1、城市積水智能監測系統概要設計書1前言隨著我國經濟的不斷繁榮，大中城市的建設也在突飛猛進地高速發展，城市圈也在已經不斷擴大。為了緩解交通壓力和保證出行的暢通，許多城市建設了不少的立交橋和下穿隧道。近年來，由強降雨引起的城市下穿隧道及立交橋下低洼處存在大量積水的現象時有發生，且有愈演愈烈的趨勢。在我國南方多雨的城市，積水有的竟然高達一米以上，且長時間不能及時排走，給人們的出行帶來了很大的不便，嚴重時竟引發行人的死亡和失蹤事件。此現象已經引起市政、應急、防汛、路政等政府有關部門的高度關注。一方面要積極修建并管理好排水設施；另一方面建設城市道路積水監測系統，也極為必要，它既可以為決策機構的領導提供道路

2、積水的實時信息，也為市政排水調度管理機構提供支持，還可以通過系統中的LED顯示屏以及廣播、電視等媒體為廣大老百姓提供出行指南。為了貫徹執政為民、服務大眾的政府理念，市政工程管理處、城市應急中心以及常州工學院將在2013年雨季來臨前聯合建設我市的城市積水智能監測系統，以保證廣大市民順利、安全的度過汛期。2系統結構城市積水智能監測系統主要為城市道路、地面、隧道、立交橋等容易積水的場合提供預警服務。系統采用高度集成的一體化設備，包含多傳感器接入，本地化預警，遠程無線發射，蓄電池充放電管理等單元，具有易于架設，使用簡單，待機功耗低，通信距離遠，可靠性高的優點。城市積水智能監測系統主要由市數據中心以及分

3、布在我市各處的監測站兩大組成。其中：監測站包括積水監測儀、電子水位計、溫濕度傳感器、雨量傳感器、視頻攝像機等設備監測各個積水點的水文、氣象數據，可以完成積水深度、溫度、濕度、雨量等數據采集以及視頻圖像、圖片信息的采集，并通過無線方式上傳至市數據中心。市數據中心通過相關的軟件，接收并處理由監測站發來的數據，將處理的數據信息在第一時間分發給相關部門決策者，并根據具體情況及時發布預警信息。系統結構如圖所示：0.56m城市積水智能監測系統市級數據中心工作站打印機數據服務器WEB及信息發布服務器/秋水監測儀G事視頻攝像1#監測站淵監測站城市積水智能監測系統結構圖在城市積水監測系統中，需要對眾多的易積水點

4、進行實時監測，大部分監測數據需要實時發送到市級數據中心的后端服務器進行處理，并通過WEB服務器發布。由于監監測站分散，分布范圍廣，因此采用LTE/3G/GPRS無線網絡進行數據傳輸。與有線通信方式相比，LTE/3G/GPRS網絡具有速度快、使用費用低、施工簡單、維護方便等特點。3硬件設備硬件設備包括安裝在前端監測站的積水監測儀、電子水位計、溫濕度傳感器、雨量傳感器、視頻攝像機、LED顯示屏等，以及安裝在市級數據中心的計算機、網絡交換機、路由器、UPS等設備。3.1 積水監測儀積水監測儀是針對城市積水監測系統開發的集水文、氣象數據采集，Ethernet/LTE/3G/GPRS/RS4851信于一

5、體的專用設備，與電子水位計、溫濕度傳感器、雨量傳感器、視頻攝像機、模擬傳感器、蓄電池、太陽能電源板、天線等設備組成一套完整的監測站，它能自動完成水位、雨量、電壓、電流、溫度、濕度、圖像、圖片等水文、氣象相關數據的采集、存儲、顯示，通過EthernetLTE、3G、GPRS等網絡與市級數據中心進行遠程通信。積水監測儀同時接收來自市級數據中心以及相關部門的數據信息，并將其顯示在LED顯示屏上，譬如：政策法規、公益公告、交通信息等。積水監測儀如圖所示：積水監測儀采用高可靠性、低功耗、一體化的設計原則，特別適合在野外進行水文、氣象數據的實時采集、處理和傳輸。可廣泛應用于城市、河道、水庫、湖泊、泵站、閘

