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智慧城市

排水与城市防涝城市内涝监测

第一章 项目背景与行业痛点

1.1 城市内涝综合监测建设背景

城市内涝是强降雨、地表径流汇集、排水系统输送能力受限、下游高水位顶托等多种因素相互作用下形成的城市地表积水及其相关灾害风险。随着城市地下空间开发、道路交通网络扩展和公共基础设施密集化,局部内涝对交通通行、地下设施、供电系统和公共安全的影响日益受到重视。

城市内涝的发展具有明显的空间差异和动态变化特征。相同的降雨过程,在下穿道路、地下车库入口、城市广场、排水泵站服务区和河道沿岸低洼地带,可能形成不同的积水深度、上涨速度和持续时间。因此,不能仅依靠单一雨量计或水位计完整描述整个城市的内涝风险。

排水与城市防涝城市内涝综合监测方案以多场景风险感知为基础,围绕水文、结构、环境及监测设备自身运行状态,构建可按场景灵活配置的在线监测体系。水文监测主要反映降雨、积水、水位及排水过程;结构监测关注重要挡水、支护和基础设施的实际形变状态;环境监测用于掌握影响人员安全、传感器性能和设施运行的相关环境条件。

与此同时,内涝期间可能发生市电中断、监测终端浸水、无线通信质量下降和数据传输失败。若监测平台无法识别这些故障,即使设备已经失去有效测量能力,管理人员仍可能看到过期的水位数据,从而影响实际风险判断。

因此,本方案将供电状态与通信链路健康作为独立的监测内容,建立电池容量、供电输入、通信质量、数据新鲜度及设备故障的自诊断机制,提高强降雨和突发内涝条件下监测系统自身的可靠性。

1.2 城市内涝监测的主要行业痛点

(1)监测设备布设缺乏场景差异

不同内涝风险场景对监测参数的要求存在明显差异。下穿道路重点关注水深与通行风险,地下空间重点关注入口进水及设备安全,排水泵站重点关注进出水工况。如果不区分场景统一配置全部传感器,容易产生设备冗余或关键参数缺失。

(2)水情监测与基础设施状态脱节

部分监测系统能够显示积水水深,却未关联排水泵站运行、挡水设施状态及重要结构变化,难以说明监测异常对周边设施可能产生的影响。

(3)局部积水空间变化难以掌握

城市道路存在纵坡、横坡及局部地形变化,同一区域不同位置可能具有明显不同的积水深度。单一测点通常只能反映其所在位置的水情。

(4)内涝发展速度缺乏有效分析

积水深度相同的两个测点,可能分别处于快速上涨和逐步消退状态。如果缺少变化率及短时趋势分析,难以合理区分后续关注重点。

(5)监测设备可能在灾害期间失效

市电中断、设备进水、电池容量不足、天线损坏和通信中断,均可能在强降雨期间发生。设备失效时如果没有独立报警,容易造成实际监测盲区。

(6)通信信号正常不等于监测正常

终端保持在线,只能说明部分通信功能仍然运行。若水位传感器已断线或测量数据持续不更新,平台仍无法获得可靠水情。

(7)监测数据难以形成防涝处置闭环

监测报警若未与现场排水、道路安全、地下空间管理及设施维护流程关联,就难以形成可追踪的内涝应急响应记录。

1.3 项目建设必要性

通过建设多场景城市内涝综合监测网络,可以实现关键水情、重要设施状态和监测终端健康信息的统一管理,为城市排水防涝风险识别、重点区域巡查、运行调度和应急处置提供数据基础。

1.4 项目技术定位

本方案定位为城市内涝风险感知与辅助决策系统。其监测数据可以支持局部风险判断和防涝管理,但不能单独替代气象预报、专业水文水力模型、工程结构安全鉴定以及现场应急指挥。

第二章 建设目标与监测目标

2.1 总体建设目标

建设具有水文、结构、环境及设备健康监测能力的模块化城市内涝在线监测系统,按照场景配置适用传感器,实现重要风险信息的实时获取、融合分析、异常预警、设备自诊断和运维闭环。

