方案背景 近年随着物联网与传感器行业的结合与发展，各行各业都在进行着智慧化改造，像智慧城市、智慧灌溉、智慧管网、智慧农业、智慧水利等等概念层出不穷，近些年无线技术在智慧领域的应用也早已成熟，在各个智慧领域落到实处，深深扎根。其中排水管网监控系统是城市建设中“智慧城市”改造的一部分，是海绵城市、城市生命线建设以及城市内涝项目中的主重点。运用传感器技术与无线技术和电池能源相结合，通过对城市地下排水管网水位、流量等参数的采集上报，政府相关管理部门能够第一时间掌握道路积水情况、排水情况、管道堵塞情况，从而能够及时对窨井管道内的不良情况进行预判处理，防止严重内涝灾害的发生等。对城市排水管网的管理，灾害的预防、预警、预演起到了积极的作，同时在一定程度上会减少险情的发生，维护了人民生命财产安全。 窨井环境的特殊性 由于窨井的特殊环境，要求传感采集设备必须具备如下条件1、设备防护等级IP68管网内流量较大时，窨井污水随时可能会满管或溢出，而由于种种条件限制，测量采集设备一般都需要安装在窨井内部。一旦污水满管溢出意味着安装在窨井下的全部监测设备会完全浸泡在水里。尤其是南部、东南部地区，雨水充沛，且多数城市人口密度大，时不时还会受到台风影响降雨量暴增。一般比较严重的内涝情况下，窨井满管或溢流可能持续3-5天不等。2、信号传输要稳定窨井下的无线信号由于半密封条件会比较弱，而且很多情况窨井带有安全防护网（防止行人掉进井内），为了不影响防护网检修，采集上报的设备必须安装位于防护网以下，这样信号就更弱了。3、安装环境要求设备基本是无铺线施工的电池供电模式从施工方面考虑，城市油柏路面很难进行大量点位的掏洞、挖掘、铺线等工程，故一般窨井监测需要设备使用一体式的电池供电，而电池的使用时长和寿命与上报频率有很大的关系。在同等容量下为了尽量延长电池的使用时间，要求在汛期期间尽量增加上报频率，在非汛期期间酌情降低上报频率。上报设备必须具备根据现场水位、流量等测量数据自动调节上报频率的功能，可以设置至少三级预警上报频率，每个级别的预警上报频率可根据现场需求自定义。在施工前还要充分考虑后期维护困难的问题，尽量在施工期间一次性调试，因为经常在城市道路上进行维护，容易在拥挤路段造成交通拥堵，也有一定的安全隐患。 系统设计原则 1、精度在线监测系统的主设备，国内厂商需要有国内权威部门出具的检测报告和生产许可证，确保所购设备测量数据的准确性。2、实时性、稳定性定时采集病存储窨井内数据，根据数值的不同可以进行加报传输；支持断点续传、存储信息打包发送，预防无信号或信号极弱时数据的大量丢失。3、施工/操作简便、维护成本要低尽可能不破坏或少破坏现有基础设施的前提下，安装监测系统。同时还应考虑施工成本以及系统调试完毕之后的维护成本。简而言之，项目要易实施、监测系统易操作且维护方便。4、性价比监测系统在满足前三项在基础上，项目整体方案选型，应考虑设备的性价比。系统组成 监测系统主要由监控中心、通信网络、无线终端、传感器设备四部分组成。若只需要水位数据，则位于现场的无线终端与传感器设备及其供电电池组为一体式设计，也可采用灵活的分体安装；若需要流速流量数据，则必须采用分体式安装。1、监控中心由服务器、显示端、联网设备端口等组成，多数地区政府项目由水利厅布置，厂家需将终端无线设备与监控中心联网对接协议。现场设备运行数据经现场监控终端及其通讯端口，通过4G网络传输到Internet网，进入到服务器里，把现场监测的各类数据进行采集进入中心服务器，各职能工作人员通过客户计算机访问服务器数据，实时了解各监测站点的设备运行情况、相关运行参数。监控中心发送的命令也由此路径执行到受控设备。2、无线终端无线终端是可内置4G物联网卡的RTU终端，一体式设计RTU与传感器设备在内部相连，分体式则采用端口式有线连接，RTU负责定时采集传感器数据，并将数据通过相应的通讯端口上传，同时执行各级中心下达的命令，是使数据能够上传下达的载体。3、传感器设备测量现场水位、流速、流量等数据，其准确性和稳定性直接影响数据的真实性和监测成效。目前我公司自主研发生产的80G/60G雷达水位计、雷达流速仪/流量计、ADCP多普勒流量计，都可以集成到此系统中。80G雷达水位计的特点是信号强度大，抗干扰能力强，适用于环境复杂的窨井下环境；60G雷达水位计则尺寸小巧，性价比高，适用于水质情况相对良好的井下环境。水位或流速流量传感器将采集到的数据通过Modbus通讯传输到RTU。 