情况，包括pH，浊度，电导率，溶解氧等

（3）AMT-RTU-1遥测终端机，用于采集本地传感器的相应的数据，并将数据发送至服务器。

（4）设备机箱，用于放置胶体蓄电池，充电器，遥测终端机等。

（5）太阳能供电系统，由太阳能和蓄电池，以及充电控制器组成，用于给整个系统进行供电，当个别站点无法使用市电或者太阳能供电时，可以采用锂电池供电。

（6）服务器及相应的接收软件，用于接收和解析遥测终端机发送上来的相应的报文，进行解析和存储。（7）数据云平台，用户可以通过WEB或者手机浏览器浏览各个站点的数据信息。

RTU通过太阳能供电系统供电，采集多普勒超声波流速仪的流速与水位数据，通过水位计算横截面积乘以流速计算流量。RTU采集到数据连接到智慧城市内部平台（兼容现有协议与平台），同时可以连接到武汉德希科技云平台进行远程配置，并提供免费的平台查询数据（可以通过手机端或PC端，随时随地查询数据，并提供微信预警）。

三、硬件产品的参数极其性能指标

1、多普勒超声波流量计

产品特点：

宽量程：0.02-5m/s(流速)

分辨率可达1mm/s（流速）

高响应时间，打破以往需要长时间才能得到流速流量的，测量结果时时刷新。

速度面积法流量测量，适合满管及非满管，可自由设定断面水位关系。

内部自带高精度温度传感器可用于水温测量和声速补偿。

流体力学外壳设计，对水体流态影响小，不影响测量精度。

防腐蚀外壳设计，能够在恶劣环境下长期工作。

可提供瞬时流量值和累积流量值。

无机械转动部件，不存在泥沙堵塞或水草、杂物缠绕等问题，适用于泥沙悬浮物含量高，水草等漂浮物多的河流中测量。

测量线性，出厂已校准长期使用也无需校准。

配有数据接收软件，可读取实时数据和累计数据。

技术参数：

流速：测量范围：0.02-5m/s

精度：1.0%±1cm/s

分辨率：1mm/s

水深：

测量范围：0m-5m

精度：±1cm

分辨率：1mm

温度：

测量范围：-10℃-60℃

精度：±0.5℃，

分辨率：0.1℃

流量：

测量范围：0.001m³/h-999999999 m³/h（根据断面可以增加）

精度：±3%（根据断面流态有所不同）

分辨率：0.0001 m³/s

电源：直流10V-24V

工作电流：12V 小于0.1A

输出信号：RS485（Modbus-RTU）

存储容量：2M（可扩展）

防护等级：IP68

工作温度：0℃-60℃（不结冰）

存储温度：-10℃-70℃

设备材质：灰色PVC

多普勒超声波流量计的工作原理：

AMT-LSX-1多普勒超声波流量计流速测量基于多普勒效应，探头斜向上发出一束超声波，超声波在流体中传播，流体中会含有气泡或者颗粒等杂质（可以认为流体中的杂质和水流的速度一致），当超声波接触到流体中的杂质时会使反射的超声波产生多普勒频移Δf，多普勒频移Δf正比于流速。通过测量多普勒频移Δf即可测量出流体的流速。

速度面积法测流原理：

AMT-LSX-1多普超声波流量计采用速度面积法测流，利用超声波流速传感器测量流速V，利用压力式水位计测量水位H，预先在控制器设置的渠道参数，控制器可以利用水位自动换算出过流面积S，流体的流量公式为：

Q= V×S

其中V- - - -流速 S- - - -过流面积Q- - -瞬时流量

由于采用了速度面积法测流，其可以适用于任何形态的断面。

1.多普勒超声波流量计的安装方式：

由于多普勒超声波流量计采用速度面积法进行测流，因而其可以适用于任何断面的流量监测，只需要将设备固定好放入待测断面即可。

2、AMT-W400在线多参数水质传感器，用于监测管道的水质情况，包括pH、浊度、电导率、溶解氧等参数。

在线多参数自清洗数字数传感器，采用一体化设计，产品可靠易用。最多可同时测量5个参数，可选择传感器类型有溶解氧、pH、ORP、电导率/盐度、氨氮、浊度等。采用RS-485总线，Modbus/RTU通讯协议，数据可直接传输至采集平台。

在线多参数水质传感器上配备自动清洗装置，可以设定自动清洗间隔时间和自动清洗圈数，以适应不同清洁程度的水质。自动清洗装置可以有效地清洁传感器表面，防止微生物附着，极大的减少维护成本。每支传感器配备快速插拔防水接头，拆装方便。

