城市内涝涵洞积水监测

建设背景

    由于全球气候变化及人类活动的影响，近年来我国城市内涝灾害频发，给城市建设和管理带来的严峻挑战。随着我国经济的不断繁荣，大中城市的建设也在突飞猛进地高速发展，城市圈也在已经不断扩大。为了缓解交通压力和保证出行的畅通，许多城市建设了不少的立交桥和下穿隧道。近年来，由强降雨引起的城市下穿隧道及立交桥下低洼处存在大量积水的现象时有发生，且有愈演愈烈的趋势，随之而来的诸多效应中，有许多因素加剧了汛期街道积涝的情况。城市积水造成公用设施受损，使交通、电力、通讯、网络传输、水源等受到了严重影响或损坏，给人们的生产生活带来诸多不便。每年夏季到来，“下雨就看海”成为很多城市面临的共同话题。相关统计数据显示，2010年以来，我国平均每年有185座城市受到城市内涝的威胁，济南“7·18”特大暴雨、北京“7·21”特大暴雨、郑州“7·20”特大暴雨造成了不同程度的环境破坏、经济损失和人员伤亡。 统计显示，当积水深度达到20厘米时，行人步行困难；超过30厘米时，机动车难以行驶；超过80厘米时，交通完全瘫痪。城市内涝使轨道交通等地下设施积水倒灌浸泡的隐患空前增大，不仅造成财产损失，甚至会威胁生命安全，严重影响“城市生命线”正常运行，所以加强城市内涝事件应急管理迫在眉睫。随着城市人口资产密度的提高，同等淹没情况下损失增加。且城市的中枢作用使得次生影响和间接损失加大，严重时可能造成重大的经济损失和人员伤亡，目前我国城市抗涝形势非常严峻。因此，已经引起市政、城管、防汛、路政等政府有关部门的高度关注：一方面要积极修建并管理好排水设施，另一方面建设城市内涝监测预警系统，也极为必要，它既可以为决策机构的领导提供道路积水的实时信息，也为市政排水调度管理机构提供支持，还可以通过广播、电视等媒体为广大老百姓提供出行指南。加强城市降雨规律、排水影响评价、暴雨内涝风险等方面的研究。全面提升排水防涝数字化水平，积极应用地理信息、全球定位、遥感应用等技术系统。加快建立具有灾害监测、预报预警、风险评估等功能的综合信息管理平台，强化数字信息技术对排水防涝工作的支撑。2021年国务院办公厅出台《关于加强城市内涝治理的实施意见》中明确：加强智慧平台建设。建立完善城市综合管理信息平台，整合各部门防洪排涝管理相关信息，在排水设施关键节点、易涝积水点布设必要的智能化感知终端设备，满足日常管理、运行调度、灾情预判、预警预报、防汛调度、应急抢险等功能需要。2022年住房和城乡建设部办公厅、国家发展改革委办公厅关于做好2022年城市排水防涝工作的通知中明确：加快构建城市排水防涝体系，要按照国办发〔2021〕11号文件要求，加快建立“源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的城市排水防涝工程体系。2022年，住房和城乡建设部、国家发展改革委、水利部日前联合发布《“十四五”城市排水防涝体系建设行动计划》（以下简称《计划》）。《计划》落实《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》要求，进一步加强城市排水防涝体系建设，提出了全面排查城市防洪排涝设施薄弱环节、系统建设城市排水防涝工程体系、加快构建城市防洪和排涝统筹体系、着力完善城市内涝应急处置体系、强化实施保障5个方面共20项任务，明确了相关部门责任分工，充分显示出国家对城市内涝问题的重视程度以及进一步开展内涝治理工作的紧迫性。

 建设现状

从内涝防治角度来看，城市建成区的现状问题是多方面的，有气候变化导致极端天气的客观因素，也有城镇化发展过程中造成的难以避开的问题，主要有以下几个方面：
一是城镇化快速发展导致排水防涝设施建设滞后、涝水蓄滞空间严重不足。自1978年以来，我国城镇化率以每年1个多百分点的速度提高，城市人口大量聚集，但是整个内涝防治体系的发展却与城市快速发展的需求不匹配。城市下垫面硬化率也伴随着城镇化率的速度不断增长，削弱了雨水渗透能力，加之城市建设未能有意识地留有蓄滞空间，甚至侵占河湖水系，而水的基本物理特性又是不可压缩的，从而导致涝水蓄滞空间严重不足。
二是以往对超过雨水管网排水能力的径流应对缺乏考虑。长期以来，我国一直是单一按照雨水管渠设计重现期构建城市雨水排除系统，排水规划及设计侧重于雨水管道、泵站等排水设施的布局和设施能力规模的确定，目标只体现“速排干”，未考虑超出管网设计标准雨水径流的“渗滞蓄”，因此未能建成有效的内涝灾害防御工程体系。虽然自2012年以来规划设计有了内涝防治“大排水”理念的转变，行业规范和手册补充了相关内容及设计方法，但城市建成区的排水格局已经形成，按目前的内涝防治标准实施全方位改造难度很大。
三是综合应对能力不足，抗灾水平亟待提高。当前城市普遍缺乏排水管网养护的实时监测系统、内涝预警和实时处理的智慧系统等现代化治理手段，难以根据气象实时信息、管网动态信息、交通出行信息等及时对内涝做出准确判断并及时发布预警信息。此外，各级排水设施管理人员不足、各部门协同管理机制不健全，也约束了城市治理水平。对于内涝发生时容易引发严重灾害的地下设施，如地下道路、地下轨道交通、地下停车设施、地下商业服务设施等尚未形成有效管控体系。

