城市窨井水位監測系統解決方案

一、概述

成都市窨井數量多，分布區域廣，雖然成都市政排水部門有巡視人員定期巡查，但是無法24小時對每個窨井做到實時監控，一旦有污水溢滿的情況出現，事故響應時間無法保證，窨井阻塞、溢滿不及時處理會嚴重影響老百姓日常生活。

  城市窨井液位監測系統軟件是整個窨井液位監測系統解決方案的核心組成部份，對窨井液位監測儀、無線液位變送器等前端窨井監測的感知數據進行匯集、展示、分析；系統可以跟進預警需求及業務要求制定多級報警機制，根據報警等級不同而展現不同的報警方式，并進行顏色提示、聲音提示、短信推送、電話撥號等報警推送方式，對城市窨井液位數據監測分析，為內澇分析、淤堵分析提供數據支撐。

窨井環境特點：無電源、潮濕、腐蝕性強、信號弱，不是普通RTU可以勝任，石家莊圣啟科技針對此種特殊環境，結合物聯網目前發展前景，研發出采用NB-IoT通訊的電池供電產品：NB-IoT窨井水位監測終端，防護等級IP68，配合石家莊圣啟科技自主研發的超低功耗水位計，*適應窨井的特殊惡劣環境，尤其是NB-IoT采用窄帶技術，使它的穿透性比2G、3G、4G網絡都強，保證數據傳輸非常穩定。

第二部分

城市窨井監測終端

1、產品簡介

窨井水位可直觀準確的反映城市排水管道的運行狀態，窨井水位監測是智慧排水的重要組成部分，窨井內通常比較潮濕、無法供電、信號質量較差，水位監測難度很大。窨井水位監測終端是一款集水位監測、支持無線通訊、IP68防護、電池自供電等功能于一體的智能設備，能夠適應窨井監測環境。

排水管理部門通過窨井水位監測軟件可全面掌握排水管網的充滿度，有效支撐排水管網的日常運維工作和汛期排澇聯動。

窨井水位監測終端

2、產品功能

  信息采集：采集窨井水位數據和井蓋開關狀態（擴展功能）；

       通訊方式：支持4G/3G/2G、NB-IoT多種通訊方式；

       供電方式：電池自供電,無需外接電源；

       防護等級：IP68，防潮、無懼浸泡；

智能報警：水位數據越限、井蓋狀態異常，自動上傳報警信息；

  遠程管理：支持遠程參數設置、設備維護。        

窨井水位監測終端主要包括無線通訊部分和水位測量部分，并可擴展井蓋狀態監測功能。水位測量部分可以采用投入式水位計、超聲波水位計或雷達水位計，根據項目需求進行選擇。 

如圖，

3、三種水位計對比

窨井水位監測終端應用拓撲圖  

4、產品特點

   （1）IP68防護等級，無懼窨井惡劣環境 

   窨井水位監測終端采用工業級設計，防護等級達到IP68，能夠適應井下濕度高、易浸泡、冷熱交替、污水腐蝕等惡劣環境。     

（2）支持多種通訊方式，滿足各種監測現場

   窨井下信號質量本來就差，而且每個監測點的網絡覆蓋情況也不盡相同，為解決這一難題，窨井水位監測終端支持4G/3G/2G、NB-IoT等多種通訊方式，根據現場實際情況，選擇最合適的通訊方式。

（3）電池自供電，超低功耗運行

為應對無供電環境，窨井水位監測終端采用了電池自供電設計，超低的運行功耗、“休眠+喚醒”的工作模式，使得電池壽命可達3-5年。

（4）遠程維護，操作更方便

   可遠程修改數據采集、上報頻率，并對設備進行維護、診斷、升級，減少運維人員的工作難度，操作更方便。如圖示，

5、主要技術參數

6、監測軟件

 窨井液位監測終端具備手機APP監測，隨時掌握窨井液位異常情況，隨時隨地查看監測點信息、無線液位變送器運行狀態，可通過APP查看監測數據記錄、告警記錄等，支持通過微信小程序進行窨井液位監測。

城市窨井對于城市排水管道的安全運行關系重大，城市窨井水位直觀準確地反映城市排水管道安全運行狀態，窨井水位監測系統也是這些年全國各地智慧城市大數據項目的重要組成部分。

第三部分

窨井水位及井蓋監測系統

1、系統概況

   窨井是雨/污水排水管網的必要構筑物，是方便日常檢查、預防和疏通管道堵塞的重要設施。

 窨井水位及井蓋監測系統窨井內安裝監測設備，實時監測液位、流速、流量等指標，數據越限自動報警，通過4G/NB-IoT無線網絡將現場信息遠傳至監控中心軟件。

 該系統幫助排水管理部門全面動態了解管網運行情況和變化規律，及時發現管網淤堵、污水溢流等現象，以便快速做出管道疏通、排澇防汛響應。為排水管網安全、健康運行提供有力保障，同時為管網運行調度、養護管理、改造設計提供有效的數據支撐，提升排水管網信息化管理水平。

