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城市污水管网流量在线监测方案

2022.8.02

第1章方案背景

排水管网是指城市雨污水的收集、输送、处理、利用以及排放等设施以一定方式组合而成的总体，在城市雨水、污水输送，控制水体污染和内涝溢流方面发挥着重要作用。排水管网按其作用分为雨水管网和污水管网，雨水管网是雨水的重要输送、排放管网，一般直排于地表水；污水管网重点收集生活、工业、商业等废水，输送至污水处理厂统一处理水质达标后排放至地表水。

目前城市污水管网在线监测中，液体的流速、水位、流量是关键的监测指标。为了及时准确地掌握城市给排水管网的运行特征，需要对其液位、流速及流量等多种基本运行参数进行测量，获取连续的液位、流速及流量数据，掌握其变化规律，通过这些基础数据的瞬时分析、统计计算、模型模拟，可以全面地进行系统现状诊断与评估，为管理部门提供有效的数据支撑和治理依据，并辅助污水管网的管理与维护。

因此，为杜绝偷排、漏排等现象以确保排水管网和污水处理设施的高效运行，建设一套实时高效、低成本、易部署的污水管网流量在线监测系统就显得非常迫切。

第2章监测方案

2.1 系统概述

排水管网流量监测系统基于物联网+大数据，以数字化分析仪表为核心，由多普勒超声波流量计、微功耗监测终端和数据平台组成的一套微型管网流量自动监测系统。系统采用超声波多普勒、锂电池和微功耗技术，有效解决了非满管、满管的流速、液位、流量监测的难题，同时降低了系统的建设成本和维护成本，物联网技术的应用确保相关部门更加及时、准确的取证，有效杜绝企业偷排、漏排，提升管网运行质量。

2.2 系统架构

排水管网流量在线监测系统，将整个管网进行网格化划分，在管网关键节点的检查井布设多普勒超声波流量计，实时监测管网的液位、流速、流量等数据，并通过自供电的微功耗监测终端上传至数据平台，由数据平台统一存储、分析各监测点数据的变化趋势，并结合网格化模型对偷排、漏排以及城市内涝进行预警溯源。系统采用物联网三层架构设计，系统拓扑见图1。

感知层：流量、液位智能传感器，实现对流量、流速、液位的全过程连续测量，获取基础测量数据。

数据层：微功耗监测终端，支持2G/3G/4G/NB-IOT,TCP/IP\MQTT等多种物联网通信，将传感器测量数据上传至数据平台，进行数据存储和管理。

应用层：数据平台实现现场监测数据的集中展示和分析，包含实时数据、历史数据、统计分析，综合评价、报警及预警等功能。

2.3 系统特点

l 超声波多普勒测速原理，速度面积法测量流量，测量精度高，环境限制小，施工成本低；

l 传感器高集成度，支持流速、液位、流量、温度同时测量，声速温度补偿，测量更精准；

l 先进的管网水利模型，测量稳定性更好、环境适用性更高；

l 3cm高度、仿生学外观设计，有效减少垃圾遮挡，外加气管自清洗装置，维护成本低；

l IP68防水设计、防水接头，溢井也可正常工作；

l 主机内置7.4V/40AH可充电锂电池，5分钟测量1次可工作6个月以上，维护成本低；

l 外部电源输入接口和太阳能充放电管理单元，仅需太阳能电池板即可搭建太阳能系统，成本更低、更便捷；

l 2G/3G/4G/NB多种通信接口、玻璃钢天线，复杂场景的通信成功率高；

l 支持TCP/IP、MQTT、HJ/T 212等多种协议，数据对接更加便捷；

l 蓝牙4.0接口，配套APP调试、维护便捷。

第3章监测设备

3.1 多普勒超声波流量计

排水管网在线监测系统利用低功耗远程测控终端等设备对雨量、水位、水量、流速、水质、有毒有害气体等信息进行实时的采集，通过无线网络进行传输汇集，通过信息化管理、城市排水应急管理、大型泵站综合自动化控制和水资源管理等多种应用，服务于防汛抗旱、城市水务信息化、水资源监测管理等多项业务管理。