建设原则

根据系统建设的特点和要求，城市内涝监测预警系统必须具备“先进性、实用性、标准化、开放性、兼容性、整体性、共享性、安全性、保密性、可靠性、经济性、可扩展性、可维护性”等方面提出原则性要求如下:
（1）先进性
本项目是在以往信息化建设的实践经验上进行的，是在对信息化技术日新月异的认识基础上进行的，要想保持其相对长久的生命力，就必须尽可能地采用国际先进的软件体系结构，先进的技术标准，保证系统的生命力。系统的建设应以“高起点、高标准”严格要求，在系统设计上，首先应当具有前瞻性。
(2) 实用性
结合实际的城市内涝处理流程以及业务管理工作流程，通过对实际业务流程以及需求的分析，设计结构合理、功能实用、符合实际业务需要的系统。系统的设计在运行环境、使用操作等方面以实用为主，以方便使用和维护为出发点。
(3) 标准化
系统建设采用的软件平台、数据标准、开发技术应符合公认的标准，符合国家、地方的有关标准与规范。采用标准的数据描述语言以及标准的通信协议，适应以后的数据交换标准以及系统间互连的标准协议等。
(4) 开放性
软件体系结构上，应充分考虑系统的开放性。以模块化设计和基于组件的多层结构体系保证系统的开放性和灵活性。
(5) 兼容性
在本次项目建设过程中，应继承当前系统的信息数据、业务流程和人员操作习惯并针对系统中存在的问题，充分利用已有的网络、硬件环境和最新的技术手段，采用整合与新建并进的方式进行实施。
(6) 整体性
在现有规范、制度的基础上，进行整体的规划完善，通过科学的分布实施，建立全面覆盖业务，符合要求的系统。系统建设具有整体性，即内容上全包括、数据上全部共享、流程上相互衔接、管理上协调统一。
(7) 共享性
系统通过搭建共享平台接口进行数据共享，同时，系统提取和分析的信息库也能以标准的数据接口开放给其他部门使用，打破部门壁垒、信息孤岛，为业务管理提供有力的依据。
(8) 安全性
安全性对于分布式系统来说很重要，从身份验证到资源授权访问再到数据的安全性。 系统应能提供网络层和应用层的安全手段，防止系统外部成员的非法侵入以及操作人员的越级操作，从多个角度、环节考虑，确保系统和数据的安全。
(9) 保密性
系统访问的数据都是重要数据，因此在权限功能规划上要考虑全责明晰，建立合理的可分配权限，使内容、功能管理有效、有序，减少人为的操作风险。系统的各个访问和操作具备可回溯性，操作人员进行了哪些操作都有记录可查。
(10) 可靠性
本系统为分布式系统，需要通过网络访问分布在各个部门的数据库，需要从身份验证、资源授权访问、数据的安全性等方面全面考虑整个系统运行的可靠性。
(11) 经济性
系统在规划和实施过程中，必须立足于现状，着眼于未来，遵循“统筹规划、分布实施、整合资源”的原则，避免系统的重复建设以及资源浪费。
(12) 可扩展性
系统可以根据实际情况进行灵活的配置和组合，能方便地进行功能的调整以及系统的升级、扩展，以适应业务的不断发展和更新。
(13) 可维护性
将应用与技术分离，建设方维护人员可自行维护本系统，如人员岗位的调整、工作流 程的变化等，不需要对软件本身进行任何重新编码，通过维护模块的调整即可实现。

建设依据

4.1政策依据

1.     《国务院关于进一步加强气象灾害防御工作的意见》；
2.     《国务院关于加强气象灾害监测预警及信息发布工作的意见》；
3.     《国务院关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》；
4.     《住房城乡建设部办公厅、中国气象局办公室关于加强城市内涝信息共享和预警信息发布工作的通知》；
5.     《住房城乡建设部、中国气象局关于做好暴雨强度公式修订有关工作的通知》；
6.     《国务院关于推进海绵城市建设的指导意见》；
7.     《国务院关于加强城市防洪规划工作的指导意见》；
8.     《住房与城乡建设部关于城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲》；
9.     《国务院关于推进防灾减灾救灾体制机制改革的意见》；
10.  《国务院关于关于加强城市内涝治理的实施意见》；
11.  《住房和城乡建设部、国家发展改革委、水利部“十四五”城市排水防涝体系建设行动计划》。