2.2 重点区域积水监测目标

在具有实际积水风险的区域,连续采集有效积水深度和水位变化,掌握积水形成、发展及消退过程。

2.3 降雨过程监测目标

在具备有效安装条件的区域,采集降雨量和不同时间窗口的降雨强度,为内涝事件分析提供气象水文输入。

2.4 排水设施水位监测目标

根据实际需要监测排水井、集水池、排水通道及相关节点内部水位,辅助识别高水位运行和潜在顶托风险。

2.5 排水能力关联监测目标

对重要排水泵站和排放通道,按需接入流量、泵组运行状态、闸门状态和其他有效运行信息。

2.6 重要结构状态监测目标

对于存在明确结构风险的挡水墙、地下通道支护结构、涵洞或其他设施,可根据专业评估选配倾角、位移、沉降、裂缝或应变监测。

2.7 环境状态监测目标

根据实际场景获取温度、湿度及其他必要环境信息,辅助分析设备工作条件、设施运行环境和相关安全风险。

2.8 供电自诊断目标

掌握主供电输入、电池电压、充放电状态及其他具有实际测量条件的电源参数,识别供电故障和剩余续航不足。

2.9 通信链路自诊断目标

监测无线信号质量、消息传输成功情况、通信中断、重连及数据过期等问题,及时发现监测信息传输失效。

2.10 传感器自诊断目标

对测量超量程、信号丢失、数据固定、异常跳变及其他传感器故障进行独立判断。

2.11 多源风险分析目标

将水文监测数据与实际结构状态、环境条件和运行设施信息关联,形成具有解释依据的内涝风险分析结果。

2.12 应急处置支撑目标

建立异常事件发现、风险等级研判、现场检查、排水处置及事件恢复确认的工作流程。

2.13 历史数据与治理评价目标

长期保存典型降雨与内涝事件监测资料,为防涝设施改造、重点区域风险研究和治理效果评价提供依据。

第三章 需求分析

3.1 监测场景分类需求

项目应根据地形、设施类型、排水方式和风险对象,将监测点划分为道路低洼区、下穿通道、地下空间入口、排水泵站、排水管网节点、河道顶托区及其他重点区域。

3.2 水文监测配置需求

水文参数主要依据实际内涝形成机制选择,不应认为每个监测站都必须同时配置雨量、液位、流量、水压和流速等全部设备。

3.3 结构安全监测配置需求

结构监测只针对具有明确结构风险与实际被测构件的场景配置。例如挡水结构可能需要倾角或位移监测,而普通开放式道路积水点通常不需要部署结构应变传感器。

3.4 环境监测配置需求

环境监测应服务于实际安全和设备运行需要。温湿度可用于设备环境评估,必要的风速风向可作为室外气象分析参数,封闭空间气体监测则应根据明确的安全目标单独设计。

3.5 关键水位基准需求

对于地面积水、地下空间入口和排水井内部水位,必须明确各自测量参考面,不能将这些不同对象的水位直接混为一个积水深度值。

3.6 内涝风险分级需求

预警条件应结合道路类别、地下空间入口高程、排水设施能力和周边人员活动情况制定。

3.7 监测点空间代表性需求

应调查道路最低点、地表汇水方向、排水口位置及其他关键地形条件,合理安排不同测点的空间布局。

3.8 极端降雨连续运行需求

监测系统应考虑强降雨期间可能发生的供电故障、通信信号下降和设备受淹,并根据重点区域风险确定必要的备用方案。

3.9 供电可靠性需求

应明确设备是否具有固定市电、备用电池或太阳能供电条件,并对长期阴雨、低温和报警高频上传等工况进行供电预算。

3.10 链路可靠性需求

应根据监测点所处位置检查无线网络覆盖和传输质量,必要时设计具备独立传输条件的备用链路。

3.11 数据质量需求

所有监测数据应具备测量时间、数据质量和设备状态信息。过期数据、故障数据和模型预测数据应分别标识。

3.12 现场安全需求

监测设备应安装在具有安全固定条件的位置,不得阻碍道路排水、车辆通行、人员疏散和现有设施维护。

3.13 运维需求

系统应支持设备远程状态检查、现场故障定位、供电维护、通信恢复、传感器校准及风险事件复盘。

第四章 总体解决方案

4.1 方案总体设计思路

本方案采用“区域风险调查—场景模块选配—多源数据采集—边缘质量控制—供电与链路自诊断—内涝风险分析—平台预警—应急处置”的技术路线。

4.2 水文监测模块

水文监测模块根据实际需要配置雨量、地表积水深度、排水井液位、河道水位、排水流量及其他有效水情参数,重点描述降雨输入、积水状态和排水能力。

4.3 结构监测模块

结构监测模块面向重要挡水结构、支护构件和其他具有明确风险的基础设施,配置适用的倾角、位移、沉降、裂缝或振动监测设备。

4.4 环境监测模块

环境监测模块用于补充气温、湿度、必要的风场信息及具有实际安全用途的环境参数。

4.5 供电监测模块

供电模块负责监测主电源、备用电池和可选充电系统的运行状态,及时识别供电异常。

4.6 通信链路监测模块

通信模块负责记录网络信号质量、传输成功情况、消息时延、重连次数和有效数据更新时间。

4.7 下穿道路综合监测方案

在下穿道路最低点及必要的坡道位置布设雷达积水传感器,关联降雨和排水泵站运行信息。

设备可利用安全的桥下构件、道路设施立杆或经过设计的墙面支架固定,雷达探头朝向实际路面积水测量区域,不需要人为设置水槽或集水容器。

4.8 地下空间入口监测方案

在地下停车场、地下通道或其他地下空间入口,根据门槛高程和地表汇流条件配置入口积水监测,并对必要的挡水设施状态开展专项监测。

4.9 排水泵站综合监测方案

通过集水池液位、进出水流量、泵组运行状态、供电状态和必要的结构安全参数,分析排水设施的实际运行条件。

4.10 河道顶托与排水出口监测方案

在河道、排水出口及上游重点节点配置有效水位监测,结合相关排水设施状态分析下游高水位对管网的影响。

4.11 重要挡水结构监测方案

对于经专业评估存在位移、倾斜或局部结构变形风险的挡水设施,可根据结构形式配置相应传感器,并与相邻水位监测信息关联。

4.12 多源平台融合方案

各模块通过统一设备编号、测点位置、数据时间和质量状态接入监测平台,形成按场景组织的内涝风险分析体系。

第五章 系统架构设计

5.1 系统分层架构

系统由水文感知层、结构感知层、环境感知层、设备健康层、边缘计算层、通信传输层、数据服务层及风险应用层组成。

5.2 水文感知层

负责获取降雨、积水、水位和实际需要的流量等数据。

5.3 结构感知层

负责获取选定构件的倾角、位移、沉降或应变等状态信息。

5.4 环境感知层

根据实际场景获取空气温湿度、风速风向及其他必要环境数据。

5.5 供电健康层

记录市电输入、备用电池、充电状态及电源故障信息。

5.6 通信健康层

记录链路连接状态、传输质量、通信中断和数据更新情况。

5.7 边缘控制层

在现场完成采样控制、时间记录、数据校验、异常触发、缓存和必要的低功耗管理。

5.8 数据通信层

将监测数据和终端健康信息上传至平台,并根据实际需要支持通信失败重传和备用链路切换。

5.9 统一数据服务层

保存各监测点的实际测量值、质量标记、设备状态、监测位置和历史事件。

5.10 地理空间管理层

将监测数据关联至实际道路、地下空间、排水设施、河道和相关地形信息。

5.11 风险融合分析层

基于水文异常、设施运行状态、结构监测和有效环境信息形成具有明确依据的风险提示。

5.12 应急运维层

支持报警派发、现场检查、排水处置、设备维护和事件恢复管理。

5.13 系统数据流程

现场水文、结构和环境传感器 → 数据采集终端 → 数据质量校验 → 供电与通信自诊断 → 边缘事件分析 → 平台数据融合 → 内涝风险预警 → 现场应急处置 → 事件复盘。