一、系统概述

排水管网在线监测系统利用低功耗远程测控终端等设备对雨量、水位、水量、流速、水质、有毒有害气体等信息进行实时的采集，通过无线网络进行传输汇集，通过信息化管理、城市排水应急管理、大型泵站综合自动化控制和水资源管理等多种应用，服务于防汛抗旱、城市水务信息化、水资源监测管理等多项业务管理。

二、系统组成部分

传感器监测层：主要有各种监测传感器组成，比如雨量、水位、流量、气体、水质、地理、水文传感器与泵站监控设备组成。

传输层：传输层主要有无线采集装置、NB、4G、Lora、433MHZ无线传输网络组成。

数据层：排水防涝设施、基础地理信息、实时在线监测等。

服务层：由基础设施服务、数据服务、云服务管理平台、软件服务组成。

系统功能

1、管线基础信息采集

实现对排水管网管线的位置、高度、属性等信息收集；对河道水位标高、地下水水位标高、污水厂、泵站运行情况数据信息进行收集，对于区域用水情况进行收集，对管网信息进行规范管理。

2、管网感知数据采集

实现排水管网窨井井盖监测数据采集，实现井盖状态、管网液位、管网流量、管网水质（电导率、COD、氨氮、总磷、总氮、PH）等参数采集，实现管网泵站运行参数采集监测，构建整个排水管网的智能感知。

3、GIS“一张图”监测

运用GIS技术构建地下排水管网管线规划分析系统、静态沙盘等，实现多维度直观展示排水系统；绘制三维立体式地下排水管网动态“一张图”，全局透视城市地下管网，全方位、多角度、多元化动态展示地理信息空间分布。

4、大数据分析

通过智慧管网监测平台，实现整体水质、液位、流量、气体等监测告警，实现漫溢警报；对河道断面数据、排水数据信息、污水趋势数据等进行分析，对管道淤堵、雨污合流、低洼液位及内涝等进行报警、定位。

系统特点

1、专业的感知设备

设备大多采用防爆、防水、防尘等设计，结合网管实际情况进行专业的安装方案设计，大多设备采用微功耗设计，既能内置电池供电又可外接供电，使用寿命长，安装简单、维护方便。

2、精准的布点方案

从“厂站网”进行针对性的、专业的布点方案设计，在支管、干管、主通道各个关键节点布控相应的设备，全面检测整个排水体系的运行状态，实现全链路透视。

3、完善的监测平台

以健全的数据体系为基础，构建了数据共享、调度指挥、智能决策、信息发布、智能协同等支撑平台，确保智慧管网监测平台的有效运行，真正实现逢变即报，报能定位，定位可追溯。

4、全局全链路监控

利用物联网、大数据、云计算微服务技术，实现从排水体系源头、通路、结果进行全方面监控，实现管理精细化、业务流程化，巡查智能化、考核指标化、决策智慧化

三、系统架构图

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七、系统功能

1、实现对生活污水管网、工业废水管网、降水排水管网、城市污水管网进行实时在线监测。

2、实时采集排水管网中水位、流量、流速、水质、有毒有害气体、地表雨量等数据，并利用无线传输网络进行传输汇集。

3、实时采集排水管网中泵房、泵站中水泵启停状态信息，以及阀门开启\关闭状态信息，并实现远程在线控制。

4、对管网监测的数据实现在线告警功能，并利用在线监测软件形成告警历史记录。

5、利用管网在线监测软件，可以实现对管网监控数据形成曲线分析、历史数据查询、报表打印、远程监控、监测预警、监管等功能。

6、监测软件具备APP监控，方便用户随时、随地对管网监测数据进行监控。

7、现场采集传输设备可采用太阳能供电、电池供电，无需考虑现场布线拉线。

8、采用定制化软件功能，个性化设计，满足不同用户要求。

八．监控平台

● 报警管理（智能预警、及时防控、降低生产风险、作业）

监控终端汇聚、过滤传感器上报的数据，当某一项数据超过阈值时，监控终端就会立即上报告警信息到监控中心，监控中心收到告警信息后实时转发给相关管理人员的手机。

●智慧运维：

（客户管理）

（设备管理）

针对不同的设备分配不同的设备ID，设备型号信息、位置信息、工作状态信息等都会存储在云服务器中。云平台接收水质传感器采集的数据，用户可以通过数据模板对数据进行查看、编辑等操作。

无线气体传感器

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