4.2规范依据

1.     《水文自动测报系统技术规范》SL61-2003；
2.     《降水量观测规范》SL21—90；
3.     《水文基础设施建设及技术装备标准》SL276—2002；
4.     《防洪标准》（GB50201-94）；
5.     《水文基础设施建设及技术装备标准》（SL276-2002）；
6.     《水文巡测规范》（SL196-97）；
7.     《降水量观测规范》（SL21-90）；
8.     《水文自动测报系统技术规范》（SL61-2003）；
9.     《水位观测标准》（GBJ138-90）；
10.  《河流流量测验规范》（GB50179-93）；
11.  《水文资料整编规范》（SL247-1999）；
12.  《水面蒸发观测规范》（SL24-91）；
13.  《水文情报预报规范》(SL250-2000)；
14.  《水文自动测报系统通信线路设计规定》(SL199-97)。

第五章 系统建设目标

近年来，雨季及气候异常引起的城市内涝给市政部门带来了巨大的压力，因强降雨引发的河水倒灌、道路水淹、交通堵塞、桥梁建筑损毁等，给国家和人民带来了巨大的经济及生命危险。为最大程度降低内涝造成的损失，一方面我们要大力加强城市排水基础设施的建设；另一方面要全面掌握城市内涝状况，对河道水位以及地道桥、低洼路段等积水水位进行实时监测，建立城市内涝预警系统。城市内涝治理的痛点和需求如下：
（1）高速发展的城市化进程，凸显城市防汛排涝能力不足。
（2）全球变暖环境下，城市“看海”已成常态，内涝监测预警设备基本空白。
（3）缺少城市内涝基础和历史数据，让防汛治理无从下手。
（4）解决城市内涝问题迫在眉睫，需要能快速落地实施的定制化方案。
针对以上城市内涝治理的痛点和需求，需要建设汛前、汛中、汛后、运维紧密结合的监测预警感知体系。汛前智能推演，物资提前布控，有效规避城市内涝风险。汛中结合智能推演，设备实时监测进行灵活应急指挥，成为城市内涝重要的一环。汛后灾情复盘总结上报及信息公开，运维管理设备状态和养护，保障汛期使用，形成了一套完整的城市应急体系，做到快速处置和及时报告，并与气象、水利、交通、市政等部门密切合作，打造数字化智能预警平台。
1.进一步加强海绵城市建设
源头控制雨水径流是海绵城市一项重要功能。在建成区内的小区、道路、绿地中，因地制宜建设或改造雨水花池或花园、植草沟、下凹绿地、透水铺装等海绵设施，尽最大努力控制源头雨水径流，是可行的，效果是明显的，这已经在海绵城市建设示范城市的实践中得以证明。尤其是在城市道路易涝点下凹桥区附近，由于桥区与周边小区建设年代不同，致使桥区周边地形地貌发生变化，一遇降雨小区产生的“客水”汇入桥区，加重了桥区排水系统的负担，在这些小区进行海绵城市建设控制雨水径流更有针对性。
《计划》明确提出了实施雨水源头减排工程，要求将海绵城市建设理念落实到城市规划建设管理全过程，优先考虑把有限的雨水留下来，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施削减雨水源头径流，推进海绵型建筑与小区、道路与广场、公园与绿地建设。
2.建设调蓄设施，增加蓄存空间
《计划》指出，有条件的城市逐步恢复因历史原因封盖、填埋的天然排水沟、河道等，扩展城市及周边自然调蓄空间。充分利用城市蓄滞洪空间和雨洪调蓄工程，提高雨水自然积存、就地消纳比例。根据整体蓄排能力提升的要求、低洼点位积水整治的实际需要，因地制宜、集散结合建设雨水调蓄设施，发挥削峰错峰作用。
《计划》一方面强调的是恢复和充分利用原有沟渠及河道水系的调蓄功能，成规模扩展调蓄空间；另一方面强调的是结合积水点治理，在建成区有限的范围内结合排水管网、泵站设施布局，见缝插针地建设调蓄设施，尽最大努力增加雨水调蓄容量。
3.对重点部位进行提标改造和采取内涝应对防护措施
建成区的下凹桥区、下穿道路、地下道路、地铁、地下停车场、地下商业服务等设施，在内涝发生时极易造成重大人员伤亡和财产损失。除了在汛期加强预警和应急抢险外，应当立刻行动起来，尽快完成这些设施的风险排查、排水系统升级改造工程或防护措施。对于下凹桥区和下穿道路，按照“高水高排高截高蓄、低水低排低蓄”的原则，采取蓄排结合技术方式进行排水系统提标改造；地下道路、地下轨道交通、地下停车设施、地下商业服务设施的出入口容易发生涝水倒灌，对于不满足内涝标准的这些出入口，应当采取防护措施（如防淹挡板、防淹阻水设备等），可按照当地内涝防治设计重现期水位标高加高500毫米设防。无法判定的，可采用防淹门或全高阻水设备。
《计划》明确提出了要着力完善城市内涝应急处置体系，实施应急处置能力提升工程，实施重要设施设备防护工程，涵盖了上述内容。
4.构建智慧防涝体系
《计划》在着力完善城市内涝应急处置体系内容中指出：实施应急处置能力提升工程。建立城市洪涝风险分析评估机制，提升暴雨洪涝预报预警能力，完善重大气象灾害应急联动机制。提升预报预警能力是防涝减灾工作的基础，也是能够立即行动起来开展的一项工作，其中首要任务是要加快制定相关标准。
《计划》在加强排水防涝专业化队伍建设方面指出：在排查排水管网等设施的基础上，建立市政排水管网地理信息系统（GIS），实行动态更新，逐步实现信息化、账册化、智慧化管理，满足日常管理、应急抢险等功能需要。其中，智慧化管理是防涝减灾的重要手段，在统一筹划的前提下，首先可以着手对重要部位和易涝点设置感知层设备，建立数据传输系统和基于排水系统的数学模型，利用我国自主研发的北斗卫星导航系统对排水设施进行准确定位，对汛期保障人员和抢险队伍进行追踪和调度指挥，尽快形成防涝智慧化管理系统，尽早发挥效益。