系統可擴展水質監測、井蓋移位監測、有害氣體濃度監測、視頻監控、壓力監測等。

2、系統架構

（1）感知層

無線液位變送器、液位監測儀位于物聯網結構中的層，通過傳感網絡獲取感知信息。感知層是物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分。

（2）網絡層

網絡層是數據通信的核心，是數據傳輸的主要通道，網絡層主要采用NB-IoT通信網絡，具備覆蓋廣、連接多、速率快、成本低、功耗低、架構優等特點。

（3）通信服務層

通信服務層由物聯網設備管理平臺組成，實現數據的匯集與管理，為管網監測平臺及其他應用平臺提供專業、便捷的數據接口服務。

（4）應用層

應用層為窨井液位監測系統平臺及第三方應用平臺，為運維部門、管線權屬單位等相關部門提供數據展示、決策分析等信息服務。

如圖示。

3、系統組成

◆ 現場監測設備構成：

  窨井監測RTU: DATA-6220/6216B（電池供電、IP68防水型RTU）

  水位檢測設備：投入式液位計（也可選用超聲波液位計及其他液位計）

  井蓋狀態檢測設備：行程開關（限位開關）

◆ 系統實現說明 

  （1）行程開關安裝于井蓋下方，井蓋蓋上時剛好觸碰到行程開關的觸頭；當井蓋被移動時，行程開關的觸頭狀態發生變化（如由“開”到“閉”），并把這個狀態變化信號通過線纜輸出給窨井監測RTU。

  （2）投入式水位計的探頭安裝于窨井底部并牢牢固定，實時檢測窨井內的水位數據，并把數據通過線纜輸出給窨井監測RTU。

  （3）正常情況下，窨井監測RTU定時（時間間隔可設）將井蓋狀態和水位數據通過GPRS/CDMA/4G/NB-IoT網絡傳輸給監測中心；當井蓋狀態發生變化或水位數據超過預設的報警值時，窨井監測RTU則實時向監測中心上報報警信息。

   （4）中心的排水管網監測系統軟件動態顯示各窨井的水位數據和井蓋狀態，提供查詢、統計、分析功能，并通過彈窗、提示音、短信等多種形式提示報警信息。

4、系統功能

  ★ 監測管網重要節點窨井水位，及時發現管網淤積、堵塞現象。

      ★ 監測窨井井蓋狀態，井蓋丟失、移位等異常發生時立即報警。

      ★ 及時提供管網運行預警信息，為應急防汛工作提供決策依據。

      ★ 診斷排水管網中的瓶頸管段，為管網改造提供依據。

      ★ 為評估低洼、易澇區域的排水能力提供分析數據。

      ★ 追溯管網運行歷史狀況，輔助進行事故分析。 

5、系統特點

  ◆ 專業設備

    IP68防水、電池自供電、微功耗運行。

  ◆ 多樣功能

    可根據具體需求靈活調整功能、增減監測項。

  ◆ 兼容性強

    對下可匹配各類檢測儀表、感知設備；

    對上可通過OPC、數據庫等形式對接其它應用平臺。

  ◆ 維護方便

    窨井監測RTU支持遠程參數設置、遠程設備維護。 

6、主要設備組成

（1）、監測現場（單個測點）

（2）、監測中心

第四部分

可視化云平臺

可視化監管云平臺是以大數據存儲、運算、展現作為目的，利用云計算將數據快速處理和加工成各種數據報表，及時向有關人員提供數據信息服務，并提供相應的業務支持和管理功能。

1、通過GPRS網絡遠程監測水位

   選用投入式水位計和水位監測終端監測現場水位，并通過GPRS網絡將水位數據傳送給排水管理處分控中心。為靈活布設測點、不受供電條件限制，建議選用太陽能供電型水位監測終端。

2、通過4G/5G網絡遠程監控實時視頻 
   此種方式下，選用視頻攝像機和視頻監控終端監控現場實時視頻，并通過4G/5G網絡將監控視頻傳送至監測分控中心。為了降低運營費用，可選擇只在汛期實施無線視頻監控。

3、大數據分析

對大量監測數據匯總、分析，構建水力分析模型，準確獲取管網液位數據，進行淤堵及內澇分析等。

4、數據查詢

實現對系統中無線液位變送器的監測數據、告警數據、電池電壓等信息查詢，并實現數據報表打印，可實現日、周、月、季度報表生成。

5、GIS一張圖

運用GIS技術，將窨井液位監測點位通過一張圖直觀展示，可清晰、直觀展示各個監測點分布信息，實時掌握區域范圍內的無線液位變送器點位情況。

6、趨勢分析

對無線液位變送監測數據趨勢分析，形成趨勢曲線，可實現日、周、月、季度趨勢分析。