6、門、防洪排澇等工程設施。其主要特點為：集成LTE/3G/GPRS/CDMA和Ethernet技術，支持多數據中心通信，支持APN數據專網業務脈沖量輸入通道可接入雨量計等開關量信號輸出的設備模擬量通道可接入多路4-20Ma（或0-5V）信號，可由RTU控制傳感器的電源通斷，可接入水壓、滲漏等壓力傳感器及超聲波水位計等模擬量信號輸出的設備串口通信（RS23MRS485）可接入串行通信類傳感器（如LED顯示屏、測溫儀等），或接衛星通信設備等，可動態控制串行設備的電源通斷支持接入高清數字或模擬攝像機，多級分辨率可選，支持夜間拍攝，最高可達1280*960,可動態控制攝像機電源通斷J多種測報方式：自報式

7、、應答式、平安報等，并發送到市級中心站。本地預警信息輸出：自動將當前水位及預警信息發送到LED顯示屏上J提供帶背光液晶顯示屏及功能按鍵，設備的功能檢查、參數設置、人工置數，都通過設備面板上的按鍵完成，顯示采用全中文界面支持大容量歷史數據存儲，并有歷史數據找回功能，保證采集數據的連接性和準確性低功耗設計，采用低功耗方案設計，離線值守電流三2mA,GPRS在線值守電流三12mA提供太陽能供電及蓄電池接口，自動進行充放電管理，自動監測及上報太陽能電池及蓄電池狀態J內置實時時鐘芯片，自帶內置電池，支持本地校時及遠程校時金屬外殼防水設計，內置看門狗，性能穩定，保證野外惡劣環境下長期可靠工作J支持串口升級

8、固件程序和參數修改，也支持在線遠程升級固件及參數修改J寬溫設計，可工作在-30C-+70C環境中主要參數：J電源供電及功耗供電電壓：11V-14VDC/5A值守電流：三2mA（關閉GPRS通信）在線空閑狀態工作電流：三12mA（開啟GPRS通信）J模擬量輸入3路420mA（或05V）信號輸入,12位A/D。精度0.2%FS+1LSD分辨率：三0.1%FS金可控電源輸出4路獨立電源輸出控制,攝像機輸入2路數字攝像機或模擬像機人機界面12864點陣液晶顯示，含背光，提供6個功能鍵金申行數據接口路RS232,2路RS485,速率：300-115200bps數據位：7/8;奇偶校驗：N/E/O;停止位

9、：1/2.遠傳數據接口路Ethernet,1路LTE/3G/GPRSJ工作環境溫度-30C75c濕度095%,非冷凝電子水位計目前最常用的水位傳感器，按測量方式大致可分為機械浮子式、光電浮子式、超聲波式、電容式、壓力式、氣泡式、雷達以及電子水位傳感器等多種形式，它們各有優缺點。其中，最適合在城市環境中使用的是電子水位計，它具有測量精度高，不受環境如溫度、濕度、泥沙、波浪、降雨等因素的影響，安裝時不需要建測井，既可以垂直安裝，也可以傾斜貼壁安裝，還可以自下而上階梯安裝。尤其適用于測量精度要求高，水位變幅不大的場合。電子水位計如圖所示：電子水位計其主要特點為：采用先進微處理器芯片為控制器，具備高可

