城市污水管網流量在線監(jiān)測方案
第1章 方案背景
排水管網是指城市雨污水的收集、輸送、處理、利用以及排放等設施以一定方式組合而成的總體，在城市雨水、污水輸送，控制水體污染和內澇溢流方面發(fā)揮著重要作用。排水管網按其作用分為雨水管網和污水管網，雨水管網是雨水的重要輸送、排放管網，一般直排于地表水；污水管網重點收集生活、工業(yè)、商業(yè)等廢水，輸送至污水處理廠統一處理水質達標后排放至地表水。
目前城市污水管網在線監(jiān)測中，液體的流速、水位、流量是關鍵的監(jiān)測指標。為了及時準確地掌握城市給排水管網的運行特征，需要對其液位、流速及流量等多種基本運行參數進行測量，獲取連續(xù)的液位、流速及流量數據，掌握其變化規(guī)律，通過這些基礎數據的瞬時分析、統計計算、模型模擬，可以全面地進行系統現狀診斷與評估，為管理部門提供有效的數據支撐和治理依據，并輔助污水管網的管理與維護。
因此，為杜絕偷排、漏排等現象以確保排水管網和污水處理設施的高效運行，建設一套實時高效、低成本、易部署的污水管網流量在線監(jiān)測系統就顯得非常迫切。
第2章 監(jiān)測方案
2.1 系統概述
排水管網流量監(jiān)測系統基于物聯網+大數據，以數字化分析儀表為核心，由多普勒超聲波流量計、微功耗監(jiān)測終端和數據平臺組成的一套微型管網流量自動監(jiān)測系統。系統采用超聲波多普勒、鋰電池和微功耗技術，有效解決了非滿管、滿管的流速、液位、流量監(jiān)測的難題，同時降低了系統的建設成本和維護成本，物聯網技術的應用確保相關部門更加及時、準確的取證，有效杜絕企業(yè)偷排、漏排，提升管網運行質量。
2.2 系統架構
排水管網流量在線監(jiān)測系統，將整個管網進行網格化劃分，在管網關鍵節(jié)點的檢查井布設多普勒超聲波流量計，實時監(jiān)測管網的液位、流速、流量等數據，并通過自供電的微功耗監(jiān)測終端上傳至數據平臺，由數據平臺統一存儲、分析各監(jiān)測點數據的變化趨勢，并結合網格化模型對偷排、漏排以及城市內澇進行預警溯源。系統采用物聯網三層架構設計，系統拓撲見圖1。
感知層：流量、液位智能傳感器，實現對流量、流速、液位的全過程連續(xù)測量，獲取基礎測量數據。
數據層：微功耗監(jiān)測終端，支持2G/3G/4G/NB-IOT,TCP/IP\MQTT等多種物聯網通信，將傳感器測量數據上傳至數據平臺，進行數據存儲和管理。
應用層：數據平臺實現現場監(jiān)測數據的集中展示和分析，包含實時數據、歷史數據、統計分析，綜合評價、報警及預警等功能。
2.3 系統特點
l 超聲波多普勒測速原理，速度面積法測量流量，測量精度高，環(huán)境限制小，施工成本低；
l 傳感器高集成度，支持流速、液位、流量、溫度同時測量，聲速溫度補償，測量更精準；
l 先進的管網水利模型，測量穩(wěn)定性更好、環(huán)境適用性更高；
l 3cm高度、仿生學外觀設計，有效減少垃圾遮擋，外加氣管自清洗裝置，維護成本低；
l IP68防水設計、防水接頭，溢井也可正常工作；
l 主機內置7.4V/40AH可充電鋰電池，5分鐘測量1次可工作6個月以上，維護成本低；
l 外部電源輸入接口和太陽能充放電管理單元，僅需太陽能電池板即可搭建太陽能系統，成本更低、更便捷；
l 2G/3G/4G/NB多種通信接口、玻璃鋼天線，復雜場景的通信成功率高；
l 支持TCP/IP、MQTT、HJ/T 212等多種協議，數據對接更加便捷；
l 藍牙4.0接口，配套APP調試、維護便捷。
第3章 監(jiān)測設備
3.1 多普勒超聲波流量計
排水管網在線監(jiān)測系統利用低功耗遠程測控終端等設備對雨量、水位、水量、流速、水質、有毒有害氣體等信息進行實時的采集，通過無線網絡進行傳輸匯集，通過信息化管理、城市排水應急管理、大型泵站綜合自動化控制和水資源管理等多種應用，服務于防汛抗旱、城市水務信息化、水資源監(jiān)測管理等多項業(yè)務管理。
一、系統概述
排水管網在線監(jiān)測系統利用低功耗遠程測控終端等設備對雨量、水位、水量、流速、水質、有毒有害氣體等信息進行實時的采集，通過無線網絡進行傳輸匯集，通過信息化管理、城市排水應急管理、大型泵站綜合自動化控制和水資源管理等多種應用，服務于防汛抗旱、城市水務信息化、水資源監(jiān)測管理等多項業(yè)務管理。
二、系統組成部分