前端的传感器保护罩用来保护内部传感器不受损坏，保护罩四周开有槽孔，可以有效防止大的悬浮颗粒和生物对传感器探头的破坏，同时不会影响测量的准确性。

特点：

数字传感器，RS-485总线，Modbus/RTU通讯协议。

配备自动清洁装置，可以有效的清洁传感器表面，防止微生物附着，测量更准确，更低维护成本。

可选配溶解氧、电导率/盐度、浊度、氨氮、pH、ORP等数字传感器，适合长期在线监测。一体化设计，可以同时测量5个参数（含温度）。

技术参数：

PH测量范围：0-14 测量精度：±0.1 分辨率：0.01

溶解氧测量范围：0-20mg/L（0-200%饱和度）测量精度：±2%FS 分辨率：0.01mg/l

电导率测量范围：0-5000uS/cm （可扩展其他量程）测量精度：±1.5%FS 分辨率：1uS/cm

浊度测量范围：0-1000NTU 测量精度：±3%或3NTU 分辨率：0.1NTU

水温：测量范围：0-50℃ 测量精度：±0.5℃ 分辨率：0.1℃

工作电压：12-24V

输出接口：RS485 Modbus

安装方式：浸入式安装。

校准方式：两点校准

10.防护等级：IP68

11.工作温度：0~65℃

12.工作压力：＜0.2Mpa

3、AMT-RTU-1 遥测终端机：

产品特点：

通信功能：支持GPRS，短消息，卫星，433，以太网等多种通信方式。

工作模式：支持实时在线以及定时唤醒等工作方式。

采集功能：水位，雨量，温湿度，水文，流速，流量，风速风向，闸位，电池电压等数据，其它传感可定制。

图片抓拍功能：支持4个工业相机抓拍上传。

远程管理功能：支持远程配置，远程升级，远程重启等远程维护功能。

报警功能：水位雨量，门限报警。

存储功能：自带flash存储以及TF卡，可长久存储历史数据，掉电不丢失。

本地配置：本地支持USB以及WIFI配置，数据查询，历史数据导出。

支持多3个中心，可实现“一包多投”功能

支持高达256GB容量TF卡，可作为海量数据存储器使用。

宽电压设计，具有反接保护和短路保护功能。

所有输入输出端口采用抗雷击设计，可省缺外置防雷保护模块。

支持主备信道切换，以及GPRS短信同时上报（短信内容格式可定制）。

安全报警功能：支持柜门开启报警

技术参数：

硬件配置：2路RS485接口，1路TTL串口（可用作IO接口，外接单总线温湿度传感器，

控制继电器等），SDI接口，1路IO接口，1路脉冲输入接口，1路脉冲雨量计接口，2路

模拟量4-20mA接口，1路以太网接口（可外接多种转换模块），2路12V可控电源输出，1

路5V可控电源输出。

存储容量：16M，支持高达256G TF卡。

供电电压：6-24V。

功 耗 ：待机电流<1Ma(12V)。

工作电流<6Ma(12V)。

工作环境：温度-30~60℃，湿度：<95%(无凝露)。

4、太阳能电池板

功率：12V 40W。

工作温度：-10℃～+50℃。

太阳能电池组件：1 块。

5、蓄电池

标称供电电压：12V；

容量： 38AH；

通电电流：6A；

工作温度：-10℃～+50℃；

寿命：3 年以上（25℃）；

尺寸：200x165x475mm

胶体太阳能专用蓄电池

6、充电控制器

系统电压：12/24VDC。

负载电流：5-30A。

工作环境温度：-35℃ ～ 55℃。

自损耗：＜4mA。

温度补偿：-18mV/℃。

过放保护值：11.1V。

充电电流：5A-30A。

最终充电电压：13.9V。

过放恢复值：12.6V ×2/24V。

7、信号防雷器

信号传输速率: 2M。

信号工作电压：6V。

电源电压保护：12/24V。

放电电流：10KA。

信号额定工作电压：5V。

瞬间过电压 10KV。

额定放电电流：5KA。电源持续运行电压：12V/24V。

电源额定工作电压：12V/24V。

响应时间：≤ 1 ns。

电源额定工作电流：2A。

温(湿)度范围-40℃…+80℃，相对湿度≤95%。

外壳防护等级 IP20。

8、立杆机箱

立杆：高度 3m，材质镀锌钢管，管径：114mm，壁厚 3mm。

含定制太阳能支架，避雷针。

设备机箱：304 不锈钢机箱，尺寸 500x400x300mm。

开关电源（有市电的地方）

12V 40W 开关电源

四、多普勒超声波流量计的安装方式： （城市管道安装方式）

利用L型支架直接将设备伸到管道内部，并用将支架固定在管壁，线缆用镀锌钢管保护。根据环境可以选择锂电池供电或者太阳能供电。

五、软件平台

云数据展示平台：可以将遥测终端机采集到的传感器数据发送到服务器上，主要用于展示各个站点的水位、流速、流量等信息。其功能为：站点的管理，全部站点实时数据的查看，单个站点的实时数据、历史数据、报表、曲线、历史图形、站点图片抓拍、站点视频、数据导出、EXCLE 报表、GIS 地理信息数据、该平台可以免费使用，如需自建平台可以对数据进行解析。遥测终端机支持的协议是SL651-2014 水文通讯规约。