系统总体介绍

城市内涝监测预警系统，针对地下管网、地面水渍、内涝积水、交通路况，通过采集主机进行水位传感器、雨量计、水位计、摄像监控等数据的采集，并实时发送至监控中心，根据监测实时水位、雨量信息、视频信息，并结合天气预报信息和历史同期信息，对城市内涝提供智能预警和实时报警。

6.1系统架构

城市内涝监测预警系统由前端传感器、采集仪主机数据采集传输终端、机房信号接收及处理装置、监测机房及计算机管理系统、调度指挥中心等组成。
前端传感器：前端道路桥梁积水监测、河道水位监测、城市排水监测、水雨情监测等监测设备，用于对城市水况信息的数据采集，同时各监测设备可部署摄像装置，用于对该区域内的图像、视频进行拍摄，方便数据处理中心直观了解区域内情况。
无线传输：采集仪主机用于对前端监测设备采集的数据进行无线传输，支持光纤、5G/4G/3G、NB-IoT、WiFi等多种入网方式，方便设备在不适合布设网线的地方使用。
监控中心：通过接收前端传来的数据，将前端图像、视频、水况数据通过大屏进行显示，实时对数据进行分析，了解城市内各个区域内的水况，有效处理城市内积水问题。
主要功能。
城市数据管理：管理物联感知设备，监控设备运行状态，收集整合现场运行数据。
内涝预报：提供当日和一周内涝预报，结合上万个虚拟测点，统计城市重点点位的积水水位、淹没面积，预测未来走势。
评估预警：全面评估城市内涝的风险等级、风险分布、峰值时刻、持续时间，自动生成内涝预警简报。
模拟预演：模拟极端天气下全城积水内涝的演变态势，重现复盘历史发生过的典型降雨内涝场景。
应急预案：提供应急预案管理、防汛救灾队伍管理、防汛人员统筹调度、防汛巡检任务发布在内的防汛业务联动与内涝应急处置管理功能。

