建設背景

    由于全球氣候變化及人類活動的影響，近年來我國城市內澇災害頻發，給城市建設和管理帶來的嚴峻挑戰。隨著我國經濟的不斷繁榮，大中城市的建設也在突飛猛進地高速發展，城市圈也在已經不斷擴大。為了緩解交通壓力和保證出行的暢通，許多城市建設了不少的立交橋和下穿隧道。近年來，由強降雨引起的城市下穿隧道及立交橋下低洼處存在大量積水的現象時有發生，且有愈演愈烈的趨勢，隨之而來的諸多效應中，有許多因素加劇了汛期街道積澇的情況。城市積水造成公用設施受損，使交通、電力、通訊、網絡傳輸、水源等受到了嚴重影響或損壞，給人們的生產生活帶來諸多不便。每年夏季到來，“下雨就看海”成為很多城市面臨的共同話題。相關統計數據顯示，2010年以來，我國平均每年有185座城市受到城市內澇的威脅，濟南“7·18”特大暴雨、北京“7·21”特大暴雨、鄭州“7·20”特大暴雨造成了不同程度的環境破壞、經濟損失和人員傷亡。 統計顯示，當積水深度達到20厘米時，行人步行困難；超過30厘米時，機動車難以行駛；超過80厘米時，交通完全癱瘓。城市內澇使軌道交通等地下設施積水倒灌浸泡的隱患空前增大，不僅造成財產損失，甚至會威脅生命安全，嚴重影響“城市生命線”正常運行，所以加強城市內澇事件應急管理迫在眉睫。隨著城市人口資產密度的提高，同等淹沒情況下損失增加。且城市的中樞作用使得次生影響和間接損失加大，嚴重時可能造成重大的經濟損失和人員傷亡，目前我國城市抗澇形勢非常嚴峻。因此，已經引起市政、城管、防汛、路政等政府有關部門的高度關注：一方面要積極修建并管理好排水設施，另一方面建設城市內澇監測預警系統，也極為必要，它既可以為決策機構的領導提供道路積水的實時信息，也為市政排水調度管理機構提供支持，還可以通過廣播、電視等媒體為廣大老百姓提供出行指南。加強城市降雨規律、排水影響評價、暴雨內澇風險等方面的研究。全面提升排水防澇數字化水平，積極應用地理信息、全球定位、遙感應用等技術系統。加快建立具有災害監測、預報預警、風險評估等功能的綜合信息管理平臺，強化數字信息技術對排水防澇工作的支撐。2021年國務院辦公廳出臺《關于加強城市內澇治理的實施意見》中明確：加強智慧平臺建設。建立完善城市綜合管理信息平臺，整合各部門防洪排澇管理相關信息，在排水設施關鍵節點、易澇積水點布設必要的智能化感知終端設備，滿足日常管理、運行調度、災情預判、預警預報、防汛調度、應急搶險等功能需要。2022年住房和城鄉建設部辦公廳、國家發展改革委辦公廳關于做好2022年城市排水防澇工作的通知中明確：加快構建城市排水防澇體系，要按照國辦發〔2021〕11號文件要求，加快建立“源頭減排、管網排放、蓄排并舉、超標應急”的城市排水防澇工程體系。2022年，住房和城鄉建設部、國家發展改革委、水利部日前聯合發布《“十四五”城市排水防澇體系建設行動計劃》（以下簡稱《計劃》）。《計劃》落實《國務院辦公廳關于加強城市內澇治理的實施意見》要求，進一步加強城市排水防澇體系建設，提出了全面排查城市防洪排澇設施薄弱環節、系統建設城市排水防澇工程體系、加快構建城市防洪和排澇統籌體系、著力完善城市內澇應急處置體系、強化實施保障5個方面共20項任務，明確了相關部門責任分工，充分顯示出國家對城市內澇問題的重視程度以及進一步開展內澇治理工作的緊迫性。

 建設現狀

從內澇防治角度來看，城市建成區的現狀問題是多方面的，有氣候變化導致極端天氣的客觀因素，也有城鎮化發展過程中造成的難以避開的問題，主要有以下幾個方面：
一是城鎮化快速發展導致排水防澇設施建設滯后、澇水蓄滯空間嚴重不足。自1978年以來，我國城鎮化率以每年1個多百分點的速度提高，城市人口大量聚集，但是整個內澇防治體系的發展卻與城市快速發展的需求不匹配。城市下墊面硬化率也伴隨著城鎮化率的速度不斷增長，削弱了雨水滲透能力，加之城市建設未能有意識地留有蓄滯空間，甚至侵占河湖水系，而水的基本物理特性又是不可壓縮的，從而導致澇水蓄滯空間嚴重不足。
二是以往對超過雨水管網排水能力的徑流應對缺乏考慮。長期以來，我國一直是單一按照雨水管渠設計重現期構建城市雨水排除系統，排水規劃及設計側重于雨水管道、泵站等排水設施的布局和設施能力規模的確定，目標只體現“速排干”，未考慮超出管網設計標準雨水徑流的“滲滯蓄”，因此未能建成有效的內澇災害防御工程體系。雖然自2012年以來規劃設計有了內澇防治“大排水”理念的轉變，行業規范和手冊補充了相關內容及設計方法，但城市建成區的排水格局已經形成，按目前的內澇防治標準實施全方位改造難度很大。
三是綜合應對能力不足，抗災水平亟待提高。當前城市普遍缺乏排水管網養護的實時監測系統、內澇預警和實時處理的智慧系統等現代化治理手段，難以根據氣象實時信息、管網動態信息、交通出行信息等及時對內澇做出準確判斷并及時發布預警信息。此外，各級排水設施管理人員不足、各部門協同管理機制不健全，也約束了城市治理水平。對于內澇發生時容易引發嚴重災害的地下設施，如地下道路、地下軌道交通、地下停車設施、地下商業服務設施等尚未形成有效管控體系。