10、靠性及抗干擾性能，可應用于江河、湖泊、水庫、河道、灌區渠道輸水等水利水文工程中的水位監測，特別適用于自來水、城市河道、城市內澇（道路積水）等市政工程中的水位監測采用先進的生產工藝技術，采用棒體結構，法蘭連接，并有不銹鋼防護外殼，內部用高性能的密封材料進行特殊處理，產品具有防腐、防凍、耐熱、耐老化的特點，可在泥槳、污液和腐蝕性液體、冰凍等各種惡劣的環境中使用J具有采樣精度與傳感器的測量體長度無關的特點，對不同變幅的應用環境，測量精度保持不變，精度1cm。（等精度測量，對不同的水位變幅，都保持測量精度不變）J既可以單支使用，也可以多段級聯使用，可以根據現場實際安裝位置及量程需求將傳感器縱向級聯以擴

11、展測量量程，或橫向階梯級聯形成多點測量網絡。每支傳感器的變送器都有各自的ID編號，該ID編號可以在線重新設定，便于級聯后二次儀表測量時識別J多種信號輸出方式：ModBus-RS485、CAN、420mA可選主要參數：單元規格：80cm/120cm/160cm/240cmJ變幅范圍：可以有以上基本單元自由組合精度：1cm（全量程等精度測量）供電電壓：DC12世15%J靜態電流：30mA（DC12V）J能耗：360mW（DC12V）J溫度：-20C-60CJ誤差：土cmLED顯示屏LED顯示屏是安裝在監測站前后方（上下行）道路兩側的超高亮度顯示設備，可以顯示各種信息。譬如：實時顯示監測站的積水深度

12、、降雨量、溫度、濕度；可與交巡警支隊實現信息共享，實時顯示交通控制信息；可與市政工程處、應急指揮中心等相關部門實現信息共享，實時發布政策法規以及公眾信息；還可以發布公益廣告及商業廣告等LED顯示屏如圖所示：積水較淺，綠燈顯示尚可通行積水較深，紅燈顯示禁止通行顯示積水深度，警告禁止通行發布政策法規、公益公告其他設備除了上述的主要設備，城市積水智能監測系統還可在前端配置其他的設備單元，如溫濕度傳感器、降雨量傳感器、攝像頭等。如圖所示：溫濕度傳感器雨量傳感器視頻攝像機4數據中心市級數據中心分為硬件和軟件兩個部分。硬件包括數據服務器、WEB服務器、管理工作站、網絡交換機、UPS等設備。軟件為城市積水智

13、能監測系統管理平臺，是用于整個被監測區域內全部城市道路積水監測儀參數采集，包括：積水是否發生、積水分布、積水水位、持續時間、對應時間日期、電池電量、現場照片，歷史數據等。顯示監測站位置，監測站信息，道路積水現場圖片，支持電子地圖列表方式顯示最新一次更新的數據:按監測站、時間段、字段查詢歷史數據，具備打印，導出excel表功能J按監測站、時間段、繪制水位曲線，曲線可以縮放打印、顯示各點數據可實現任意監測站、任意字段、任意數量曲線在同一時間段的對比添加、刪除、修改站點信息、方便用戶自己變更設備支持短信通知，自動發送報警短信到值班人員手機。支持各種信息的發布，包括在各監測站LED顯示屏上的發布，以及

14、中心WEB網站上的發布。方隔花田酊IW豪火看店機k助聲山濡花園涯a0%與犍票業如羯值健而現醫_每展/花?酊-四.y通江南笳林路格-雙向通行效罐道、新華隼隔慎、曲解聚街也、丁*、善.、/、X.盤陽光曜飾箱常柑市唯市場北郵店疏化，心南、X，V健身北路向通行通在SiId期拉*、旅漕二維電子地圖令為是北部小學af衛星電子地圖井皓時回：2m03-1S0800冏結果時間E2013-03-1610:31國用】方門山擠卡江牯口團眄門緡園,II瞰始應對面史邱洋湖，二4月:田巾常興業南行的面,-哧瑞山路彝市花園恭,1:叩箱可赤博山臍巧JrTfiHii國7L曲筆；工JT月謂中珞在香小區動H3灰門山西苗民析-L卻宙出

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