6.2系统功能

城市内涝监测预警系统综合感知体系由排水泵站控制系统、泄洪闸门控制系统、路面积水监测系统、窨井液位流量监测系统、智能井盖状态监测系统五个模块组成。
1、排水泵站控制系统
排水泵站设备侦测与智能控制系统建设完成后，实现以下功能：
1)    实时监测各个蓄水池水位，并能将水位数据传到中心平台，用户可通过电脑或手机web网页实时查看；
2)    智能运行模式：根据实时监测信息对水泵进行智能化运行，当监测信息达到设定阈值的时候水泵自动进行开启/关闭操作，同时当干/支渠在启用灌溉时，系统需要自行判断当前水位，在用水不足的情况下，系统将自行启动运行水泵，以便确保用水需求；
3)    水泵自我保护功能当监测到异常情况下，在10秒内对水泵进行过压保护、欠压保护、过载保护、欠载保护、漏电保护等措施，确保每一台水泵可以在最佳的工作环境下进行运行；
4)    实时侦测水泵房控制系统设备的运行状态和关键参数，设备出现异常能实时侦测并完成异常报警推送；
5)    自动运行模式：可以对每一台水泵进行定时、定期的计划运行；
6)    检修模式：当设备要进行定期维护的期间，系统需要将远程控制与现场控制的链路切断，以便确保检修人员的安全；
7)    用户可以远程查看各个蓄水池水位数据、现场视频信息、并可以手动控制水泵的启停。
2、泄洪闸门控制系统
闸门信息化系统，以“无人值守”为设计原则，通过传感技术、自动化控制技术、计算机软硬件技术、网络通信技术等，为用户提供了一套既可现场对闸门进行控制，也可远程通过计算机进行闸门启闭的自动化控制系统，该闸控系统可接入渠道水位信号、流量信号，或现场视频信号等，能够将水位、流量、视频画面等与闸控系统集中显示在一个软件画面中，构建成水资源的监控平台，使得远方操作更加可视，达到无人值守、合理调度分配。
（1）实现现场手动、现场自动
现场手动：闸门所在现场设置有闸门电控柜，电控柜设置有闸门控制用的升降停按钮和控制权限切换开关，将控制开关切换到现场手动挡，利用工具实现闸门的现场手动开关。
现场自动：在现场闸门电控柜上设置触摸屏，触摸屏除了显示闸门和水位的实时信息外，还可以通过触摸屏按钮接收信息，在控制开关切换到现场自动控制挡，可以利用触摸屏上的人机界面和内部运行的控制软件实现闸门的现场控制。
远程控制：现场有现地、远程控制权限切换功能，当现场授权于远程后，管理中心获得控制权限，可以远程控制闸门的开闭，管理中心可以使用监控计算机运行的闸门控制软件远程控制现场闸门。
（2）急停控制
无论现场还是远程控制，一旦险情发生，需立即停止闸门运行时，现场控制柜设置急停按钮，以停闸、停电，确保安全。
（3）具有运行状态判别，故障多重保护和报警功能
闸门运行过程中，运行状态和信息被实时监控，并被作为闸门运行动作的前提判断条件，防止发生错误动作无法调节，防止设备损坏。当监测到各种信息逻辑不协调，互相矛盾时，则立即停机报警，等待检修。
（4）实时采集信息
闸门开度、闸门状态、闸门位移越限开关状态、电机运行参数、等各类实时参数与状态信号。
（5）数据通信
闸门终端和管理中心之间依靠4G远程通信进行数据传输，传输数据包括实时采集数据、控制命令数据、故障警报数据等。
3、路面积水监测系统
路面积水监测系统可实时监测城区各低洼路段的积水水位并实现自动预警。管理部门借助该系统可整体把握整个城区内涝状况，及时进行排水调度。交通管理部门通过易涝区智能水位监测系统可获取各路段的实时积水水位，并借助广播、电视等媒体为广大群众提供出行指南，避免人员、车辆误入深水路段造成重大损失。
1.     实时监测积水点水位、通过网络将现场数据传送至信息管理系统；
2.     水位视频联动：积水监测站根据积水监测点水位变化，当达到预警值时，开启视频监测，并将视频信息传输到综合管理平台。
3.     支持积水监测点超限预警功能，预警信息可通过短信、网络推送给责任人手机、移动 APP 终端，可通过手机查看易涝点水位和视频信息；
4.     积水监测点设备具备低功耗模式，通过太阳能供电系统供电
5.     监测预警平台具备GIS地图功能，可通过gis地图查看积水点分布，直接查看各积水点的实时水位数据；
6.     监测预警平台内置积水水位预测算法，经扩展可支持城市暴雨洪水模拟功能。
4、窨井液位流量监测系统
窨井液位流量监测系统主要在城市窨井内安装窨井液位监测仪，将窨井液位、流量数据动态传输到液位监测系统平台，通过窨井液位流量监测系统平台实现排水管网液位、流量指标的在线分析、多级报警、淤堵分析、内涝分析等。窨井液位流量监测系统主要应用于智慧城市、智慧水务、智慧排水等新基建项目中，为排水管理部门提供实时的、有效的系统化监测数据。窨井液位流量监测系统相关软、硬件产品均由我司自主研发满足各种恶劣环境下的液位监测应用需求。
1.     实时监测告警：实时监测排水管线窨井液位，根据预先设定报警阈值，对排水管网液位的异常情况进行多级告警；
2.     通过窨井液位监测平台，在监测“一张图”上显示各个监测点位置信息、设备工况信息、液位实时状态等；
3.     管网综合调度：根据气象数据、窨井液位数据对排水泵站进行调度，预防内涝发生，确保管网正常运行；
4.     通过对大量监测数据进行汇总、分析，构建水力分析模型，准确的获取排水管网液位数据，进行淤堵分析、内涝分析等。
5.     进行排水管网分区流量测量，流量数据分析，流量异常及时告警，可发现区域漏损和漏损隐患。
6.     采用GIS技术显示管网分区地理位置，监测点设备信息查看，不同颜色直观展示流量数据。在线监测重要节点的实时流量，科学制订并执行调度方案，使管网流量平稳运行。
5、智能井盖状态监测系统
在城市内管网检修井盖的位移、震动、破损、被盗等异常情况，可安装井盖监测终端，实现对井盖状态的实时监测，为排水管理部门提供实时的、有效的系统化监测数据，保证路面安全。井盖状态监测仪是一款用于监测井盖状态的设备，安装于井盖背面，当井盖发生异动时，将触发井盖监测仪报警，将井盖状态、倾角、温度、设备参数等信息通过无线传输方式发送至监控中心，监控中心对数据进行解析并判断警情。该产品使用NB-IoT 无线通讯方式。其使用电池供电，具有安装方便、电池寿命长、检测准确率高，工作稳定等特点。