建設原則

根據系統建設的特點和要求，城市內澇監測預警系統必須具備“先進性、實用性、標準化、開放性、兼容性、整體性、共享性、安全性、保密性、可靠性、經濟性、可擴展性、可維護性”等方面提出原則性要求如下:
（1）先進性
本項目是在以往信息化建設的實踐經驗上進行的，是在對信息化技術日新月異的認識基礎上進行的，要想保持其相對長久的生命力，就必須盡可能地采用國際先進的軟件體系結構，先進的技術標準，保證系統的生命力。系統的建設應以“高起點、高標準”嚴格要求，在系統設計上，首先應當具有前瞻性。
(2) 實用性
結合實際的城市內澇處理流程以及業務管理工作流程，通過對實際業務流程以及需求的分析，設計結構合理、功能實用、符合實際業務需要的系統。系統的設計在運行環境、使用操作等方面以實用為主，以方便使用和維護為出發點。
(3) 標準化
系統建設采用的軟件平臺、數據標準、開發技術應符合公認的標準，符合國家、地方的有關標準與規范。采用標準的數據描述語言以及標準的通信協議，適應以后的數據交換標準以及系統間互連的標準協議等。
(4) 開放性
軟件體系結構上，應充分考慮系統的開放性。以模塊化設計和基于組件的多層結構體系保證系統的開放性和靈活性。
(5) 兼容性
在本次項目建設過程中，應繼承當前系統的信息數據、業務流程和人員操作習慣并針對系統中存在的問題，充分利用已有的網絡、硬件環境和最新的技術手段，采用整合與新建并進的方式進行實施。
(6) 整體性
在現有規范、制度的基礎上，進行整體的規劃完善，通過科學的分布實施，建立全面覆蓋業務，符合要求的系統。系統建設具有整體性，即內容上全包括、數據上全部共享、流程上相互銜接、管理上協調統一。
(7) 共享性
系統通過搭建共享平臺接口進行數據共享，同時，系統提取和分析的信息庫也能以標準的數據接口開放給其他部門使用，打破部門壁壘、信息孤島，為業務管理提供有力的依據。
(8) 安全性
安全性對于分布式系統來說很重要，從身份驗證到資源授權訪問再到數據的安全性。 系統應能提供網絡層和應用層的安全手段，防止系統外部成員的非法侵入以及操作人員的越級操作，從多個角度、環節考慮，確保系統和數據的安全。
(9) 保密性
系統訪問的數據都是重要數據，因此在權限功能規劃上要考慮全責明晰，建立合理的可分配權限，使內容、功能管理有效、有序，減少人為的操作風險。系統的各個訪問和操作具備可回溯性，操作人員進行了哪些操作都有記錄可查。
(10) 可靠性
本系統為分布式系統，需要通過網絡訪問分布在各個部門的數據庫，需要從身份驗證、資源授權訪問、數據的安全性等方面全面考慮整個系統運行的可靠性。
(11) 經濟性
系統在規劃和實施過程中，必須立足于現狀，著眼于未來，遵循“統籌規劃、分布實施、整合資源”的原則，避免系統的重復建設以及資源浪費。
(12) 可擴展性
系統可以根據實際情況進行靈活的配置和組合，能方便地進行功能的調整以及系統的升級、擴展，以適應業務的不斷發展和更新。
(13) 可維護性
將應用與技術分離，建設方維護人員可自行維護本系統，如人員崗位的調整、工作流 程的變化等，不需要對軟件本身進行任何重新編碼，通過維護模塊的調整即可實現。

建設依據

4.1政策依據

1.     《國務院關于進一步加強氣象災害防御工作的意見》；
2.     《國務院關于加強氣象災害監測預警及信息發布工作的意見》；
3.     《國務院關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》；
4.     《住房城鄉建設部辦公廳、中國氣象局辦公室關于加強城市內澇信息共享和預警信息發布工作的通知》；
5.     《住房城鄉建設部、中國氣象局關于做好暴雨強度公式修訂有關工作的通知》；
6.     《國務院關于推進海綿城市建設的指導意見》；
7.     《國務院關于加強城市防洪規劃工作的指導意見》；
8.     《住房與城鄉建設部關于城市排水(雨水)防澇綜合規劃編制大綱》；
9.     《國務院關于推進防災減災救災體制機制改革的意見》；
10.  《國務院關于關于加強城市內澇治理的實施意見》；
11.  《住房和城鄉建設部、國家發展改革委、水利部“十四五”城市排水防澇體系建設行動計劃》。

