CN110207761A - 海绵城市智慧监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海绵城市智慧监测***，通过在海绵城市***的道路网络、河道水系和公园绿地等区域的海绵设施中布设传感设备、六要素气象站、微型水质监测站、视频监测设备等传感监测设备采集各监测点的监测数据，并通过移动通信网络发送到监测中心，实现对海绵城市建设和运行状态进行在线监测，动态观测海绵城市建设相关设施建设运行情况，为海绵城市建设效果的考核与评估提供依据。同时，本发明提供的海绵城市智慧监测***还能够监测海绵城市洪涝情况以及雨污排水管道错接乱接情况等，还能动态监测市政设施运行状态及工程治理效果，辅助雨水资源管理、防汛排水调控与应急处理，为城市水环境问题及突发事故综合管理与决策提供科学的技术体系。

Description

海绵城市智慧监测***

技术领域

本发明涉及海绵城市监测技术，尤其涉及一种海绵城市智慧监测***。

背景技术

海绵城市，是新一代的城市雨洪管理概念，是指城市能够像海绵一样，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，也可称之为“水弹性城市”。海绵城市在下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用，实现雨水在城市中自由迁移。而从生态***服务出发，通过跨尺度构建水生态基础设施，并结合多类具体技术建设水生态基础设施，是海绵城市的核心。

但是，现有的海绵城市工程，比较注重海绵城市的结构工程建设，忽视了对海绵城市建设和运行状态的监测，无法对海绵城市的建设和运行状态进行在线监测，导致无法动态观测海绵城市建设相关设施建设运行情况，不能为海绵城市建设效果的考核与评估提供依据，同时，也不能及时发现城市洪涝情况及诱因、雨污排水管道错接乱接情况等，无法动态监测市政设施运行状态及工程治理效果等。

发明内容

本发明主要目的在于，提供一种海绵城市智慧监测***，以解决现有技术无法对海绵城市的建设和运行状态进行在线监测的问题。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种海绵城市智慧监测***，包括道路网络、河道水系和公园绿地，还包括监测中心和若干传感设备，所述传感设备连接有用于接收所述传感设备的监测数据的RTU远程终端单元，所述若干传感设备包括：

布置在所述道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、所述道路网络中的市政排水管网的排口或节点处、所述河道水系的预设监测断面处和所述公园绿地内的单体海绵设施中的用于监测雨水进出量的流量传感器和监测雨水悬浮物浓度的悬浮物浓度监测仪；

布置在所述道路网络中的道路与河道水系的交叉处和所述河道水系的预设监测断面处均布设有用于监测水位的水位传感器；

所述海绵城市***还包括：

按每隔预设面积布置一台的方式布置在所述道路网络范围内的用于监测气象六要素的六要素气象站、布置在所述河道水系的预设监测断面处的用于监测流经该监测断面的雨水水质的微型水质监测站，以及用于对流经该监测断面的雨水进行视频监测的视频监测设备；

所述六要素气象站、微型水质监测站、视频监测设备和RTU远程终端单元均内置有移动通信模块，能够将各自的监测数据通过移动通信网络发送到所述监测中心。

进一步地，传感设备和与其连接的RTU远程终端单元均通过太阳能供电装置供电，所述太阳能供电装置安装在立杆上；

所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池，所述太阳能电池板和所述蓄电池与所述充放电控制器连接，所述充放电控制器与传感设备和RTU远程终端单元连接，所述太阳能电池板安装在立杆中部以上位置，所述太阳能电池板的受光面朝南，与水平面间的夹角为45度，RTU远程终端单元通过线缆与传感设备连接。

进一步地，所述道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、所述道路网络中的市政排水管网的排口或节点处、所述河道水系的预设监测断面处和所述公园绿地内的单体海绵设施中均安装有排水管，所述排水管连通有竖井，所述排水管内的底部设有一段水流平缓区，流量传感器安装在所述水流平缓区中，并高出排水管底部，所述水流平缓区的位于流量传感器上游的部分的长度为排水管内径的10倍，所述水流平缓区的位于流量传感器下游的部分的长度为排水管内径的5倍。