6.3系统建设内容

6.3.1城市内涝感知监测点建设

监测点组成包括含水文采集仪主机、雷达水位计、雨量计、太阳能电池板、智能球型摄像机、预警喇叭、声光警报灯、电源防雷模块、蓄电池、立杆等。内涝监测站利用先进的测量、通信与控制技术，实现内涝点雨量、积水水深的自动采集、上传及自动控制数据。在数据采集发送、显示和过滤方面具有以下功能与特点:
1、数据采集控制与发送
1)为节约耗电、节省自记内存，并又能及时采集到积水水深数据，系统采用雨量信号触发水位采集的策略。如无降雨时，测站只需要发送平安报。当有降雨时，测站按照预设采集周期采集水位/水深数据，并将数据利用移动物联网发送至中心。
2)为监测内涝积水深度的整个变化过程，数据采集控制终端具有自动加密测量功能。当监测到水深值超越预设警戒值时，采集仪主机控制雷达式水位计加大测量频度，以更短的周期采集水深数据。
3)为了消除水位参数的波动特性，可对多次采集的数据进行平滑滤波，有数字滤波功能，具备消浪处理能力。
4)具有防堵塞功能。针对易涝点监测站使用过程中容易出现进水孔堵死导致水位/水深信息数据异常的情况，监测站主体架杆的底部和进水孔的位置分别加装隔离网。
2、监测数据智能过滤功能
水文采集主机具有智能数据过滤程序，对于采集错误数据或不合理数据自动过滤，对于过滤后的数据进行上传及本地显示，以最大程度避免因测量误差或设备故障导致的数据异常报警及显示。
3、监测设备总体要求
1)    自动雨量观测站、水位监测站选用通过国家、行业认证的设备和产品。
2)    实时视频监控系统选用通过国家、行业认证的设备和产品，具备高清晰度、云台控制、夜视、透雾等功能特性。
3)    统一编码规则，方便组网。
4)    设备安装在易涝点。安装牢固，无安全隐患。周边无影响雨量、水位测量精度和遮挡视频监控的障碍物。
5)    为节省空间，有条件尽可能一体化安装。
6)    前端监测点设备易安装、易维护、易拆卸。
7)    采用市电备电结合供电。以太阳能结合蓄电池供电为主，市电供电为辅，避免因灾害导致市电停电造成监测中断。蓄电池理论后备时间不低于 100 小时。
4、数据上报与共享需求
设备监测数据上报要求支持通过 http/mqtt/tcp/udp 等协议和云服务端进行连接，数据将被归集到城市内涝大数据平台，并通过数据共享服务向外部门提供数据共享。
 
 

系统建设介绍

7.1路面积水监测系统

路面积水监测系统综合应用智能摄像机、雷达液位计等积水在线监测设备，实时感知各类场景下易积水路段的积水情况并向中心告警，通知用户进行预警信息发布，引导车辆提前绕行，避免因车辆误入水淹路段，尤其是水淹隧道所引发的安全事故发生。
路面积水监测系统包括前端子系统、传输子系统、后端平台。前端子系统实现对隧道、涵洞等易积水路段的积水有无、积水深度的感知以及对积水信息的发布。通过传输子系统将各前端设备间获取的数据打通，并按需传输到后端平台子系统，实现各类数据的汇聚、分析、展现、存储等功能。通过三个子系统的建设和互联互通，实现路面积水监测系统的业务应用，具体的系统拓扑图如图1所示：
 

7.1.1系统组成

1、前端子系统
前端子系统主要包括积水感知子系统、预警发布子系统。
2、积水感知子系统
由雷达水位计、采集主机组成，主要实现积水识别、积水深度检测等功能。
系统使用光伏太阳能取电、无线4G方式通讯，安装方便，可复用性强。配合高清智能摄像机和现场水尺，对各涵洞和易积水路段全方位管理监控。
按照每个公路隧道涵洞1套水深监测、双向2处水尺和智能摄像机配置。
其中，采集主机可扩展对接各种雨量计设备、流速设备等，实现雨量等数据的国标接入。
3、预警发布子系统
手机APP，户外LED，市政发布网站，微信小程序等多种信息发布渠道并行使用，构建完善的防洪排涝信息发布系统。由交通警示诱导屏、报警音柱组成，主要实现积水信息的诱导发布以及对行经车辆的声光警示等功能。按照每个公路隧道双向2套发布系统配置。

4、传输子系统
传输网络主要由视频专网以及无线测控网络组成，实现从前端子系统到后端平台的网络数据传输交互。
基于安全性需要，视频通讯和语音发布需要通过租用运营商光纤链路组建专网，每个前端点位到中心一条裸光纤，可通过EPON方式组网。
另外，对于大屏幕信息发布、水位遥测，提供基于4G/5G的互联网传输网络，实现设备数据的远程接入和远程预警信息发布和控制。
5、后端平台
后端平台为公路网智能监控平台，主要实现调查数据的汇聚、分析、展现、存储等功能，包括水情运行监测、实时水情告警、动态预警发布以及历史水情查询等。

7.2窨井液位流量监测系统

窨井监测液位、流量，采用压力水位计与雷达水位计监测液位，采用多普勒流量计监测流量。由于窨井中特别容易淤积，采用压力水位计淤积后会导致上报水位数值偏差。如果采用雷达水位计，当水位过高时，达到雷达水位计盲区内，会导致采集水位值错误，所以采用两种水位计互补的方式进行采集液位。当液位低的时候在盲区以外时显示雷达水位计测量值，当液位进入盲区后（此值需要根据雷达水位计盲区值调整）显示静压液位计的测量值,加上静压液位计安装高度。
 