傳感器監(jiān)測層：主要有各種監(jiān)測傳感器組成，比如雨量、水位、流量、氣體、水質、地理、水文傳感器與泵站監(jiān)控設備組成。
傳輸層：傳輸層主要有無線采集裝置、NB、4G、Lora、433MHZ無線傳輸網絡組成。
數據層：排水防澇設施、基礎地理信息、實時在線監(jiān)測等。
服務層：由基礎設施服務、數據服務、云服務管理平臺、軟件服務組成。
系統功能
1、管線基礎信息采集
實現對排水管網管線的位置、高度、屬性等信息收集；對河道水位標高、地下水水位標高、污水廠、泵站運行情況數據信息進行收集，對于區(qū)域用水情況進行收集，對管網信息進行規(guī)范管理。
2、管網感知數據采集
實現排水管網窨井井蓋監(jiān)測數據采集，實現井蓋狀態(tài)、管網液位、管網流量、管網水質（電導率、COD、氨氮、總磷、總氮、PH）等參數采集，實現管網泵站運行參數采集監(jiān)測，構建整個排水管網的智能感知。
3、GIS“一張圖”監(jiān)測
運用GIS技術構建地下排水管網管線規(guī)劃分析系統、靜態(tài)沙盤等，實現多維度直觀展示排水系統；繪制三維立體式地下排水管網動態(tài)“一張圖”，全局透視城市地下管網，全方位、多角度、多元化動態(tài)展示地理信息空間分布。
4、大數據分析
通過智慧管網監(jiān)測平臺，實現整體水質、液位、流量、氣體等監(jiān)測告警，實現漫溢警報；對河道斷面數據、排水數據信息、污水趨勢數據等進行分析，對管道淤堵、雨污合流、低洼液位及內澇等進行報警、定位。
系統特點
1、專業(yè)的感知設備
設備大多采用防爆、防水、防塵等設計，結合網管實際情況進行專業(yè)的安裝方案設計，大多設備采用微功耗設計，既能內置電池供電又可外接供電，使用壽命長，安裝簡單、維護方便。
2、精準的布點方案
從“廠站網”進行針對性的、專業(yè)的布點方案設計，在支管、干管、主通道各個關鍵節(jié)點布控相應的設備，全面檢測整個排水體系的運行狀態(tài)，實現全鏈路透視。
3、完善的監(jiān)測平臺
以健全的數據體系為基礎，構建了數據共享、調度指揮、智能決策、信息發(fā)布、智能協同等支撐平臺，確保智慧管網監(jiān)測平臺的有效運行，真正實現逢變即報，報能定位，定位可追溯。
4、全局全鏈路監(jiān)控
利用物聯網、大數據、云計算微服務技術，實現從排水體系源頭、通路、結果進行全方面監(jiān)控，實現管理精細化、業(yè)務流程化，巡查智能化、考核指標化、決策智慧化
三、系統架構圖
七、系統功能
1、實現對生活污水管網、工業(yè)廢水管網、降水排水管網、城市污水管網進行實時在線監(jiān)測。
2、實時采集排水管網中水位、流量、流速、水質、有毒有害氣體、地表雨量等數據，并利用無線傳輸網絡進行傳輸匯集。
3、實時采集排水管網中泵房、泵站中水泵啟停狀態(tài)信息，以及閥門開啟\關閉狀態(tài)信息，并實現遠程在線控制。
4、對管網監(jiān)測的數據實現在線告警功能，并利用在線監(jiān)測軟件形成告警歷史記錄。
5、利用管網在線監(jiān)測軟件，可以實現對管網監(jiān)控數據形成曲線分析、歷史數據查詢、報表打印、遠程監(jiān)控、監(jiān)測預警、監(jiān)管等功能。
6、監(jiān)測軟件具備APP監(jiān)控，方便用戶隨時、隨地對管網監(jiān)測數據進行監(jiān)控。
7、現場采集傳輸設備可采用太陽能供電、電池供電，無需考慮現場布線拉線。
8、采用定制化軟件功能，個性化設計，滿足不同用戶要求。
八．監(jiān)控平臺
● 報警管理（智能預警、及時防控、降低生產風險、作業(yè)）
監(jiān)控終端匯聚、過濾傳感器上報的數據，當某一項數據超過閾值時，監(jiān)控終端就會立即上報告警信息到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心收到告警信息后實時轉發(fā)給相關管理人員的手機。
●智慧運維：
（客戶管理）
（設備管理）
針對不同的設備分配不同的設備ID，設備型號信息、位置信息、工作狀態(tài)信息等都會存儲在云服務器中。云平臺接收水質傳感器采集的數據，用戶可以通過數據模板對數據進行查看、編輯等操作。
無線氣體傳感器
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