4.2規范依據

1.     《水文自動測報系統技術規范》SL61-2003；
2.     《降水量觀測規范》SL21—90；
3.     《水文基礎設施建設及技術裝備標準》SL276—2002；
4.     《防洪標準》（GB50201-94）；
5.     《水文基礎設施建設及技術裝備標準》（SL276-2002）；
6.     《水文巡測規范》（SL196-97）；
7.     《降水量觀測規范》（SL21-90）；
8.     《水文自動測報系統技術規范》（SL61-2003）；
9.     《水位觀測標準》（GBJ138-90）；
10.  《河流流量測驗規范》（GB50179-93）；
11.  《水文資料整編規范》（SL247-1999）；
12.  《水面蒸發觀測規范》（SL24-91）；
13.  《水文情報預報規范》(SL250-2000)；
14.  《水文自動測報系統通信線路設計規定》(SL199-97)。

第五章 系統建設目標

近年來，雨季及氣候異常引起的城市內澇給市政部門帶來了巨大的壓力，因強降雨引發的河水倒灌、道路水淹、交通堵塞、橋梁建筑損毀等，給國家和人民帶來了巨大的經濟及生命危險。為最大程度降低內澇造成的損失，一方面我們要大力加強城市排水基礎設施的建設；另一方面要全面掌握城市內澇狀況，對河道水位以及地道橋、低洼路段等積水水位進行實時監測，建立城市內澇預警系統。城市內澇治理的痛點和需求如下：
（1）高速發展的城市化進程，凸顯城市防汛排澇能力不足。
（2）全球變暖環境下，城市“看海”已成常態，內澇監測預警設備基本空白。
（3）缺少城市內澇基礎和歷史數據，讓防汛治理無從下手。
（4）解決城市內澇問題迫在眉睫，需要能快速落地實施的定制化方案。
針對以上城市內澇治理的痛點和需求，需要建設汛前、汛中、汛后、運維緊密結合的監測預警感知體系。汛前智能推演，物資提前布控，有效規避城市內澇風險。汛中結合智能推演，設備實時監測進行靈活應急指揮，成為城市內澇重要的一環。汛后災情復盤總結上報及信息公開，運維管理設備狀態和養護，保障汛期使用，形成了一套完整的城市應急體系，做到快速處置和及時報告，并與氣象、水利、交通、市政等部門密切合作，打造數字化智能預警平臺。
1.進一步加強海綿城市建設
源頭控制雨水徑流是海綿城市一項重要功能。在建成區內的小區、道路、綠地中，因地制宜建設或改造雨水花池或花園、植草溝、下凹綠地、透水鋪裝等海綿設施，盡最大努力控制源頭雨水徑流，是可行的，效果是明顯的，這已經在海綿城市建設示范城市的實踐中得以證明。尤其是在城市道路易澇點下凹橋區附近，由于橋區與周邊小區建設年代不同，致使橋區周邊地形地貌發生變化，一遇降雨小區產生的“客水”匯入橋區，加重了橋區排水系統的負擔，在這些小區進行海綿城市建設控制雨水徑流更有針對性。
《計劃》明確提出了實施雨水源頭減排工程，要求將海綿城市建設理念落實到城市規劃建設管理全過程，優先考慮把有限的雨水留下來，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等措施削減雨水源頭徑流，推進海綿型建筑與小區、道路與廣場、公園與綠地建設。
2.建設調蓄設施，增加蓄存空間
《計劃》指出，有條件的城市逐步恢復因歷史原因封蓋、填埋的天然排水溝、河道等，擴展城市及周邊自然調蓄空間。充分利用城市蓄滯洪空間和雨洪調蓄工程，提高雨水自然積存、就地消納比例。根據整體蓄排能力提升的要求、低洼點位積水整治的實際需要，因地制宜、集散結合建設雨水調蓄設施，發揮削峰錯峰作用。
《計劃》一方面強調的是恢復和充分利用原有溝渠及河道水系的調蓄功能，成規模擴展調蓄空間；另一方面強調的是結合積水點治理，在建成區有限的范圍內結合排水管網、泵站設施布局，見縫插針地建設調蓄設施，盡最大努力增加雨水調蓄容量。
3.對重點部位進行提標改造和采取內澇應對防護措施
建成區的下凹橋區、下穿道路、地下道路、地鐵、地下停車場、地下商業服務等設施，在內澇發生時極易造成重大人員傷亡和財產損失。除了在汛期加強預警和應急搶險外，應當立刻行動起來，盡快完成這些設施的風險排查、排水系統升級改造工程或防護措施。對于下凹橋區和下穿道路，按照“高水高排高截高蓄、低水低排低蓄”的原則，采取蓄排結合技術方式進行排水系統提標改造；地下道路、地下軌道交通、地下停車設施、地下商業服務設施的出入口容易發生澇水倒灌，對于不滿足內澇標準的這些出入口，應當采取防護措施（如防淹擋板、防淹阻水設備等），可按照當地內澇防治設計重現期水位標高加高500毫米設防。無法判定的，可采用防淹門或全高阻水設備。
《計劃》明確提出了要著力完善城市內澇應急處置體系，實施應急處置能力提升工程，實施重要設施設備防護工程，涵蓋了上述內容。
4.構建智慧防澇體系
《計劃》在著力完善城市內澇應急處置體系內容中指出：實施應急處置能力提升工程。建立城市洪澇風險分析評估機制，提升暴雨洪澇預報預警能力，完善重大氣象災害應急聯動機制。提升預報預警能力是防澇減災工作的基礎，也是能夠立即行動起來開展的一項工作，其中首要任務是要加快制定相關標準。
《計劃》在加強排水防澇專業化隊伍建設方面指出：在排查排水管網等設施的基礎上，建立市政排水管網地理信息系統（GIS），實行動態更新，逐步實現信息化、賬冊化、智慧化管理，滿足日常管理、應急搶險等功能需要。其中，智慧化管理是防澇減災的重要手段，在統一籌劃的前提下，首先可以著手對重要部位和易澇點設置感知層設備，建立數據傳輸系統和基于排水系統的數學模型，利用我國自主研發的北斗衛星導航系統對排水設施進行準確定位，對汛期保障人員和搶險隊伍進行追蹤和調度指揮，盡快形成防澇智慧化管理系統，盡早發揮效益。