7.3排水泵站控制系统

排水泵站控制系统建设中包含三部分，泵房控制系统远程控制单元、视频建设，共计3部分组成。
1、蓄水池水位监测单元
蓄水池水位监测单元，由水位计监测水池水深，通过对水深的监测实现与泵房水泵启停的控制，由摄像头采集现场水池水位的实时图像。
2、泵房控制系统远程控制单元
泵房控制系统远程控制单元，通过继电器和接触器实现对水泵的启停、设备远程控制功能的建设和优化，方便运维人员远程完成设备的复位，备机启动等功能，提高运维效率。
3、 蓄水池水位监测单元
蓄水池水位监测单元，通过电量采集模块、电流互感器以及信号分离器等电量参数采集模块，实现对供电电路、状态指示电路的电信号采集，进而监测供电电压、工作电流、状态指示灯的监控，为设备无法启动、电压不稳导致设备发热等故障现象的侦测，同时联动平台发送报警通知；通过贴片温度传感器实现对电机工作温度的采集和监测，实时侦测设备工作温度，出现设备发热故障，能及时联动平台发送报警通知；通过管道压力传感器实时监测管路水压，实现对流量不足和抽水失败故障现象的及时预警，方便运维人员快速现场定位问题。
4、 采集主机
系统方案中采集主机作为承上启下的设备，将采集的站房设备运行参数的通过无线方式将数据上报到中心平台，同时可以将用户通过中心平台下发控制指令（复位、开启、关闭等）到前端电路，实现对设备的控制；采集主机将各站房设备运行参数上报到中心平台，中心平台完成参数的逻辑判定、数据展示、报警通知、以及远程控制等功能。

7.4泄洪闸门控制系统

7.4.1闸控系统建设

闸门远程控制终端是以微处理器为核心的自动化闸门控制系统，根据采集闸前、闸后水位，可实现闸门的远程控制、流量监测。系统响应远程服务器下发的控制指令，实现闸门开度的调节控制，结合现场传感器以及流量计量算法，实现定流量、定水位、定开度等控制模式。

系统设计拓扑图（蓝色为原有单元，绿色为增加功能单元）
远程自动化控制闸门的控制系统主要包括两部分：闸门终端控制系统和全渠系动态调水控制系统。终端控制系统直接安装在各级渠系的闸门上，主要负责闸门终端的自动计量、自动分水、远程通讯、电源管理、手动操作及信息显示等功能。全渠系动态调水控制系统安装在远程控制调度中心的服务器上，主要负责对渠系所有闸门终端的远程控制、实时监测、处理订水信息、全渠系动态协同调水、历史数据查询及水情分析等功能。远程自动化控制闸门控制系统构成框图如图所示。
 
 
（1）闸门终端控制系统
闸门终端控制系统集成水位监测装置和闸门自动控制装置于一体，根据对渠道水位流量的实时监测，通过闸控软件来控制闸门的开度，实现闸门的自动化控制。闸门终端控制器是远程自动计量闸门的控制中枢，是实现闸门各种功能的核心，同时由于设备工作于野外环境，高低温、潮湿、粉尘等工况环境十分恶劣，对控制器的性能提出了很高的要求。闸门控制系统终端采用高性能的ARM处理器作为主控芯片，其中包括：电机控制模块、传感器采集模块、无线通信模块、显示模块、数据存储模块等。操作人员可以通过闸门终端控制软件查看当前水位信息、累计流量、闸门状态以及控制闸门开度，选择分水模式等。为满足不同应用要求，设计了多种工作模式：流量控制模式、定位控制模式、闸前水位控制模式、闸后水位控制模式、联动控制模式等。在每种工作模式下，实时流量都由控制系统计算并发回远程控制中心。
 
1）实现现场手动、现场自动
现场手动：闸门所在现场设置有闸门电控柜，电控柜设置有闸门控制用的升降停按钮和控制权限切换开关，将控制开关切换到现场手动挡，利用工具实现闸门的现场手动开关。
现场自动：在现场闸门电控柜上设置触摸屏，触摸屏除了显示闸门和水位的实时信息外，还可以通过触摸屏按钮接收信息，在控制开关切换到现场自动控制挡，可以利用触摸屏上的人机界面和内部运行的控制软件实现闸门的现场控制。
2）远程控制
现场有现地、远程控制权限切换功能，当现场授权于远程后，管理中心获得控制权限，可以远程控制闸门的开闭，管理中心可以使用监控计算机运行的闸门控制软件远程控制现场闸门。
3）急停控制
无论现场还是远程控制，一旦险情发生，需立即停止闸门运行时，现场控制柜设置急停按钮，以停闸、停电，确保安全。
4）具有运行状态判别，故障多重保护和报警功能
闸门运行过程中，运行状态和信息被实时监控，并被作为闸门运行动作的前提判断条件，防止发生错误动作无法调节，防止设备损坏。当监测到各种信息逻辑不协调，互相矛盾时，则立即停机报警，等待检修。
5）实时采集信息
闸门开度、闸门状态、闸门位移越限开关状态、电机运行参数、水位、流量等各类实时参数与状态信号。
6）数据通信
闸门终端和管理中心之间依靠4G远程通信进行数据传输，传输数据包括实时采集数据、控制命令数据、故障警报数据等。
现场闸控系统为380V交流闸，增加380V交流控制柜，对现场的启闭机增加绝对编码器、上下行程开关。电机驱动部分增加电量采集模块，实时监测电量参数，视频实时监测闸门状态。