第六章 监测内容与监测方法

6.1 降雨量监测

通过适用雨量传感器记录一定时间内的降雨量,为分析内涝形成原因和水位变化提供输入数据。

6.2 短历时降雨强度监测

根据有效降雨数据计算规定时间窗口内的降雨强度,重点关注短时集中降雨。

6.3 道路积水深度监测

在下穿道路、低洼路段及其他实际易涝点设置适用的非接触式水位传感器,测量相对于道路参考面的积水深度。

6.4 排水井内部水位监测

在重要雨水检查井及其他适用节点监测井内水位,用于分析地下排水设施运行状态。

6.5 河道及下游水位监测

对与城市排水系统存在实际水力联系的河道、沟渠或排放口,按需监测下游水位。

6.6 排水流量监测

在具有有效计量条件的泵站出水管及重要排水通道,按需配置流量监测设备。

6.7 水位变化率监测

利用连续水位数据计算上涨或下降速度,识别积水快速发展与排水恢复状态。

6.8 重要结构倾角监测

对经过专业评估具有倾斜风险的构件,通过倾角传感器监测相对基准姿态变化。

6.9 重要结构位移监测

对具有明确位移控制要求的挡水结构或支护构件,采用适用位移监测方式记录变化。

6.10 裂缝或应变监测

对于需要评估局部变形的结构,可按需配置裂缝计或应变传感器,并按照结构专业要求确定安装位置。

6.11 环境空气温度监测

测量现场环境温度,辅助分析设备工作环境和必要的测量补偿。

6.12 环境湿度监测

记录安装环境湿度或箱体内部湿度,为凝露及设备环境异常识别提供信息。

6.13 风速风向监测

仅在具有明确气象分析需求和适当安装条件的室外监测点选配风速风向传感器。

6.14 主供电状态监测

记录固定供电输入是否正常,识别市电中断、输入欠压及其他供电异常。

6.15 电池状态监测

根据实际电池管理硬件记录电压、温度、充放电状态及必要的剩余容量估计。

6.16 太阳能充电状态监测

对于采用太阳能供电的测点,监测光伏输入和充电状态。地下、遮阴或不具备有效日照的安装点不应默认采用太阳能供电。

6.17 通信信号质量监测

通过通信设备可提供的信号质量指标记录无线链路变化。

6.18 数据传输成功率监测

统计规定周期内的消息发送、确认和实际接收情况,辅助评价链路可靠性。

6.19 数据新鲜度监测

通过数据测量时间与平台当前时间之间的间隔识别过期数据。

6.20 传感器故障监测

检测传感器失联、测量超限、数据固定、异常跳变及必要的设备自诊断信息。

6.21 监测内容分层配置表

监测类别 监测参数 主要设备 适用场景
水文 降雨量、降雨强度 雨量计 代表性室外汇水区域
水文 道路积水深度 雷达/超声/适用压力水位设备 下穿道路、低洼路段
水文 排水井水位 雷达/超声/静压水位计 雨水井、排水节点
水文 河道水位 非接触式或接触式水位计 河道及排水出口
水文 瞬时流量、累计量 适用电磁/超声流量计 泵站及重点排水通道
结构 倾角 倾角传感器 具有倾斜风险的结构
结构 位移、沉降 位移或沉降传感器 重要支护、挡水结构
结构 裂缝、应变 裂缝计、应变计 经专业评估的结构构件
环境 空气温度、湿度 温湿度传感器 设备环境及专项监测
环境 风速、风向 风速风向传感器 具有相应需求的室外站点
设备健康 输入电压、断电状态 电源管理与检测模块 固定供电监测点
设备健康 电池电量、充电状态 电池管理模块 备用电源及独立供电站点
设备健康 信号质量、传输状态 通信自诊断模块 所有联网监测点
设备健康 数据延迟、传感器故障 边缘终端与平台诊断 所有监测点

第七章 技术原理与算法模型

7.1 城市内涝多源监测原理

城市内涝监测不是由单一传感器直接输出全部风险结论,而是通过降雨、积水、水位、设施状态和相关环境信息,分析城市局部区域的实际水情及风险变化。

7.2 降雨量与降雨强度

在降雨数据有效的情况下,某时间窗口的平均降雨强度可表示为:

I = P/Δt

其中P为时间窗口内累计降雨量,单位可采用mm;Δt按小时计时,I的单位为mm/h。

7.3 不同历时降雨分析

系统可分别统计5分钟、15分钟、30分钟和60分钟等实际需要的累计雨量,以描述不同时间尺度的降雨过程。

统计窗口必须由明确的实际采样和时间基准支持,不应通过相同的单次降雨强度简单复制生成全部历时指标。

7.4 非接触式积水测量原理

雷达或超声液位计首先测得设备至目标水面的距离,再根据设备测量参考点和地面高程计算实际水深。

7.5 道路积水深度计算

设传感器测量参考高程为Zs,至水面的有效垂直距离为d,道路基准高程为Zg,则:

Zw = Zs - d

h = Zw - Zg

其中Zw为水面高程,h为相对于该道路参考面的积水深度。

7.6 干燥路面测量限制

没有积水时,雷达可能获取道路表面回波,超声波也可能受到其他目标反射影响。

系统应区分有效干燥状态、无有效水面回波和测量故障,不得简单把全部无回波值解释为零积水。

7.7 积水变化率

对于有效水位时间序列:

Vh = [h(t2)-h(t1)]/(t2-t1)

Vh为正值表示上涨,为负值表示下降。

7.8 水位变化率滤波

车辆溅水、雨滴冲击和局部波浪可能造成短时测量跳变。系统可采用中位数、滑动窗口或其他适用方法降低偶发异常值对变化率计算的影响。

7.9 地下空间入口剩余高差

设地下空间入口的控制高程为Zentry,外部实测水面高程为Zw,则:

Hentry = Zentry - Zw

该值可用于描述外部水面距离入口控制高程的剩余高差,但实际进水还与坡道、挡水设施、侧向绕流及现场结构有关。

7.10 排水系统上下游水位差

当上游、下游使用统一高程基准时:

ΔH = Zu - Zd

该指标可用于分析上下游水位关系,但不能仅凭水面高差直接确定流量、倒灌或者管道堵塞。

7.11 排水设施水量平衡

对于具有明确水量边界的调蓄设施,可在满足有效计量条件的情况下建立:

ΔS = Vin - Vout + Vother,in - Vother,out

其中ΔS为对应统计周期内的储水量变化,其余项为经确认的水量输入和输出。

7.12 结构倾角监测原理

对于适用的结构构件,可以采用倾角传感器测量其相对安装基准的姿态变化。

倾角变化只反映传感器所在构件的相关姿态信息,不直接等于结构整体承载能力或安全等级。

7.13 结构位移监测

采用适用的位移测量方法,记录结构特定测点相对于参考位置的变化。

实际结构安全分析需要结合设计控制要求、结构构造和其他必要检测结果。

7.14 温湿度测量原理

温湿度传感器测量对应安装环境的空气温度和相对湿度,可用于评估设备凝露条件和必要的传感器环境补偿。

7.15 电池供电状态模型

设备在不同工作状态下的平均功率可以按实际运行周期进行加权估算:

Pavg = Σ(Pk × tk)/T

其中Pk为第k种状态的功率,tk为该状态在统计周期T内的累计运行时间。

7.16 备用供电续航估算

在具备有效可用能量Eusable及平均负载功率Pavg的条件下:

Tbackup ≈ Eusable/Pavg

实际续航还受到转换损耗、电池老化、温度和报警高频通信影响。

7.17 太阳能供电能量平衡

对于具有实际有效日照的太阳能监测站,应核算:

Enet = Echarge - Eload

其中Echarge为相应周期的有效充入能量,Eload为实际负载消耗能量。

连续阴雨可能使Echarge长期不足,必须结合电池容量和历史气象条件进行供电设计。

7.18 电池健康判断

电池健康管理应结合实际电池类型、温度、电压、充放电状态和可用容量判断。

单次电压读数不能对全部电池体系准确换算为剩余电量百分比。

7.19 通信传输成功率

在明确消息编号、确认机制和统计周期的条件下,可以计算:

PDR = Nreceived/Nexpected × 100%

其中Nreceived为在规定时限内成功接收的有效消息数,Nexpected为对应应接收消息数。

7.20 数据新鲜度

设服务器当前时间为Tnow,数据实际测量时间为Tmeasure,则:

Tage = Tnow - Tmeasure

当Tage超过项目设置的允许范围时,应将该数据标记为过期,而非继续显示为当前实时结果。

7.21 通信时延分析

对于可以明确记录实际事件发生与接收时间的系统,可计算:

Delay = Treceive - Tevent

该时延包括终端采样和处理、通信排队、网络传输及平台处理等影响。

7.22 链路故障识别

系统可以通过链路连接状态、连续消息失败、信号质量下降和长时间未收到心跳等证据判断通信异常。

当服务器长时间未收到任何数据时,通常无法仅凭平台观察明确区分终端失电、通信中断和设备物理损坏。

7.23 传感器数据异常识别

系统可综合量程、数据固定、突跳、测量质量及相邻有效数据判断传感器异常。

对强降雨期间确实可能发生的快速水位变化,不应简单因为变化幅度较大就全部过滤。

7.24 综合事件关联模型

可将风险事件划分为实测水情异常、结构状态异常、环境状态异常和设备健康异常等独立类别。

在存在足够验证资料的条件下,可进一步按照证据质量和场景风险进行关联分析。

7.25 综合风险评分的边界

当平台采用加权评分方法时,应明确权重来源、适用场景和验证条件。

未经充分验证的综合评分不能直接解释为真实灾害发生概率,也不能代替工程安全判断。

7.26 监测失效状态模型

系统应至少区分有效监测、部分能力退化、关键测量不可用和整体失联等状态。

对于关键水位传感器失效的测点,即使供电和通信仍然正常,也应将对应水情监测标记为不可用。

7.27 数据可信度管理

每条数据应关联测点编号、采样时间、物理量单位、有效性和质量状态,保证实际测量、故障值及模型结果能够被正确区分。

第八章 系统功能设计

8.1 城市内涝综合监测

按照场景展示降雨、积水、排水设施、重要结构及环境监测信息。

8.2 多模块自由配置

支持根据监测场景启用或停用对应的水文、结构和环境监测模块,并保留设备配置记录。

8.3 水文数据实时采集

记录有效雨量、水位、积水深度和必要的排水流量信息。

8.4 水位变化率自动计算

在有效时间序列基础上计算上涨和下降速度。

8.5 重要结构状态监测

在实际部署结构传感器的测点,展示倾角、位移或其他对应状态信息。

8.6 环境状态监测

展示实际配置的环境参数,并明确对应测量位置。

8.7 供电状态实时展示

显示电源类型、主供电状态、电池电压及可用的充电信息。

8.8 电源异常主动报警

当出现市电中断、电池低电量或充电故障时,生成独立的设备健康报警。

8.9 通信链路质量监测

统计通信连接状态、信号质量、发送失败、重连及其他实际支持的链路指标。

8.10 数据延迟报警

当数据超过规定更新周期仍未到达平台时,生成数据过期提示。

8.11 传感器故障检测

对失联、无效回波、超量程和其他传感器异常进行诊断。

8.12 多源风险事件融合

将水情变化、排水设施运行和必要结构状态进行时间关联,形成综合风险提示。

8.13 边缘异常触发

现场终端在满足有效测量条件时,可依据规定阈值识别部分紧急事件并优先上传。

8.14 本地缓存及补传

通信中断后保存必要监测数据,在链路恢复时根据时间戳进行补传。

8.15 备用链路切换

对于实际配置了独立备用通信链路的重点站点,支持经过验证的故障切换。

8.16 设备远程参数管理

在授权条件下管理采样间隔、报警阈值、设备健康检查周期和通信配置。

8.17 设备健康档案

保存供电故障、链路中断、传感器异常和维护记录。

8.18 GIS空间监测展示

在地图中展示监测点位置、风险事件和实际数据质量。

8.19 防涝工单管理

对需要处置的积水、设施异常和设备故障生成相应工单。

8.20 历史事件复盘

支持查询典型内涝过程及设备运行状态,分析报警是否及时、数据是否完整。

8.21 统计报告生成

生成降雨、积水、排水设施、结构状态及供电通信自诊断专题报告。

第九章 硬件组成与配置方案

9.1 硬件配置原则

采用模块化设计,根据具体内涝场景选配传感器,所有关键远程站点均应配置与自身供电和通信方式相匹配的健康诊断能力。

9.2 水文监测设备

包括雨量计、道路积水传感器、河道水位计、排水井液位计和按实际需要配置的流量测量设备。

9.3 结构监测设备

包括适用的倾角传感器、位移传感器、沉降传感器、裂缝计或应变计,仅在具有明确结构风险的设施上配置。

9.4 环境监测设备

包括温湿度传感器及必要的风速风向传感器等。

9.5 智能采集控制终端

负责传感器采集、时间管理、边缘计算、异常判断、数据存储及设备健康管理。

9.6 供电管理模块