系統總體介紹

城市內澇監測預警系統，針對地下管網、地面水漬、內澇積水、交通路況，通過采集主機進行水位傳感器、雨量計、水位計、攝像監控等數據的采集，并實時發送至監控中心，根據監測實時水位、雨量信息、視頻信息，并結合天氣預報信息和歷史同期信息，對城市內澇提供智能預警和實時報警。

6.1系統架構

城市內澇監測預警系統由前端傳感器、采集儀主機數據采集傳輸終端、機房信號接收及處理裝置、監測機房及計算機管理系統、調度指揮中心等組成。
前端傳感器：前端道路橋梁積水監測、河道水位監測、城市排水監測、水雨情監測等監測設備，用于對城市水況信息的數據采集，同時各監測設備可部署攝像裝置，用于對該區域內的圖像、視頻進行拍攝，方便數據處理中心直觀了解區域內情況。
無線傳輸：采集儀主機用于對前端監測設備采集的數據進行無線傳輸，支持光纖、5G/4G/3G、NB-IoT、WiFi等多種入網方式，方便設備在不適合布設網線的地方使用。
監控中心：通過接收前端傳來的數據，將前端圖像、視頻、水況數據通過大屏進行顯示，實時對數據進行分析，了解城市內各個區域內的水況，有效處理城市內積水問題。
主要功能。
城市數據管理：管理物聯感知設備，監控設備運行狀態，收集整合現場運行數據。
內澇預報：提供當日和一周內澇預報，結合上萬個虛擬測點，統計城市重點點位的積水水位、淹沒面積，預測未來走勢。
評估預警：全面評估城市內澇的風險等級、風險分布、峰值時刻、持續時間，自動生成內澇預警簡報。
模擬預演：模擬極端天氣下全城積水內澇的演變態勢，重現復盤歷史發生過的典型降雨內澇場景。
應急預案：提供應急預案管理、防汛救災隊伍管理、防汛人員統籌調度、防汛巡檢任務發布在內的防汛業務聯動與內澇應急處置管理功能。