进一步地，所述悬浮物浓度监测仪安装在所述竖井底部。

进一步地，所述水位传感器安装在所述竖井底部。

进一步地，所述线缆位于所述排水管中的部分紧贴所述排水管的管壁铺设，所述线缆通过所述竖井后穿过固定埋设在所述立杆下方的地面下的镀锌钢管后连接至RTU远程终端单元。

进一步地，所述微型水质监测站包括机柜以及安装在所述机柜内的数据与控制模块、多光谱监测模块、水质多参数监测模块和采配水及预处理模块，以及用于为所述微型水质监测站内各模块供电的电源模块；所述水质多参数监测模块包括pH值监测模块、溶解氧监测模块、COD监测模块、总磷监测模块、总氮监测模块、氨氮监测模块、重金属监测模块；

所述机柜的外壁采用玻璃钢，所述外壁内置有聚苯乙烯高密度保温材料，所述电源单元连接有接地防雷装置，所述电源模块连接220V市电，并设置有过流和过压保护电路。

进一步地，所述六要素气象站还包括温湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器、雨量传感器、数据采集器、GPRS无线模块及天线；所述温湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器、雨量传感器与所述数据采集器连接通信，所述数据采集器与所述GPRS无线模块通信，所述GPRS无线模块与所述天线连接。

进一步地，所述数据采集器内设置有数据处理器和与所述数据处理器连接的LCD显示屏、时钟模块、存储器、RS232接口、RS485接口和USB接口。

进一步地，所述流量传感器为多普勒超声波流量传感器，所述水位传感器为超声波水位传感器或压力式水位传感器。

与现有技术相比，本发明提供的海绵城市智慧监测***，通过在海绵城市***的道路网络、河道水系和公园绿地等区域的海绵设施中布设传感设备、六要素气象站、微型水质监测站、视频监测设备等传感监测设备采集各监测点的监测数据，并通过移动通信网络发送到监测中心，实现对海绵城市建设和运行状态进行在线监测，动态观测海绵城市建设相关设施建设运行情况，为海绵城市建设效果的考核与评估提供依据。同时，本发明提供的海绵城市智慧监测***还能够监测海绵城市洪涝情况以及雨污排水管道错接乱接情况等，还能动态监测市政设施运行状态及工程治理效果，辅助雨水资源管理、防汛排水调控与应急处理，为城市水环境问题及突发事故综合管理与决策提供科学的技术体系。

附图说明

图1是本发明实施例在线智慧感知运行状态原理示意图；

图2是本发明实施例各传感设备的安装示意图；

图3是本发明实施例六要素气象站的组成原理示意图；

图4是本发明实施例数据采集器的组成原理示意图；

图5是本发明实施例监测中心组成原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。

结合图1至图5所示，本发明实施例提供的海绵城市智慧监测***，包括道路网络、河道水系和公园绿地，还包括监测中心10和若干传感设备1，传感设备1连接有用于接收传感设备1的监测数据的RTU远程终端单元5，若干传感设备1包括：

布置在道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、道路网络中的市政排水管网的排口或节点处、河道水系的预设监测断面处和公园绿地内的单体海绵设施中的用于监测雨水进出量的流量传感器4和监测雨水悬浮物浓度的悬浮物浓度监测仪2；

布置在道路网络中的道路与河道水系的交叉处和河道水系的预设监测断面处均布设有用于监测水位的水位传感器3；

海绵城市***还包括：

按每隔预设面积布置一台的方式布置在道路网络范围内的用于监测气象六要素的六要素气象站6、布置在河道水系的预设监测断面处的用于监测流经该监测断面的雨水水质的微型水质监测站7，以及用于对流经该监测断面的雨水进行视频监测的视频监测设备8；