根据实际配置监测主供电输入、电池状态、充放电过程及必要的电气保护状态。

9.7 备用电池模块

对需要在市电中断期间继续运行的重点站点,配置满足经过计算的续航要求的备用电池。

9.8 太阳能供电组件

仅在具有实际有效日照、安装空间和维护条件的室外位置配置。

9.9 通信自诊断模块

采用具有实际链路状态反馈能力的通信设备,记录信号质量、连接状态及必要的消息传输指标。

9.10 本地非易失性存储

用于保存断网期间的重要监测数据、事件记录及必要设备日志。

9.11 现场安装结构

依据道路、桥下空间、泵站、河道及地下空间结构选择安全的立杆、墙装或构件固定方式。

9.12 设备防护组件

根据雨淋、潮湿、可能浸水、雷电及电气环境配置适用的防护措施。

9.13 核心硬件清单

序号 设备名称 主要功能 选配原则
1 雨量传感器 降雨量及降雨强度 代表性室外站点
2 雷达积水传感器 道路实际水深 易涝道路及下穿通道
3 排水液位计 井内及集水池水位 重点排水设施
4 河道水位计 下游水位变化 顶托影响区域
5 电磁/超声流量计 排水流量及累计量 适用满管或非满管工况
6 倾角传感器 结构姿态变化 按结构风险选配
7 位移或沉降传感器 结构位置变化 按结构风险选配
8 应变或裂缝传感器 局部结构变形 专项结构监测
9 环境温湿度传感器 温度及湿度监测 按环境条件配置
10 风速风向传感器 局部风场信息 按气象需求选配
11 智能采集终端 采样、处理及事件管理 核心配置
12 电源管理模块 输入电压、充放电及故障检测 核心配置
13 备用电池 市电中断续航 重点测点按需配置
14 太阳能组件 独立供电及电池充电 具备日照条件时配置
15 通信模块 数据远传及链路诊断 核心配置
16 独立备用通信链路 主链路故障时传输 重要站点选配
17 本地存储模块 历史数据与事件缓存 按可靠性配置
18 设备防护与安装组件 设备固定和环境保护 基础配置

9.14 典型场景配置矩阵

监测场景 水文模块 结构模块 环境模块 自诊断要求
下穿道路 积水深度、变化率、泵站数据 仅重要结构有风险时选配 温度按需 供电、链路、测量质量
地下空间入口 入口积水、控制高程 挡水设施按需 温湿度按需 供电、链路、传感器
排水泵站 集水池液位、流量、泵组状态 经评估的关键结构 设备环境温湿度 主备电源、链路和终端
河道顶托区 河道水位、排水口及上游水位 重要挡水结构按需 降雨按需 供电、链路、水位质量
城市低洼道路 积水深度、代表性降雨 一般不配置 按需 供电、链路和积水传感器
重要挡水设施 两侧水位按需 倾角、位移、应变按评估 温度按需 供电、链路和结构测量质量

9.15 硬件配置优化原则

基础监测点优先保障有效水情、供电与通信状态;重要站点根据实际风险增加结构和环境模块。

不应为了实现所谓全参数监测,在没有实际被测对象的位置随意安装结构传感器,或将道路积水传感器布设于与真实地表积水无对应关系的人造容器内。

第十章 核心设备参数

10.1 参数说明

以下参数为工程设计阶段的参考选型范围或需验证的技术项目,不表示某一具体设备已达到相应性能。最终应根据项目测量对象、安装条件、实际环境及验收要求确定。

10.2 主要传感器参数表

设备或参数 参考技术指标 技术说明
雨量测量 按本地可能降雨强度和量程选型 需关注强降雨漏计和安装环境
雨量分辨率 可评估0.1mm、0.2mm等 分辨率不等于准确度
道路积水量程 可评估0~1m、0~3m等场景需求 实际测距应包含安装高度
雷达水位测量准确度 可评估±5~10mm等级 系统误差还受基准高程影响
排水井液位量程 参考0~3m、0~5m、0~10m等 按井室及水位范围选型
液位变化率 cm/min、m/h等 注明计算窗口和有效数据条件
流量监测 按管道流态、管径及流速确定 满管与非满管应分别选型
结构倾角 按构件正常姿态及异常范围确定 需现场姿态基准标定
结构倾角准确度 可评估±0.05°~±0.2°等等级 以实际静态测量性能为准
结构位移 按实际变形风险及量程选型 必须具有可靠参考结构
环境温度 参考-30℃~70℃等 结合地区环境条件确定
温度准确度 可评估±0.3℃~±0.5℃等级 按实际补偿需要确定
相对湿度 参考0~100%RH 高湿凝露条件需专项验证
常规采样周期 可评估30~300s 按监测场景配置
高风险采样周期 可评估1~30s 考虑供电、通信和采集能力
电源输入监测 实际电压、断电状态 按供电架构配置
电池监测 电压、温度、充放电状态 视电池管理硬件能力
续航能力 按最不利工况进行计算和验证 不承诺统一固定天数
链路信号质量 实际通信技术支持的指标 可包括信号强度、信噪比等
通信成功率 按规定测试时限和消息确认机制 应现场实测
事件上传时延 按风险等级和项目要求确定 需区分本地触发与平台接收
本地存储 覆盖规定断网时长的数据量 需核算容量和写入寿命
设备防护等级 按雨淋、积水和浸没风险选型 应明确实际试验条件