6.2系統功能

城市內澇監測預警系統綜合感知體系由排水泵站控制系統、泄洪閘門控制系統、路面積水監測系統、窨井液位流量監測系統、智能井蓋狀態監測系統五個模塊組成。
1、排水泵站控制系統
排水泵站設備偵測與智能控制系統建設完成后，實現以下功能：
1)    實時監測各個蓄水池水位，并能將水位數據傳到中心平臺，用戶可通過電腦或手機web網頁實時查看；
2)    智能運行模式：根據實時監測信息對水泵進行智能化運行，當監測信息達到設定閾值的時候水泵自動進行開啟/關閉操作，同時當干/支渠在啟用灌溉時，系統需要自行判斷當前水位，在用水不足的情況下，系統將自行啟動運行水泵，以便確保用水需求；
3)    水泵自我保護功能當監測到異常情況下，在10秒內對水泵進行過壓保護、欠壓保護、過載保護、欠載保護、漏電保護等措施，確保每一臺水泵可以在最佳的工作環境下進行運行；
4)    實時偵測水泵房控制系統設備的運行狀態和關鍵參數，設備出現異常能實時偵測并完成異常報警推送；
5)    自動運行模式：可以對每一臺水泵進行定時、定期的計劃運行；
6)    檢修模式：當設備要進行定期維護的期間，系統需要將遠程控制與現場控制的鏈路切斷，以便確保檢修人員的安全；
7)    用戶可以遠程查看各個蓄水池水位數據、現場視頻信息、并可以手動控制水泵的啟停。
2、泄洪閘門控制系統
閘門信息化系統，以“無人值守”為設計原則，通過傳感技術、自動化控制技術、計算機軟硬件技術、網絡通信技術等，為用戶提供了一套既可現場對閘門進行控制，也可遠程通過計算機進行閘門啟閉的自動化控制系統，該閘控系統可接入渠道水位信號、流量信號，或現場視頻信號等，能夠將水位、流量、視頻畫面等與閘控系統集中顯示在一個軟件畫面中，構建成水資源的監控平臺，使得遠方操作更加可視，達到無人值守、合理調度分配。
（1）實現現場手動、現場自動
現場手動：閘門所在現場設置有閘門電控柜，電控柜設置有閘門控制用的升降停按鈕和控制權限切換開關，將控制開關切換到現場手動擋，利用工具實現閘門的現場手動開關。
現場自動：在現場閘門電控柜上設置觸摸屏，觸摸屏除了顯示閘門和水位的實時信息外，還可以通過觸摸屏按鈕接收信息，在控制開關切換到現場自動控制擋，可以利用觸摸屏上的人機界面和內部運行的控制軟件實現閘門的現場控制。
遠程控制：現場有現地、遠程控制權限切換功能，當現場授權于遠程后，管理中心獲得控制權限，可以遠程控制閘門的開閉，管理中心可以使用監控計算機運行的閘門控制軟件遠程控制現場閘門。
（2）急停控制
無論現場還是遠程控制，一旦險情發生，需立即停止閘門運行時，現場控制柜設置急停按鈕，以停閘、停電，確保安全。
（3）具有運行狀態判別，故障多重保護和報警功能
閘門運行過程中，運行狀態和信息被實時監控，并被作為閘門運行動作的前提判斷條件，防止發生錯誤動作無法調節，防止設備損壞。當監測到各種信息邏輯不協調，互相矛盾時，則立即停機報警，等待檢修。
（4）實時采集信息
閘門開度、閘門狀態、閘門位移越限開關狀態、電機運行參數、等各類實時參數與狀態信號。
（5）數據通信
閘門終端和管理中心之間依靠4G遠程通信進行數據傳輸，傳輸數據包括實時采集數據、控制命令數據、故障警報數據等。
3、路面積水監測系統
路面積水監測系統可實時監測城區各低洼路段的積水水位并實現自動預警。管理部門借助該系統可整體把握整個城區內澇狀況，及時進行排水調度。交通管理部門通過易澇區智能水位監測系統可獲取各路段的實時積水水位，并借助廣播、電視等媒體為廣大群眾提供出行指南，避免人員、車輛誤入深水路段造成重大損失。
1.     實時監測積水點水位、通過網絡將現場數據傳送至信息管理系統；
2.     水位視頻聯動：積水監測站根據積水監測點水位變化，當達到預警值時，開啟視頻監測，并將視頻信息傳輸到綜合管理平臺。
3.     支持積水監測點超限預警功能，預警信息可通過短信、網絡推送給責任人手機、移動 APP 終端，可通過手機查看易澇點水位和視頻信息；
4.     積水監測點設備具備低功耗模式，通過太陽能供電系統供電
5.     監測預警平臺具備GIS地圖功能，可通過gis地圖查看積水點分布，直接查看各積水點的實時水位數據；
6.     監測預警平臺內置積水水位預測算法，經擴展可支持城市暴雨洪水模擬功能。
4、窨井液位流量監測系統
窨井液位流量監測系統主要在城市窨井內安裝窨井液位監測儀，將窨井液位、流量數據動態傳輸到液位監測系統平臺，通過窨井液位流量監測系統平臺實現排水管網液位、流量指標的在線分析、多級報警、淤堵分析、內澇分析等。窨井液位流量監測系統主要應用于智慧城市、智慧水務、智慧排水等新基建項目中，為排水管理部門提供實時的、有效的系統化監測數據。窨井液位流量監測系統相關軟、硬件產品均由我司自主研發滿足各種惡劣環境下的液位監測應用需求。
1.     實時監測告警：實時監測排水管線窨井液位，根據預先設定報警閾值，對排水管網液位的異常情況進行多級告警；
2.     通過窨井液位監測平臺，在監測“一張圖”上顯示各個監測點位置信息、設備工況信息、液位實時狀態等；
3.     管網綜合調度：根據氣象數據、窨井液位數據對排水泵站進行調度，預防內澇發生，確保管網正常運行；
4.     通過對大量監測數據進行匯總、分析，構建水力分析模型，準確的獲取排水管網液位數據，進行淤堵分析、內澇分析等。
5.     進行排水管網分區流量測量，流量數據分析，流量異常及時告警，可發現區域漏損和漏損隱患。
6.     采用GIS技術顯示管網分區地理位置，監測點設備信息查看，不同顏色直觀展示流量數據。在線監測重要節點的實時流量，科學制訂并執行調度方案，使管網流量平穩運行。
5、智能井蓋狀態監測系統
在城市內管網檢修井蓋的位移、震動、破損、被盜等異常情況，可安裝井蓋監測終端，實現對井蓋狀態的實時監測，為排水管理部門提供實時的、有效的系統化監測數據，保證路面安全。井蓋狀態監測儀是一款用于監測井蓋狀態的設備，安裝于井蓋背面，當井蓋發生異動時，將觸發井蓋監測儀報警，將井蓋狀態、傾角、溫度、設備參數等信息通過無線傳輸方式發送至監控中心，監控中心對數據進行解析并判斷警情。該產品使用NB-IoT 無線通訊方式。其使用電池供電，具有安裝方便、電池壽命長、檢測準確率高，工作穩定等特點。

