一、概述  

1、背景介紹  

城市排水管網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,在保障城市發展和安全運行中發揮著重要的作用。  

城市排水系統不僅要建設好，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  

二、總體設計  

1、排水管網監測系統架構  

排水管網監測系統總體架構主要由感知層、網絡層和應用層等組成。軟硬件有機組合成功能齊全、功能強大、系統穩定的排水管網監測系統。  

感知層主要由雨水井液位監測儀等不同類型傳感器構成，該層主要提供最新實時、穩定可靠的現場監測數據，為后續的管理應用平臺提供有效穩定的數據源。  

網絡層主要是無線方式進行傳輸監測數據和管理應用功能實現傳輸表達。系統通信組網常采用4G/NB-IoT等組網方式。  

應用層是實現數據儲存、數據查詢、數據可視化、統計分析、設備查詢及管理、預警預報、報警及診斷服務、管道分布查詢、設備分布、遠程調度、移動端的實時查看、移動端的預警預報和遠程指揮控制等日常管理等功能的平臺。應用層是實現人機交互的主要手段方式。  

2、感知層構成  

感知層是實現監測數據采集的一層，該層主要提供最新實時、穩定可靠的現場監測數據，為后續的管理應用平臺提供有效穩定的數據源。排水管網監測系統中最底層、也是最重要的組成部分。

3、網絡層構成  

系統網絡層常采用4G/NB-IoT等組網方式。  

液位監測站主機常采用4G/NB-IoT等通信方式，與管理中心站進行數據通信。  

管理中心站通過Internet專線與上級管理部門通信，實現站點監測信息共享。  

顯示平臺主要通過PC終端、平板電腦、大屏幕、無線終端等方式展現監測數據，將監測數據可視化，有助于數據的分析和管理,同時還可以使用這些方式進行管理操作。  

4、應用層構成  

應用層是排水管網監測系統的組成部分，應用層是實現數據儲存、數據查詢、數據可視化、統計分析、設備查詢及管理、預警預報、報警及診斷服務、管道分布查詢、設備分布、遠程調度、移動端的實時查看、移動端的預警預報和遠程指揮控制等日常管理等功能的平臺。應用層是實現人機交互的主要手段方式，也是實現排水管網監測數字化管理的主要方式。  

三、排水管網液位監測站系統設計  

城市排水系統由于深埋地下，結構復雜，是一個具有隱蔽性的巨型網絡系統，這增加了排水管網運營和管理的難度。如何合理的規劃管理城市排水管網、控制水污染、防止城市內澇和解決管網入流入滲問題，已成為城市建設和可持續發展的重要內容。  

通過排水管網的液位監測可實現對管道內部液位數據的準確掌握，改變粗略判斷液位的數據管理方式。  

通過對管網系統的液位監測，實時掌握管網總體運行狀況。  

通過液位數據積累，對較長時間跨度的管道液位變化趨勢進行分析，實現科學預判。  

將液位數據與業務應用系統、數學模型軟件相結合，建立完整動態的管網運行管理系統、管網運行能力分析系統等，為科學運營夯實基礎。  

通過液位實時監測、預警分析、運行狀況研判，建立科學的運營管理體系，提高管理人員對整體管網系統的掌控能力、水量科學調配能力，提升運營管理效率。  

為更精準的監測水位，建議設備每1公里設置一套，管道交叉口出需在主管道處增設一套，重復處留一套即可。  

1、液位監測站構成  

液位監測站主要由雨水井液位監測儀、安裝支架（可拆卸）等組成。可以大范圍檢測窨井內的水位，主要起到預警報警的作用，可有效預防城市內澇的發生。  

該液位監測站可有效進行數據采集，同時還可以將采集到的數據無線傳輸至管理中心，管理中心控制人員可以根據采集到的流量數據控制閥門以此達到控制管道內的污水狀態，使其處于合理安全的范圍。  