10.3 供电自诊断核心指标

建议按照实际供电方式配置主电源输入电压、电池电压、充电状态、负载异常和预计可用续航等指标。

10.4 通信链路自诊断核心指标

建议根据实际通信技术记录信号质量、连接状态、连续传输失败次数、重连次数、数据到达延迟和最近有效数据时间。

10.5 数据可靠性要求

水位、雨量和结构数据都应具有有效性标记。传感器故障时不得继续使用故障值形成新的正常状态判断。

10.6 防水及环境适应性

设备防护应覆盖整机、接头和电缆引入部位。防水等级本身不能保证设备能够无限期浸泡使用。

10.7 极端天气工作能力

应核查高温、低温、长期降雨、短时供电中断和通信质量下降等工况对系统的影响。

第十一章 软件平台与数据展示

11.1 城市内涝监测总览

集中展示监测区域、设备数量、实时积水状态、重点异常和系统整体健康情况。

11.2 GIS城市防涝地图

按照地理位置展示道路积水点、地下空间、泵站、排水节点和重要水位监测位置。

11.3 水文监测专题

展示降雨过程、水位、积水深度、变化率和必要的排水流量信息。

11.4 结构状态专题

对于已安装结构传感器的设施,展示对应倾角、位移或应变数据。

11.5 环境监测专题

展示实际配置的温湿度及其他环境参数,不显示没有真实传感器支持的虚构数值。

11.6 设备供电监测专题

展示主供电正常与否、电池电压、充放电状态及对应故障记录。

11.7 通信链路监测专题

展示在线状态、通信质量、消息失败、重连和数据更新延迟。

11.8 数据新鲜度展示

对各监测指标显示实际测量时间,并对超过有效更新时间的内容进行过期标记。

11.9 系统运行状态总览

按正常、部分退化、关键测量不可用和失联等状态分类展示设备。

11.10 多源趋势分析

将有效降雨、水位、泵站运行和其他相关信息放置于统一时间轴进行分析。

11.11 内涝风险事件管理

记录水情异常、结构异常、设施运行异常及设备故障的发生和恢复时间。

11.12 重点设施运行界面

根据权限展示排水泵站、地下空间挡水设施及其他实际接入设备的状态。

11.13 数据质量统计

统计各监测点有效数据比例、异常值比例、数据缺失时间和设备故障记录。

11.14 报警处置工作台

支持按照风险类型、区域和时间筛选异常事件,并关联现场处置记录。

11.15 历史内涝过程复盘

查看降雨、积水和设施运行过程,并分析供电与通信系统是否在事件期间保持有效。

11.16 专题报告输出

支持输出城市内涝监测、设备自诊断、重点风险事件及运维效果分析报告。

第十二章 数据分析与智能应用

12.1 场景化监测指标体系

根据下穿道路、地下空间、泵站及河道顶托等不同场景建立对应指标体系,避免全部场景采用相同风险模型。

12.2 降雨与积水响应分析

对具有有效雨量和积水数据的区域,分析降雨开始、积水形成、上涨峰值和消退之间的时间关系。

12.3 短时积水发展分析

利用水位、变化率及有效历史序列描述积水短时发展趋势,并对计算条件不足的结果进行标记。

12.4 内涝空间分布分析

对多个测点数据结合实际地形开展空间分析。未设置传感器的区域应根据模型条件标注估计结果,不得直接作为真实测量值。

12.5 河道顶托关联分析

将下游水位与相关排水节点水位进行比较,识别可能存在的顶托影响。

12.6 排水设施运行分析

通过集水池水位、泵组运行和有效排水流量,辅助分析排水设施运行状况。

12.7 地下空间进水风险分析

根据入口附近有效水位、入口控制高程及必要的挡水设施状态,形成现场风险检查提示。

12.8 结构异常与水情关联

对具有实际结构传感器的设施,分析变形数据与水位变化之间的时间关系。

时间相关性不直接证明结构变形由内涝引起,仍需专业结构评估。

12.9 电池续航风险预测

根据实际可用容量、负载功耗、充电情况和温度估算剩余工作时间。

12.10 连续阴雨供电风险分析

对太阳能供电站点,根据实际有效充电输入和负载消耗分析连续阴雨期间可能出现的电量不足。

12.11 链路质量趋势分析

对通信信号质量、传输失败和重连记录开展长期统计,识别链路逐渐恶化的监测点。

12.12 监测盲区自动识别

当关键传感器失效、供电中断或数据超过规定更新时间时,将受影响测点标识为监测盲区。

12.13 主备链路状态分析

对具有真实独立主备链路的站点,分别记录两条链路的运行状态,避免把同一物理网络的两个接口误认为完全独立冗余。

12.14 数据质量与风险融合

风险判断应首先检查输入数据的有效性。对于质量不满足要求的数据,应降低对应分析能力或暂停输出确定性结果。

12.15 智能异常分类