6.3系統建設內容

6.3.1城市內澇感知監測點建設

監測點組成包括含水文采集儀主機、雷達水位計、雨量計、太陽能電池板、智能球型攝像機、預警喇叭、聲光警報燈、電源防雷模塊、蓄電池、立桿等。內澇監測站利用先進的測量、通信與控制技術，實現內澇點雨量、積水水深的自動采集、上傳及自動控制數據。在數據采集發送、顯示和過濾方面具有以下功能與特點:
1、數據采集控制與發送
1)為節約耗電、節省自記內存，并又能及時采集到積水水深數據，系統采用雨量信號觸發水位采集的策略。如無降雨時，測站只需要發送平安報。當有降雨時，測站按照預設采集周期采集水位/水深數據，并將數據利用移動物聯網發送至中心。
2)為監測內澇積水深度的整個變化過程，數據采集控制終端具有自動加密測量功能。當監測到水深值超越預設警戒值時，采集儀主機控制雷達式水位計加大測量頻度，以更短的周期采集水深數據。
3)為了消除水位參數的波動特性，可對多次采集的數據進行平滑濾波，有數字濾波功能，具備消浪處理能力。
4)具有防堵塞功能。針對易澇點監測站使用過程中容易出現進水孔堵死導致水位/水深信息數據異常的情況，監測站主體架桿的底部和進水孔的位置分別加裝隔離網。
2、監測數據智能過濾功能
水文采集主機具有智能數據過濾程序，對于采集錯誤數據或不合理數據自動過濾，對于過濾后的數據進行上傳及本地顯示，以最大程度避免因測量誤差或設備故障導致的數據異常報警及顯示。
3、監測設備總體要求
1)    自動雨量觀測站、水位監測站選用通過國家、行業認證的設備和產品。
2)    實時視頻監控系統選用通過國家、行業認證的設備和產品，具備高清晰度、云臺控制、夜視、透霧等功能特性。
3)    統一編碼規則，方便組網。
4)    設備安裝在易澇點。安裝牢固，無安全隱患。周邊無影響雨量、水位測量精度和遮擋視頻監控的障礙物。
5)    為節省空間，有條件盡可能一體化安裝。
6)    前端監測點設備易安裝、易維護、易拆卸。
7)    采用市電備電結合供電。以太陽能結合蓄電池供電為主，市電供電為輔，避免因災害導致市電停電造成監測中斷。蓄電池理論后備時間不低于 100 小時。
4、數據上報與共享需求
設備監測數據上報要求支持通過 http/mqtt/tcp/udp 等協議和云服務端進行連接，數據將被歸集到城市內澇大數據平臺，并通過數據共享服務向外部門提供數據共享。
 
 

系統建設介紹

7.1路面積水監測系統

路面積水監測系統綜合應用智能攝像機、雷達液位計等積水在線監測設備，實時感知各類場景下易積水路段的積水情況并向中心告警，通知用戶進行預警信息發布，引導車輛提前繞行，避免因車輛誤入水淹路段，尤其是水淹隧道所引發的安全事故發生。
路面積水監測系統包括前端子系統、傳輸子系統、后端平臺。前端子系統實現對隧道、涵洞等易積水路段的積水有無、積水深度的感知以及對積水信息的發布。通過傳輸子系統將各前端設備間獲取的數據打通，并按需傳輸到后端平臺子系統，實現各類數據的匯聚、分析、展現、存儲等功能。通過三個子系統的建設和互聯互通，實現路面積水監測系統的業務應用，具體的系統拓撲圖如圖1所示：
 

7.1.1系統組成

1、前端子系統
前端子系統主要包括積水感知子系統、預警發布子系統。
2、積水感知子系統
由雷達水位計、采集主機組成，主要實現積水識別、積水深度檢測等功能。
系統使用光伏太陽能取電、無線4G方式通訊，安裝方便，可復用性強。配合高清智能攝像機和現場水尺，對各涵洞和易積水路段全方位管理監控。
按照每個公路隧道涵洞1套水深監測、雙向2處水尺和智能攝像機配置。
其中，采集主機可擴展對接各種雨量計設備、流速設備等，實現雨量等數據的國標接入。
3、預警發布子系統
手機APP，戶外LED，市政發布網站，微信小程序等多種信息發布渠道并行使用，構建完善的防洪排澇信息發布系統。由交通警示誘導屏、報警音柱組成，主要實現積水信息的誘導發布以及對行經車輛的聲光警示等功能。按照每個公路隧道雙向2套發布系統配置。

4、傳輸子系統
傳輸網絡主要由視頻專網以及無線測控網絡組成，實現從前端子系統到后端平臺的網絡數據傳輸交互。
基于安全性需要，視頻通訊和語音發布需要通過租用運營商光纖鏈路組建專網，每個前端點位到中心一條裸光纖，可通過EPON方式組網。
另外，對于大屏幕信息發布、水位遙測，提供基于4G/5G的互聯網傳輸網絡，實現設備數據的遠程接入和遠程預警信息發布和控制。
5、后端平臺
后端平臺為公路網智能監控平臺，主要實現調查數據的匯聚、分析、展現、存儲等功能，包括水情運行監測、實時水情告警、動態預警發布以及歷史水情查詢等。

7.2窨井液位流量監測系統

窨井監測液位、流量，采用壓力水位計與雷達水位計監測液位，采用多普勒流量計監測流量。由于窨井中特別容易淤積，采用壓力水位計淤積后會導致上報水位數值偏差。如果采用雷達水位計，當水位過高時，達到雷達水位計盲區內，會導致采集水位值錯誤，所以采用兩種水位計互補的方式進行采集液位。當液位低的時候在盲區以外時顯示雷達水位計測量值，當液位進入盲區后（此值需要根據雷達水位計盲區值調整）顯示靜壓液位計的測量值,加上靜壓液位計安裝高度。
 