2、液位監測站功能  

2.1監測采集功能  

液位監測站可以自動采集水位數據，并定時向中心站發送當前監測的數據，同時還包括系統電壓、站點編號等參數。  

2.2保存功能  

液位監測站可以自動保存一定時間內的監測數據。  

2.3斷點續傳功能  

由于某些現場通信信號較差導致監測數據無法及時上傳或者出現上傳數據缺失時，液位監測站會在下一次上傳數據時，自動補傳缺失的監測數據。  

2.4報警功能  

當水位超出限定閾值時，可以進行頻繁采集上傳監測數據和提供報警功能。  

2.5遠程配置功能  

通過服務平臺可遠程配置和讀取液位監測站監測設備的工作模式和傳感器的工作參數，使監測設備更加貼近用戶需求或現場使用情況。  

3、液位監測站設備技術參數  

1.測量量程：6米（可制定更大量程）；  

2.測量方式：投入式；  

3.測量精度：5mm；  

4.測量誤差：<+1cm；  

5.采集響應時間：≤5s  

6.供電電源：內置DC3.6V/52000mAh大容量電池；  

7.結構材料：鋁合金烤漆外殼，耐磨耐腐蝕；  

8.報警設置：最高液位報警值、液位報警值設置；  

9.功耗：靜態值守電流≤1mA，平均工作電流≤7mA；  

10.通信協議：符合SL651-2014《水文監測數據通信規約》要求；  

11.顯示屏：128*64點陣；  

12.安裝方式：L形支架掛壁安裝；  

13.外殼通過IP68防護等級檢測，符合GB/T4208-2017《外殼防護等級（IP代碼）》標準要求；  

14.工作溫度：-35℃～75℃，產品通過GB/T2423.1-2008《電工電子產品環境試驗第2部分試驗方法試驗A：低溫》測試；產品通過GB/T2423.1-2008《電工電子產品環境試驗第2部分試驗方法試驗B：高溫》測試；  

4、城市內澇防治綜合監控信息化管理平臺  

4.1數據采集軟件  

數據采集軟件通過已建網絡，對項目所有站點的遙測積水數據的進行實時接收，處理、存儲接收到的數據，同時寫入統一的遙測數據庫，以供原有系統調用數據。  

數據采集軟件主要用于監測站點原始數據接收采集入庫，與遙測系統配套使用。  

數據接收部分通過4G接收方式，接收各遙測站點的水位、電壓等原始報文數據，并對原始報文進行解析處理，將解析出來的數據寫入數據庫表；可通過4G進行遠程設置，管理及更改站點基本參數、運行參數、遠程數據提取、招測。  

4.2動態監測預警  

通過預設積水不同預警級別的預警閥值，從數據庫值守刷新數據，對監測的實時數據與設定的閥值進行對比分析，對超過不同級別預警閥值通過不同顏色及聲音進行預警提醒，同時站點所在位置閃爍，并可支持預警短信發送給相關工作人員。  

4.3過程趨勢分析  

結合GIS地圖平臺，在實時監測信息浮動的基礎上，提供監測信息過程趨勢分析功能。分析結果結合不同要素業務特點及需要，通過過程線方式展示。為用戶掌握積水監測信息的過程演變趨勢提供直觀的信息服務。  

積水過程線及設備運行信息  

4運行環境與集成  

4.1中心站設備組成  

（1）路由器；  

（2）工作站——主要對接收后的數據進行統計分析等；  

（3）服務器——應用/數據庫服務器；  

中心站結構圖  

本次項目可利用現有設備，不在額外采購中心設備。  

4.2軟件運行環境  

4.2.1操作系統  

操作系統：Windows serverR2 2008以上64位版本。  

應用系統：微軟 Net Framework 4.0框架（net框架高于以上版本都可以）。  

本次項目將利用現有服務器操作系統。  

4.2.2數據庫管理系統  

MySql、SQL Server2012及以上；  

本次項目將利用現有數據庫管理系統。  

4.3硬件運行環境  

4.3.1服務器  

本次項目將利用現有服務器。  

4.3.2網絡環境  

具有公網IP/專網環境，獨立IP地址，2M以上獨立寬帶。