一、概述

1、背景介绍

污水监测仪承担着城市防汛排涝、污水收集和输送的任务，是重要的城市基础设施之一，它关系到社会经济稳定发展和人民生活的安定,在保障城市发展和安全运行中发挥着重要的作用。

污水监测仪不仅要建设好，更重要的是要运行管理好。然而随着城市化进程的突飞猛进，城市排水管网的建设速度、规模随之加快增大，管理难度也越来越大。排水系统欠缺完善，雨污水管道老化、管道淤积严重，污水漫溢、道路积水内涝，水环境恶化、河道黑臭、城市污水废水渗入地下水污染水资源等问题亟待解决。因此，一套科学智能、功能完备的综合水位管理系统不可少。

二、排水管网监测系统总体设计

1、排水管网监测系统架构

排水管网监测系统总体架构主要由感知层、网络层和应用层等组成。软硬件有机组合成功能齐全、功能强大、系统稳定的排水管网监测系统。

感知层主要由污水井液位监测仪等不同类型传感器构成，该层主要提供新实时、稳定可靠的现场监测数据，为后续的管理应用平台提供有效稳定的数据源。

网络层主要是无线方式进行传输监测数据和管理应用功能实现传输表达。系统通信组网常采用4G/NB-IoT等组网方式。

应用层是实现数据储存、数据查询、数据可视化、统计分析、设备查询及管理、预警预报、报警及诊断服务、管道分布查询、设备分布、远程调度、移动端的实时查看、移动端的预警预报和远程指挥控制等日常管理等功能的平台。应用层是实现人机交互的主要手段方式。

2、感知层构成

感知层是实现监测数据采集的一层，该层主要提供新实时、稳定可靠的现场监测数据，为后续的管理应用平台提供有效稳定的数据源。排水管网监测系统中最底层、也是最重要的组成部分。该层主要由一些常见的污水井液位监测仪等传感器构成，从而实现监测数据的有效采集。

3、网络层构成

系统网络层常采用4G/NB-IoT等组网方式。

液位监测站主机常采用4G/NB-IoT等通信方式，与管理中心站进行数据通信。

管理中心站通过Internet专线与上级管理部门通信，实现站点监测信息共享。

显示平台主要通过PC终端、平板电脑、大屏幕、无线终端等方式展现监测数据，将监测数据可视化，有助于数据的分析和管理,同时还可以使用这些方式进行管理操作。

4、应用层构成

应用层是排水管网监测系统*组成部分，应用层是实现数据储存、数据查询、数据可视化、统计分析、设备查询及管理、预警预报、报警及诊断服务、管道分布查询、设备分布、远程调度、移动端的实时查看、移动端的预警预报和远程指挥控制等日常管理等功能的平台。应用层是实现人机交互的主要手段方式，也是实现排水管网监测数字化管理的主要方式。

三、排水管网液位监测站系统设计

城市排水系统由于深埋地下，结构复杂，是一个具有隐蔽性的巨型网络系统，这增加了排水管网运营和管理的难度。如何合理的规划管理城市排水管网、控制水污染、防止城市内涝和解决管网入流入渗问题，已成为城市建设和可持续发展的重要内容。

通过排水管网的液位监测可实现对管道内部液位数据的准确掌握，改变粗略判断液位的数据管理方式。

通过对管网系统quan方位的液位监测，实时掌握管网总体运行状况。

通过液位数据积累，对较长时间跨度的管道液位变化趋势进行分析，实现科学预判。

将液位数据与业务应用系统、数学模型软件相结合，建立完整动态的管网运行管理系统、管网运行能力分析系统等，为科学运营夯实基础。

通过液位实时监测、预警分析、运行状况研判，建立科学的运营管理体系，提高管理人员对整体管网系统的掌控能力、水量科学调配能力，提升运营管理效率。

为更精准的监测水位，建议设备每1公里设置一套，管道交叉口出需在主管道处增设一套，重复处留一套即可。

1、液位监测站构成

液位监测站主要由雨水井液位监测仪、污水井液位监测仪、安装支架（可拆卸）等组成。可以大范围检测窨井内的水位，主要起到预警报警的作用，可有效预防城市内涝的发生。

该液位监测站可有效进行数据采集，同时还可以将采集到的数据无线传输至管理中心，管理中心控制人员可以根据采集到的流量数据控制阀门以此达到控制管道内的污水状态，使其处于合理安全的范围。

2、液位监测站功能

2.1监测采集功能

液位监测站可以自动采集水位数据，并定时向中心站发送当前监测的数据，同时还包括系统电压、站点编号等参数。

2.2保存功能

液位监测站可以自动保存一定时间内的监测数据。

2.3断点续传功能

由于某些现场通信信号较差导致监测数据无法及时上传或者出现上传数据缺失时，液位监测站会在下一次上传数据时，自动补传缺失的监测数据。

2.4报警功能

当水位超出限定阈值时，可以进行频繁采集上传监测数据和提供报警功能。

2.5远程配置功能

通过服务平台可远程配置和读取液位监测站监测设备的工作模式和传感器的工作参数，使监测设备更加贴近用户需求或现场使用情况。

3、液位监测站设备技术参数

1.测量量程：7米（可制定更大量程）；

2.测量方式：超声波非接触式；

3.测量分辨率：1cm；

4.测量精度：0.5%；

5.采集响应时间：≤5s

6.供电电源：内置DC3.6V/52000mAh大容量电池；

7.结构材料：铝合金烤漆外壳，耐磨耐腐蚀；

8.报警设置：最高液位报警值、最di液位报警值设置；

9.功耗：静态值守电流≤0.2mA，平均工作电流（不含通信）≤8mA；

10.通信协议：符合SL651-2014《水文监测数据通信规约》要求；

11.显示屏：128*64点阵；

12.安装方式：L形支架挂壁安装；

13.外壳通过IP68防护等级检测，符合GB/T4208-2017《外壳防护等级（IP代码）》标准要求；

14.工作温度：-15℃～55℃，产品通过GB/T2423.1-2008《电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验A：低温》测试；产品通过GB/T2423.1-2008《电工电子产品环境试验第2部分试验方法试验B：高温》测试；

监测仪固件程序软件著作权

4、城市内涝防治综合监控信息化管理平台

4.1数据采集软件

数据采集软件通过已建网络，对项目所有站点的遥测积水数据的进行实时接收，处理、存储接收到的数据，同时写入统一的遥测数据库，以供原有系统调用数据。

数据采集软件主要用于监测站点原始数据接收采集入库，与遥测系统配套使用。

数据接收部分通过4G接收方式，接收各遥测站点的水位、电压等原始报文数据，并对原始报文进行解析处理，将解析出来的数据写入数据库表；可通过4G进行远程设置，管理及更改站点基本参数、运行参数、远程数据提取、招测。

4.2动态监测预警

通过预设积水不同预警级别的预警阀值，从数据库值守刷新数据，对监测的实时数据与设定的阀值进行对比分析，对超过不同级别预警阀值通过不同颜色及声音进行预警提醒，同时站点所在位置闪烁，并可支持预警短信发送给相关工作人员。

4.3过程趋势分析

结合GIS地图平台，在实时监测信息浮动的基础上，提供监测信息过程趋势分析功能。分析结果结合不同要素业务特点及需要，通过过程线方式展示。为用户掌握积水监测信息的过程演变趋势提供直观的信息服务。