六要素气象站6、微型水质监测站7、视频监测设备8和RTU远程终端单元5均内置有移动通信模块，能够将各自的监测数据通过移动通信网络9发送到监测中心10。

布置在道路网络、河道水系和公园绿地的这些传感监测设备分别构成了道路传感网络、河道水系传感网络和公园绿地传感网络。这些传感网络将各自监测到的数据通过移动通信网络9发送到监测中心10。六要素气象站6主要用于监测气象六要素，微型水质监测站7用于监测水质状况，主要包括pH、溶解氧、COD、总磷、总氮、氨氮、重金属等参数，视频监测设备8主要用于辅助远程监测各河道水系的各处预设监测断面处的传感设备1状况和水位状况。各传感设备1的监测数据可发送到各自的RTU远程终端单元5，六要素气象站6、微型水质监测站7、视频监测设备8和RTU远程终端单元5均可通过内置的移动通信模块将监测数据发送到监测中心10，实现在线监测。移动通信模块包括4G模块、3G模块、2G模块、GPRS模块中的至少一个。

监测中心10包括应用程序服务器40、数据库服务器39、备份服务器41、视频服务器42、网络交换机47等，应用程序服务器40、数据库服务器39、备份服务器41、视频服务器42通过网络交换机47与专线网络13连接通信。网络交换机47连接路由器11，路由器11通过防火墙服务器12与专线网络13连接通信。监测中心通过智能不间断电源43供电，智能不间断电源43依次通过防雷装置44和配电箱45与市电46连接。

六要素气象站6还包括温湿度传感器24、风向传感器25、风速传感器26、气压传感器27、雨量传感器28、数据采集器29、GPRS无线模块30及天线31；温湿度传感器24、风向传感器25、风速传感器26、气压传感器27、雨量传感器28与数据采集器29连接通信，数据采集器29与GPRS无线模块30通信，GPRS无线模块30与天线31连接。海绵城市设施效果分析及考核评估需要与液位流量同步监测的分钟级的降雨数据支持，由于降雨具有随机性，为确保降雨数据的准确性，以均匀性为原则，一般每5～10平方公里布设1个六要素气象站6，六要素气象站6与雨量计合建，记录总降雨量、降雨开始和结束时刻，并对降雨量等气象六要素进行连续监测。对降雨量进行监测时，所有降雨场次均进行监测，降雨监测数据的时间间隔不超过1分钟，雨量计的测量精度不超过0.2毫米。数据采集器29内设置有数据处理器37和与数据处理器37连接的LCD显示屏32、时钟模块33、存储器34、RS232接口38、RS485接口36和USB接口35。

微型水质监测站7包括机柜以及安装在机柜内的数据与控制模块、多光谱监测模块、水质多参数监测模块和采配水及预处理模块，以及用于为微型水质监测站7内各模块供电的电源模块。水质多参数监测模块包括pH值监测模块、溶解氧监测模块、COD监测模块、总磷监测模块、总氮监测模块、氨氮监测模块、重金属监测模块等。机柜的外壁采用玻璃钢，外壁内置有聚苯乙烯高密度保温材料，电源单元连接有接地防雷装置，电源模块连接220V市电，并设置有过流和过压保护电路。

视频监测设备8需要安装在不易受到外界损伤，不影响现场设备运行和人员正常活动的地方，视频监测设备8主要包括视频监测摄像头，摄像头从光源方向对准监测目标，避免逆光安装，如必须逆光安装时，应降低其监测区域的对比度。摄像头的安装需紧固、牢靠，安装点应避开雾气、灰尘较多处。视频监测设备8的电源线不能与视频线、控制线等弱电线路同管，PVC管、钢管和桥架在室外的接口处应做防水处理。视频监测设备8的电源应有过流过压保护装置，应具备接地防雷装置，防雷接地电阻≤10Ω，视频监测设备8应根据部位与要求选择摄像机安装方式，可采取立杆、支架等方式。如采取立杆方式，立杆为不锈钢管，安装高度根据用途确定，立杆顶部设置避雷针。

RTU远程终端单元5集数据采集、传输、存储等功能于一体，电源采用DC+12V～+30V直流电源，内置有GPRS或GSM通讯模块，可方便更换为CDMA 1X模块，同时内置有北斗卫星定位模块，支持接入式超短波、北斗卫星、GPRS/GSM、4G通讯功能。RTU远程终端单元5频率误差≤0.1ppm，工作环境温度为-25～+60℃，工作环境湿度为≤95％RH(40℃时)。RTU远程终端单元5具有RS232接口38和RS485通信接口，同时支持两种信道的通信设备及与计算机连接。

