智慧排水之在线监测体系构建

1、监测一张网的思路建设思路
目前，大部分城市缺乏集成统一、稳定运行、全面覆盖的排水管网
在线监测系统，管网现状不清，部分规划设计方案偏离实际运行情况，排水系统的动态监测调控水平较低，不能动态反馈排水设施现场运行
状况，对城市内涝、污水溢流、夜间偷排等应急事故缺乏有效的在线
预警与调控技术手段，城市排水系统管理的运行智能化程度不足，科
学决策水平较低。

为提高规划设计的客观准确性，为排水管网日常管理提供依据，为
重大工程决策提供数据支撑，应加强和重视城市排水管网在线监测工作，基于“监测一张网”思路，建立排水管网在线监测与预警系统，
开展基于动态数据的大数据研究与应用实践，提高排水系统运行的智
慧化水平，在排水管网管理工作中达到“用数据说话、用数据决策、
用数据管理、用数据创新”的要求。

应充分考虑实用性、分散与集中相结合、代表性和可行性等原则，
结合当地排水管网实际管理监测数据需求，优先考虑选择调蓄设施上
下游节点、泵站上下游节点、易涝点、排放口、溢流口等关键节点，
其次考虑覆盖典型下垫面出口、户线接入井、主干管检查井等节点，
选择液位、流量、原位监测水质指标（pH值、水温、电导率、溶解氧、悬浮物、氧化还原电位等）等监测内容，建立城市排水管网在线监测
与预警系统并长期有效运行，形成“源-网-站-厂-河-湖”分层级、系统
化的监测管控体系，实现排水设施的长期持续监测与短时预警预报功能，动态监测排水设施的运行状况及风险，在管网运行数据异常时快
速进行事故溯源、追踪和预警，提高管理部门对排水管网事故的预警
和处理能力。

同时，通过收集排水设施长期运行数据，可用于识别排
水防涝设施的运行规律，定量化评估海绵城市、黑臭水体、排水防涝
等相关工程的实施效果，提高城市排水管网的动态管理能力。

2、软硬件一体化总结架构
为了提高排水管网监测预警系统的现场部署效果，采用软硬件一
体化思路进行系统的整体架构，实现在线监测网络软硬件的紧密集成、系统主要包括四部分：监测主机、监测中继器、云端数据网关、多种
访问终端，其技术架构图如图2-1所示。

图排水管网监测预警系统的技术架构图
监测主机利用可靠的前端传感器进行数据采集。

为了保障数据的预警与分析效果，主机对监测点在每分钟整点进行全网同步监测，获得逐分钟连续监测数据。

为了提高通讯效率并尽可能降低系统功耗，设计智能可变化的传输机制与监测中继器进行通讯：当监测液位低于预设的预警值时，通讯时间间隔为15min；当监测液位高于预警值时，通讯时间间隔为5min；当监测液位高于预设的报警值时，通讯时间间隔为1min。

利用上述动态调整机制，及时有效的将数据传输到监测中继器。

监测中继器起到监测数据中转传输的作用，提高井下监测主机的通讯能力，并降低井下主机的功耗和现场维护成本。

监测中继器接收主机的监测数据，并通过GPRS等公共通讯网络将监测数据传输到云端数据网关。

云端数据网关部署在公共云平台之上，可以大幅提高系统的可靠性、可扩展性、持续运行能力、鲁棒性及灾备能力。

借助云平台，可以实现数据永久存储、实时在线，保障系统的预警及时性。

云端数据网关通过统一的通讯协议接收并解析原始监测数据，将其存入云端数据库；并对监测数据进行统计分析，为用户提供可视化展示图表和对比分析视图；当发现在线监测异常时，系统动态发布报警信息，通过微信或短信等方式推送到手机端提醒用户。

为了提高系统的访问能力，需要支持大屏幕、电脑、平板、手机
等多种访问终端。

从而方便用户在各种场合都能便捷的查看数据可视
化展示视图，并及时收到响应的预警报警信息，辅助排水管理。

3、排水管网监测预警应用模式分析
只有构建科学合理的应用模式，编制可落地的监测方案，才能实
现排水管网监测预警技术的应用推广，发挥系统的价值。

参考目前排
水管网监测技术的应用与运行情况，结合典型的应用场景，至少可以
将排水管网监测预警技术应用于以下几个方面。

（1）重点区域排水在线监测与内涝预警系统
城市排水防涝系统是一个复杂关联的网络系统，涉及路政、园林、河道等多个部门。

城市内涝成因是多方面的，如：城市气候变化和极
端天气频发；城市化产生了大量不透水地面，排水压力增加；排水设
施规划设计标准偏低；城市受纳水体调蓄下泄能力不足；排水设施运
行能力达不到设计标准；积水过程缺少定量分析，成因评估主观性较强；缺乏统一的防汛指挥体系与有效的超标降雨应对预案；缺乏公众
参与、动态联动的防灾减灾体系；新技术、新装备应用较少，抢险能
力需进一步提高等。

通过建立重点区域排水管网在线监测与内涝预警系统，可以监测
排水系统的长期运行规律，定量化分析城市积水风险，并在雨天进行
动态的预警和报警，为数字化管控平台的建立提供可靠的动态监测数据，为下一步建立数学模型，科学评估内涝风险及应对措施奠定数据
基础，大幅提高北京应对排水内涝事件的信息化管理能力。

（2）城市排水内涝监测预警公众信息发布平台
随着信息技术的发展，城市公共领域的公众参与和动态互动将成
为城市各个管理部门必须考虑和面对的问题。

在内涝事件发生后，公
众参与及了解真实情况的愿望随着微博、微信平台的成熟在迅速提升，政府必须面对公众质疑的压力，但是目前缺乏有效及时的数据及时发
布预警信息和现场状况，为人民群众在雨天出行提供精细化的局地预
警预报与出行指导。

对于城市内涝事件，公众参与不仅可以辅助进行
有效、快速的内涝积水状况监管，而且可以在应急事件过程中及时的
给公众发布或推送预警信息或应对措施。

开发运行可靠的排水内涝监
测设备和软件系统，在降雨发生时，可基于微博、微信等公众平台，
建立城市内涝时间应对的公众参与及动态互动服务平台，为公众及时
发布城市内涝总体情况，并对局部存在危险的区域进行预警预报。

（3）城市污水管网溢流点监测和报警平台
降雨入渗是城市污水管道和合流制管道雨季发生过载甚至溢流的
主要原因之一。

污水管道溢流会对周围环境产生严重影响，因此，有
效监控和预警城市的污水溢流，对于保护环境安全和公众健康至关重
要。

在污水管网容易发生溢流的检查井安装智能在线液位计，可以动态监测污水管网的运行情况，并在液位超出警戒线后进行及时的预警预报，及时发现管网中存在的潜在问题，辅助城市污水溢流控制和应急处理方案的制定与实施，避免污水管网溢流的发生，改善城市污水排放系统的完整性和可靠性。