硬件产品1、一体机/主机参数 产品特点：可选择内置水位传感器一体式测量，性能稳定，功耗低、抗干扰能力强；无盲区、高精度、安装简单；带虚假回波存储/无回波处理功能；可使用蓝牙/串口调试。应用范围：城市雨污水管网(窨井)监测。传感器选配：雷达水位计/超声波水位计（内置选其1）；可同时增加外置静压水位计（补充满溢管管测量）。 选配1雷达水位计量 程：12m精 度：±2mm频 率：60GHz 选配2超声波水位计量 程：10m精度:±0.25% FS频 率：40KHz 外置静压 ： 选配工作温度 ： -40~70℃电 池 组 ： 一次性锂电池152AH；可充电锂电池39.6AH重 复 性 ： ±1mm网络制式 ： NB-Iot/4G标准及频段： 支持蓝牙V4.2标准2.4GHz,ISM频段通信速率 ： 8KB/S（Android）6KB/S（IOS）发射功率 ： +7dBm接收灵敏度： -92dBm at 0.1%BER天线材质 ： ABS外壳材质 ： ABS防护等级 ： IP68 测距范围 0.4～10m 测距精度 ±0.25% 测距范围 0.1～45m 测距精度 ±2mm 测量盲区 0.1m 中心频率 80GHz 外壳材质 ABS/PVDF 波束角度 8° 防护等级 IP68 水位测距范围 0.05～12m 水位测距精度 ±2mm 水位测量盲区 0.05m 中心频率 水位计：60GHz流速仪：24GHz 外壳材质 ABS 水位波束角度 8° 流速分辨率 1mm/s 流速测量范围 0.02~21m/s 流速准确度 8.8mm/s 流速雷达波束角 12°×12° 防护等级 IP68 多普勒流量计（水位/流速/流量一体） 测速范围 0.021m/s～6.10m/s 双向测量 测速精度 ±2.0%测量值 流速分辨率 1mm/s 水位量程 0～2m和0-5m 可选 液位精度 ±0.25%（标定后） 数据输出 水位、流速、面积、流量等 防护等级 IP68 ⑤ 静压式水位计（额外选配，与非接触式传感器配合使用可测满管溢管水位，当水位快要淹没非接触式水位计或流量计时，程序自动切换为静压水位计输出模式，此时会结合静压零点的水位高度，输出与实际水位相符的正确水位值。） 测距范围 0～100m 综合精度 0.2，0.5 测压形式 表压(G) 补偿温度 0～50℃ 工作温度 -20-70℃ 防护等级 IP68 上报模式功能说明 1、上报模式包括定时采集、整点上报、预警触发加报三种模式。① 定时采集传感器数据根据设定的上报间隔进行定时采集数据，并根据相应协议上报至监测管理平台。② 整点上报采集数据整点上报的协议报文有小时报、均匀时段信息报和定时报等三种。a) 小时报:窨井站按设定的报送间隔，以1小时为基本单位向监测管理平台报送窨井站水文信息:小时报是一种特定类型的定时报，用于以水位为主要监测要素的遥测站报送1小时为间隔的报文。b)均匀时段信息报:均匀时段信息报用于窨井站向监测管理平台报送等间隔时段水位信息按设定的均匀时段报时间间隔上报给监测管理平台。c)定时报:窨井站以时间为触发事件，按设定的定时报时间间隔向监测管理平台报送实时水文信息;定时报兼具有“平安报”功能，同时上报窨井站电源电压及报警等窨井站工作状态信息。③ 预警触发加报例如:如果窨井水位计采集的实时水位超过设置的“加报水位”，则将当前的水位数据通过加报上传给监测管理平台，从而能及时通过平台了解当地水位的实时变化。当达到设定的加报条件后，水位会按设置的报警时间间隔上报给监测管理平台。在报警短信配置*的情况下，同时会向预设置的号码，发送报警短信。报警短信内容可设置。方案优点（窨井水位测量）1、非接触测量，不受温度、蒸汽、压力等因素影响，测量准确。基本一年期内没有维护量。2、可选配旋转支架，松开螺栓后，液位计可以自由转动，不会阻碍人员入井检修等工作。3、传感器可以根据现场条件组合，安装简单，不需要外加设备或者备件。4、调整方式多样化，可以人机界面软件调整。也可以蓝牙调试。八、窨井测量方案（一）、方案选择（非满管但距离顶部0.5米以上时，可以选雷达流量计测量），当距离顶部小于0.5米时，可以选择雷达流量计配合ADCP这种测量方式。1、雷达流量计非接触测量，不受温度、蒸汽、压力等因素影响，测量准确。基本一年期内没有维护量。2、雷达流量计配合ADCP（多普勒超声波流量计）安装。当水面低于顶板0.5米以上时，雷达流量计测流，当水位高于0.5米时，雷达流量计开始工作，这种方案优点，减少了污水杂物对ADCP堵塞的测量的影响，减轻了维护量，避免了人员检修的事故。