传感设备1和与其连接的RTU远程终端单元5均通过太阳能供电装置供电，太阳能供电装置安装在立杆上。太阳能供电装置包括太阳能电池板19、充放电控制器、蓄电池，太阳能电池板19和蓄电池与充放电控制器连接，充放电控制器与传感设备1和RTU远程终端单元5连接，太阳能电池板19安装在立杆中部以上位置，太阳能电池板19的受光面朝南，与水平面间的夹角为45度，RTU远程终端单元5通过线缆与传感设备1连接。立杆高度不小于2米，可采用镀锌钢管作立杆，钢管材质为国标碳素钢Q235，立杆结构及尺寸按照抗震6级，抗风8级设计，立杆顶部可设置避雷针。

太阳能供电装置的参数如下：

1)太阳能电池板19：

具备高效充电功率、长时续航；

高透光率钢化玻璃，EVA及抗UV背板材料；

铝合金阳极氧化，具备抗腐蚀性能力，确保组件能适应各种恶劣户外环境输出功率：10年内组件输出功率不低于90％，20年输出功率不低于80％；

组件效率：≥18％；

边框须采用双层封胶，确保恶劣环境的正常使用；

2)充放电控制器：

***电压：12V/24V(Auto)；

***电流：10A；

均衡充电电压：14.6V；

浮充电压：13.8V；

提升充电返回电压:13.2V；

光控判断时间：≤1min；

过载、短路保护：1.25倍额定电流30s；1.5倍电流5s过载动作；≥3倍额定电流短路保护；

3)蓄电池：

户外使用，长效储能；

电压：12V；

容量：38AH。

道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、道路网络中的市政排水管22网的排口或节点处、河道水系的预设监测断面处和公园绿地内的单体海绵设施中均安装有排水管22，排水管22连通有竖井14，竖井14上盖设有井盖15.排水管22内的底部设有一段水流平缓区23，流量传感器4安装在水流平缓区23中，并高出排水管22底部，水流平缓区23的位于流量传感器4上游的部分的长度为排水管22内径的10倍，水流平缓区23的位于流量传感器4下游的部分的长度为排水管22内径的5倍。

悬浮物浓度监测仪2安装在竖井14底部。水位传感器3安装在竖井14底部。线缆位于排水管22中的部分紧贴排水管22的管壁铺设，线缆通过竖井14后穿过固定埋设在立杆下方的地面17下的土壤21中的镀锌钢管16后连接至RTU远程终端单元5。立杆下方为安装面18。镀锌钢管16下方的土壤21中还埋设有地网20。流量传感器4均为多普勒超声波流量传感器4，水位传感器3为超声波水位传感器3或压力式水位传感器3。

本实施例中各传感设备1的选型为：

悬浮物浓度监测仪2：

测量范围：浊度0～4000NTU；悬浮物固体浓度0～150g/L。

分辨率：浊度0.001NTU；悬浮物固体浓度1mg/s。

精确度：浊度小于测量值的3％；

悬浮物固体浓度小于测量值的5％(取决于污泥的同质性)。

流量传感器4：

流量传感器4采用多普勒超声波流量传感器4，流速范围：0.02m/s-5m/s，流速精度：1.0％，流速分辨率：1mm/s；水位：水深测量(超声波水位计)：0m-5m，分辨率：1mm，精度：±1cm，水深测量(压力水位计)：0m-5m，分辨率：1mm，精度：±1cm；流量范围：0.001m³/s-1000m³/s。

水位传感器3：

水位传感器3为超声波水位传感器3或压力式水位传感器3。其中：

超声波水位传感器3：

量程：0～10m；

测距分辨率：1mm；

工作频率：26GHz；

调制制式：脉冲/调频连续波；

波束角：8度；

天线31：喇叭口；

电源：DC12V；

功耗：max.12ma(12V)；

通讯接口：RS485接口36；

通讯协议：MODBUS协议；

波特率：9.6kbps；

数据格式8N1；

防护等级：IP67；

工作温度：-40～100度，存储温度：-40-100度；

重量：1KG(取决于过程连接和外壳)；

尺寸：高585mm，直径92mm；

质量认证：ISO9001；

其它：SIL II证书，全国工业产品生产许可证。

压力式水位传感器3：

量程：0-10m；

液位测量精度：＜±0.05％FS；

温度测量精度：±0.2℃(0～70℃)。

上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种海绵城市智慧监测***，包括道路网络、河道水系和公园绿地，其特征在于，还包括监测中心和若干传感设备，所述传感设备连接有用于接收所述传感设备的监测数据的RTU远程终端单元，所述若干传感设备包括：

