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。