7.3排水泵站控制系統

排水泵站控制系統建設中包含三部分，泵房控制系統遠程控制單元、視頻建設，共計3部分組成。
1、蓄水池水位監測單元
蓄水池水位監測單元，由水位計監測水池水深，通過對水深的監測實現與泵房水泵啟停的控制，由攝像頭采集現場水池水位的實時圖像。
2、泵房控制系統遠程控制單元
泵房控制系統遠程控制單元，通過繼電器和接觸器實現對水泵的啟停、設備遠程控制功能的建設和優化，方便運維人員遠程完成設備的復位，備機啟動等功能，提高運維效率。
3、 蓄水池水位監測單元
蓄水池水位監測單元，通過電量采集模塊、電流互感器以及信號分離器等電量參數采集模塊，實現對供電電路、狀態指示電路的電信號采集，進而監測供電電壓、工作電流、狀態指示燈的監控，為設備無法啟動、電壓不穩導致設備發熱等故障現象的偵測，同時聯動平臺發送報警通知；通過貼片溫度傳感器實現對電機工作溫度的采集和監測，實時偵測設備工作溫度，出現設備發熱故障，能及時聯動平臺發送報警通知；通過管道壓力傳感器實時監測管路水壓，實現對流量不足和抽水失敗故障現象的及時預警，方便運維人員快速現場定位問題。
4、 采集主機
系統方案中采集主機作為承上啟下的設備，將采集的站房設備運行參數的通過無線方式將數據上報到中心平臺，同時可以將用戶通過中心平臺下發控制指令（復位、開啟、關閉等）到前端電路，實現對設備的控制；采集主機將各站房設備運行參數上報到中心平臺，中心平臺完成參數的邏輯判定、數據展示、報警通知、以及遠程控制等功能。

7.4泄洪閘門控制系統

7.4.1閘控系統建設

閘門遠程控制終端是以微處理器為核心的自動化閘門控制系統，根據采集閘前、閘后水位，可實現閘門的遠程控制、流量監測。系統響應遠程服務器下發的控制指令，實現閘門開度的調節控制，結合現場傳感器以及流量計量算法，實現定流量、定水位、定開度等控制模式。

系統設計拓撲圖（藍色為原有單元，綠色為增加功能單元）
遠程自動化控制閘門的控制系統主要包括兩部分：閘門終端控制系統和全渠系動態調水控制系統。終端控制系統直接安裝在各級渠系的閘門上，主要負責閘門終端的自動計量、自動分水、遠程通訊、電源管理、手動操作及信息顯示等功能。全渠系動態調水控制系統安裝在遠程控制調度中心的服務器上，主要負責對渠系所有閘門終端的遠程控制、實時監測、處理訂水信息、全渠系動態協同調水、歷史數據查詢及水情分析等功能。遠程自動化控制閘門控制系統構成框圖如圖所示。
 
 
（1）閘門終端控制系統
閘門終端控制系統集成水位監測裝置和閘門自動控制裝置于一體，根據對渠道水位流量的實時監測，通過閘控軟件來控制閘門的開度，實現閘門的自動化控制。閘門終端控制器是遠程自動計量閘門的控制中樞，是實現閘門各種功能的核心，同時由于設備工作于野外環境，高低溫、潮濕、粉塵等工況環境十分惡劣，對控制器的性能提出了很高的要求。閘門控制系統終端采用高性能的ARM處理器作為主控芯片，其中包括：電機控制模塊、傳感器采集模塊、無線通信模塊、顯示模塊、數據存儲模塊等。操作人員可以通過閘門終端控制軟件查看當前水位信息、累計流量、閘門狀態以及控制閘門開度，選擇分水模式等。為滿足不同應用要求，設計了多種工作模式：流量控制模式、定位控制模式、閘前水位控制模式、閘后水位控制模式、聯動控制模式等。在每種工作模式下，實時流量都由控制系統計算并發回遠程控制中心。
 
1）實現現場手動、現場自動
現場手動：閘門所在現場設置有閘門電控柜，電控柜設置有閘門控制用的升降停按鈕和控制權限切換開關，將控制開關切換到現場手動擋，利用工具實現閘門的現場手動開關。
現場自動：在現場閘門電控柜上設置觸摸屏，觸摸屏除了顯示閘門和水位的實時信息外，還可以通過觸摸屏按鈕接收信息，在控制開關切換到現場自動控制擋，可以利用觸摸屏上的人機界面和內部運行的控制軟件實現閘門的現場控制。
2）遠程控制
現場有現地、遠程控制權限切換功能，當現場授權于遠程后，管理中心獲得控制權限，可以遠程控制閘門的開閉，管理中心可以使用監控計算機運行的閘門控制軟件遠程控制現場閘門。
3）急停控制
無論現場還是遠程控制，一旦險情發生，需立即停止閘門運行時，現場控制柜設置急停按鈕，以停閘、停電，確保安全。
4）具有運行狀態判別，故障多重保護和報警功能
閘門運行過程中，運行狀態和信息被實時監控，并被作為閘門運行動作的前提判斷條件，防止發生錯誤動作無法調節，防止設備損壞。當監測到各種信息邏輯不協調，互相矛盾時，則立即停機報警，等待檢修。
5）實時采集信息
閘門開度、閘門狀態、閘門位移越限開關狀態、電機運行參數、水位、流量等各類實時參數與狀態信號。
6）數據通信
閘門終端和管理中心之間依靠4G遠程通信進行數據傳輸，傳輸數據包括實時采集數據、控制命令數據、故障警報數據等。
現場閘控系統為380V交流閘，增加380V交流控制柜，對現場的啟閉機增加絕對編碼器、上下行程開關。電機驅動部分增加電量采集模塊，實時監測電量參數，視頻實時監測閘門狀態。

7.5智能井蓋狀態監測系統

井蓋狀態監測儀是一款用于監測井蓋狀態的設備，安裝于井蓋背面，當井蓋發生異動時，將觸發井蓋監測儀報警，將井蓋狀態、傾角、溫度、設備參數等信息通過無線傳輸方式發送至監控中心，監控中心對數據進行解析并判斷警情。該產品使用NB-IoT 無線通訊方式。其使用電池供電，具有安裝方便、電池壽命長、檢測準確率高，工作穩定等特點。