7.5智能井盖状态监测系统

井盖状态监测仪是一款用于监测井盖状态的设备，安装于井盖背面，当井盖发生异动时，将触发井盖监测仪报警，将井盖状态、倾角、温度、设备参数等信息通过无线传输方式发送至监控中心，监控中心对数据进行解析并判断警情。该产品使用NB-IoT 无线通讯方式。其使用电池供电，具有安装方便、电池寿命长、检测准确率高，工作稳定等特点。

7.5.1功能特点

1、           支持环境温度监测。
2、           超低功耗设计，超长续航能力。
3、           报警次数可限制，续航有保障。
4、           防护等级达到 IP68，防潮防水。
5、           数据传输采用 NB-IoT 网络通讯。
6、           井盖异动监测灵敏度高、响应快速。
7、           支持SOTA 远程升级、远程配置设备参数。
8、           可监测井盖异常动作：翻开/关闭、拖动位移、强震动。
9、           允许撤防/布防，能灵活停用/启用设备监测功能，节约电量。
10、        支持手动校零/自动校零操作，可用于斜坡路段上的井盖监测。

系统平台软件

8.1数据接收网关软件说明

    我司自主研发的数据接收网关采用B/S架构，实现对现场端采集主机数据的接收和解析，并将解析后的数据转存到用户指定的数据库表中，供第三方WEB展示程序完成数据的展示和统计功能。本系统支持TCP、短信、北斗通信设备等各种通信设备，支持向多业务数据库、多要素自动数据入库；提供测站实时数据、测站运行信息、采集仪主机管理，历史数据查询等功能。软件架构如下：

8.1.1测站实时数据

   测站实时数据界面实时展示各站点的测站地址、测站名称、接收时间、发报时间、数据时间、数据类型、要素名称已经要素数据信息。

图实时数据显示界面

8.1.2测站运行信息

测站运行信息界面展示各个站点当前运行状态（供电状态、传感器运行状态、报警信息等），界面如下：

图 测站运行信息

8.1.3 采集仪主机管理

    采集仪主机管理界面实现对采集仪主机远程的配置、远程控制、数据查询、远程升级等功能，方便现场人员进行设备维护，各界面功能说明如下：
 

平台登录页面示例
展示软件是及数据展示、逻辑判定、远程控制、设备侦测、报警通知、视频管理、设备管理、用户管理于一体的多业务处理及应用平台软件。软件采用B/S架构模式开发，WEB服务端使用JAVA语言编写，该系统所使用的框架均为目前主流行框架，BEAN的管理使用轻量级容器框架SPRING，数据交互持久层（DAO）使用HIBERNATE，控制层使用SPRING-MVC。软件主要功能说明如下：
（1）GIS地图展示
 可以在地图上直观的观察到采集的数据信息。

通过建模将地下管网可视化，实时监测各管网节点数据，分析并自动生成各测站波动趋势，实现数字化管控。

通过三维建模实现可视化，实时监测积水、降雨量，融合气象云图、雷达图进行未来降雨、积水预测推演，与预警中心形成一套完整的监测预警平台。
（2）数据展示，直观展示监测数据如：积水水位、窨井液位等数据。

通过GIS将城市易涝点在地图上可视化，实时监测各易涝节点数据，分析并自动生成各测站波动趋势，实现数字化管控。

实时监测并采集河道雨量、水位、流速流量动态数据，通过无线终端回传到控制中心，结合视屏监控、图像抓拍实时了解现场情况，实现数字化管控。

城市积水监测预警、管网监测、河道监测系统为城市内涝指挥提供有力的数据支撑，基于2d/3d建模，将救灾人员物资等直观展示，融合应急预案、会商系统、公众险情上报等功能实现灵活应急指挥。

闸控系统数据监测
（3）   闸控页面显示：
1）进入操作页面，可以通过开度设置，水位设置、流量设置控制闸门的启停，
①闸门位置控制：输入预设的闸门开度设定值，按确认键即可，闸门自行运行到所设闸门开度，开始放水。放水完毕，输入闸门开度值为0，按确认键即可，闸门自行运行到最低点，闸门关闭。
②水位控制：通过所测水位值与闸门的联动，输入预设的水位设定值，按确认键即可，闸门自行开启，开始放水。待水位值达到所设水位值后，闸门自动关闭。
③流量控制：输入预设的流量值设定值，按确认键即可，闸门控制器通过采集的流量值数据，再达到所需流量值后，闸门自动关闭。
 

（4）设备流量监测：对水位按照（日、月、年）进行报表统计

（5）报警管理，实时侦测各个监测站点设备运行状态，根据侦测结果分析异常原因，生产报警信息如：电源缺相、电流超上限报警、电压超下限报警、电机温度超上限报警、水压不足等，并及时将报警信息推送给用户，方便用户第一时间进行报警原因排查。

（6）视频数据实时查。

（7）监控中心
在运维管控中心监控室部署1套大屏显示系，采用全彩色LED显示屏；LED多屏拼接处理器，支持4路高清信号输入同时上墙显示，具有清晰度高、质量稳定、寿命长、显示功能灵活多变的特点。

设备清单

9.1设备汇总表

9.2设备分项表

9.2.1路面积水监测系统设备

9.2.2窨井液位流量监测系统设备

9.2.3排水泵站控制系统设备

9.2.4泄洪闸门控制系统设备

9.2.5智能井盖状态监测系统设备