布置在所述道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、所述道路网络中的市政排水管网的排口或节点处、所述河道水系的预设监测断面处和所述公园绿地内的单体海绵设施中的用于监测雨水进出量的流量传感器和监测雨水悬浮物浓度的悬浮物浓度监测仪；

布置在所述道路网络中的道路与河道水系的交叉处和所述河道水系的预设监测断面处均布设有用于监测水位的水位传感器；

所述海绵城市***还包括：

按每隔预设面积布置一台的方式布置在所述道路网络范围内的用于监测气象六要素的六要素气象站、布置在所述河道水系的预设监测断面处的用于监测流经该监测断面的雨水水质的微型水质监测站，以及用于对流经该监测断面的雨水进行视频监测的视频监测设备；

所述六要素气象站、微型水质监测站、视频监测设备和RTU远程终端单元均内置有移动通信模块，能够将各自的监测数据通过移动通信网络发送到所述监测中心。

2.如权利要求1所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，传感设备和与其连接的RTU远程终端单元均通过太阳能供电装置供电，所述太阳能供电装置安装在立杆上；

所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、充放电控制器、蓄电池，所述太阳能电池板和所述蓄电池与所述充放电控制器连接，所述充放电控制器与传感设备和RTU远程终端单元连接，所述太阳能电池板安装在立杆中部以上位置，所述太阳能电池板的受光面朝南，与水平面间的夹角为45度，RTU远程终端单元通过线缆与传感设备连接。

3.如权利要求2所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述道路网络中的道路旁的单体海绵设施中、所述道路网络中的市政排水管网的排口或节点处、所述河道水系的预设监测断面处和所述公园绿地内的单体海绵设施中均安装有排水管，所述排水管连通有竖井，所述排水管内的底部设有一段水流平缓区，流量传感器安装在所述水流平缓区中，并高出排水管底部，所述水流平缓区的位于流量传感器上游的部分的长度为排水管内径的10倍，所述水流平缓区的位于流量传感器下游的部分的长度为排水管内径的5倍。

4.如权利要求3所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述悬浮物浓度监测仪安装在所述竖井底部。

5.如权利要求4所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述水位传感器安装在所述竖井底部。

6.如权利要求5所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述线缆位于所述排水管中的部分紧贴所述排水管的管壁铺设，所述线缆通过所述竖井后穿过固定埋设在所述立杆下方的地面下的镀锌钢管后连接至RTU远程终端单元。

7.如权利要求1所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述微型水质监测站包括机柜以及安装在所述机柜内的数据与控制模块、多光谱监测模块、水质多参数监测模块和采配水及预处理模块，以及用于为所述微型水质监测站内各模块供电的电源模块；所述水质多参数监测模块包括pH值监测模块、溶解氧监测模块、COD监测模块、总磷监测模块、总氮监测模块、氨氮监测模块、重金属监测模块；

所述机柜的外壁采用玻璃钢，所述外壁内置有聚苯乙烯高密度保温材料，所述电源单元连接有接地防雷装置，所述电源模块连接220V市电，并设置有过流和过压保护电路。

8.如权利要求1所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述六要素气象站还包括温湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器、雨量传感器、数据采集器、GPRS无线模块及天线；所述温湿度传感器、风向传感器、风速传感器、气压传感器、雨量传感器与所述数据采集器连接通信，所述数据采集器与所述GPRS无线模块通信，所述GPRS无线模块与所述天线连接。

9.如权利要求8所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述数据采集器内设置有数据处理器和与所述数据处理器连接的LCD显示屏、时钟模块、存储器、RS232接口、RS485接口和USB接口。

10.如权利要求1所述的海绵城市智慧监测***，其特征在于，所述流量传感器为多普勒超声波流量传感器，所述水位传感器为超声波水位传感器或压力式水位传感器。