7.5.1功能特點

1、           支持環境溫度監測。
2、           超低功耗設計，超長續航能力。
3、           報警次數可限制，續航有保障。
4、           防護等級達到 IP68，防潮防水。
5、           數據傳輸采用 NB-IoT 網絡通訊。
6、           井蓋異動監測靈敏度高、響應快速。
7、           支持SOTA 遠程升級、遠程配置設備參數。
8、           可監測井蓋異常動作：翻開/關閉、拖動位移、強震動。
9、           允許撤防/布防，能靈活停用/啟用設備監測功能，節約電量。
10、        支持手動校零/自動校零操作，可用于斜坡路段上的井蓋監測。

系統平臺軟件

8.1數據接收網關軟件說明

    我司自主研發的數據接收網關采用B/S架構，實現對現場端采集主機數據的接收和解析，并將解析后的數據轉存到用戶指定的數據庫表中，供第三方WEB展示程序完成數據的展示和統計功能。本系統支持TCP、短信、北斗通信設備等各種通信設備，支持向多業務數據庫、多要素自動數據入庫；提供測站實時數據、測站運行信息、采集儀主機管理，歷史數據查詢等功能。軟件架構如下：

8.1.1測站實時數據

   測站實時數據界面實時展示各站點的測站地址、測站名稱、接收時間、發報時間、數據時間、數據類型、要素名稱已經要素數據信息。

圖實時數據顯示界面

8.1.2測站運行信息

測站運行信息界面展示各個站點當前運行狀態（供電狀態、傳感器運行狀態、報警信息等），界面如下：

圖 測站運行信息

8.1.3 采集儀主機管理

    采集儀主機管理界面實現對采集儀主機遠程的配置、遠程控制、數據查詢、遠程升級等功能，方便現場人員進行設備維護，各界面功能說明如下：
 

平臺登錄頁面示例
展示軟件是及數據展示、邏輯判定、遠程控制、設備偵測、報警通知、視頻管理、設備管理、用戶管理于一體的多業務處理及應用平臺軟件。軟件采用B/S架構模式開發，WEB服務端使用JAVA語言編寫，該系統所使用的框架均為目前主流行框架，BEAN的管理使用輕量級容器框架SPRING，數據交互持久層（DAO）使用HIBERNATE，控制層使用SPRING-MVC。軟件主要功能說明如下：
（1）GIS地圖展示
 可以在地圖上直觀的觀察到采集的數據信息。

通過建模將地下管網可視化，實時監測各管網節點數據，分析并自動生成各測站波動趨勢，實現數字化管控。

通過三維建模實現可視化，實時監測積水、降雨量，融合氣象云圖、雷達圖進行未來降雨、積水預測推演，與預警中心形成一套完整的監測預警平臺。
（2）數據展示，直觀展示監測數據如：積水水位、窨井液位等數據。

通過GIS將城市易澇點在地圖上可視化，實時監測各易澇節點數據，分析并自動生成各測站波動趨勢，實現數字化管控。

實時監測并采集河道雨量、水位、流速流量動態數據，通過無線終端回傳到控制中心，結合視屏監控、圖像抓拍實時了解現場情況，實現數字化管控。

城市積水監測預警、管網監測、河道監測系統為城市內澇指揮提供有力的數據支撐，基于2d/3d建模，將救災人員物資等直觀展示，融合應急預案、會商系統、公眾險情上報等功能實現靈活應急指揮。

閘控系統數據監測
（3）   閘控頁面顯示：
1）進入操作頁面，可以通過開度設置，水位設置、流量設置控制閘門的啟停，
①閘門位置控制：輸入預設的閘門開度設定值，按確認鍵即可，閘門自行運行到所設閘門開度，開始放水。放水完畢，輸入閘門開度值為0，按確認鍵即可，閘門自行運行到最低點，閘門關閉。
②水位控制：通過所測水位值與閘門的聯動，輸入預設的水位設定值，按確認鍵即可，閘門自行開啟，開始放水。待水位值達到所設水位值后，閘門自動關閉。
③流量控制：輸入預設的流量值設定值，按確認鍵即可，閘門控制器通過采集的流量值數據，再達到所需流量值后，閘門自動關閉。
 

（4）設備流量監測：對水位按照（日、月、年）進行報表統計

（5）報警管理，實時偵測各個監測站點設備運行狀態，根據偵測結果分析異常原因，生產報警信息如：電源缺相、電流超上限報警、電壓超下限報警、電機溫度超上限報警、水壓不足等，并及時將報警信息推送給用戶，方便用戶第一時間進行報警原因排查。

（6）視頻數據實時查。

（7）監控中心
在運維管控中心監控室部署1套大屏顯示系，采用全彩色LED顯示屏；LED多屏拼接處理器，支持4路高清信號輸入同時上墻顯示，具有清晰度高、質量穩定、壽命長、顯示功能靈活多變的特點。

設備清單

9.1設備匯總表

9.2設備分項表

9.2.1路面積水監測系統設備

9.2.2窨井液位流量監測系統設備

9.2.3排水泵站控制系統設備

9.2.4泄洪閘門控制系統設備

9.2.5智能井蓋狀態監測系統設備