在积累足够真实标签后,可以针对水文、结构和设备故障分别建立异常分类模型。

12.16 预测模型验证

内涝风险预测应通过独立降雨事件及实际观测资料进行验证,不能仅凭历史数据拟合效果承诺实际预警准确率。

12.17 防涝处置优先级排序

综合真实水情、重点设施重要性、有效设备健康信息和其他现场风险因素,辅助安排核查优先级。

12.18 模型应用限制

智能分析可以提供趋势与候选风险,但不能未经验证直接替代专业防洪排涝模型、道路安全判断和现场应急处置。

第十三章 预警机制与决策支撑

13.1 预警机制总体设计

系统建立水文异常、结构异常、环境异常和设备健康异常相互独立、必要时联合研判的预警体系。

13.2 道路积水深度预警

当实际测点水深达到根据道路功能和现场风险确定的控制条件时,形成对应水情预警。

13.3 积水快速上涨预警

在有效测量的基础上,当积水上涨速度达到项目设定条件时,生成快速上涨提示。

13.4 强降雨关注预警

根据有效雨量数据和对应区域的实际降雨风险条件,提示相关区域加强监测与巡查。

13.5 河道高水位关联预警

对受下游水位影响的排水区域,结合河道与排水口水位形成顶托风险提示。

13.6 地下空间入口预警

依据入口附近有效水位、控制高程及相关设施状态,对可能进水的情况形成关注事件。

13.7 排水泵站运行异常预警

当集水池高水位与泵组运行异常或排水量变化具有合理关联时,提示相关人员开展专业检查。

13.8 重要结构异常预警

对经专业设计的结构传感器,依据相应结构控制指标生成倾角、位移或其他异常报警。

13.9 市电中断报警

当主供电异常且终端仍有通信能力时,及时上传供电故障状态。

13.10 电池低电量预警

当实际电池状态达到维护控制条件时,生成低电量预警并提示可能影响的监测功能。

13.11 太阳能充电异常预警

对具备光伏供电的站点,在适当条件下识别充电输入异常或长期能量不足。

13.12 通信链路质量下降预警

当通信失败持续增加、信号质量长期下降或数据更新不满足要求时,提示排查链路问题。

13.13 设备失联报警

当平台超过规定时间未收到有效设备消息时,生成失联事件。

设备失联并不证明现场没有积水,平台应明确显示当前风险未知。

13.14 关键测量不可用预警

当重要水位或其他关键监测数据失效时,即使终端仍然在线,也应形成独立的监测能力退化报警。

13.15 一级状态关注

出现一般水情变化或较低风险异常时,加强数据观察并保留事件记录。

13.16 二级现场复核

当异常持续出现、变化较快或关键设备开始退化时,组织数据复核及必要现场检查。

13.17 三级重点防涝处置

当有效水情及相关运行信息表明重点区域风险明显增加时,按照对应管理预案开展防涝处置。

13.18 四级重大险情

当现场存在明确危及人员安全、重要基础设施或交通运行的险情时,应依据应急预案采取相应措施。

13.19 预警阈值设置原则

各类水深、变化率及结构阈值应根据所在区域、实际构件和专业设计确定,不采用未经论证的全国统一报警值。

13.20 失联状态下的处置原则

对重要监测点,如果通信中断而无法确认真实水情,应根据实际风险启动替代信息获取、现场核查或其他安全管理流程。

13.21 自动控制边界

监测平台可以向排水、交通和地下空间管理系统提供风险信息,但泵站启停、闸门调节及交通封闭等动作必须符合经过批准的专业控制与应急管理要求。

13.22 预警处置流程

监测事件触发 → 输入数据有效性检查 → 场景风险分析 → 供电及通信状态核查 → 预警分级 → 运维任务派发 → 现场处置 → 恢复确认 → 历史归档。

第十四章 项目实施方案

14.1 项目基础资料收集

收集重点积水点、道路地形、排水管网、地下空间、泵站、河道和历史内涝记录。

14.2 城市内涝风险分区

按照内涝形成机制和实际风险对象划分监测区域,确定主要监测目的。

14.3 场景化监测配置设计

根据各监测点的实际需求确定水文、结构和环境模块配置,不强制全部站点采用同一套传感器。

14.4 水文监测点布设

根据道路低点、地下空间入口、排水节点及河道水位条件确定液位和雨量测点。

14.5 结构监测点设计

对具有明确结构风险的设施,由相应专业人员确定监测部位、传感器类型和参考基准。

14.6 环境监测点设计

根据实际环境参数和测量代表性确定温湿度、风场或其他必要环境传感器的安装位置。

14.7 道路积水传感器安装

将非接触式液位传感器固定在具有安全条件的杆件、墙面或桥下结构,探头朝向真实路面积水测量区域。

安装应避免车辆碰撞、遮挡、支架振动和明显影响道路排水的结构。

14.8 排水设施传感器安装

在排水井和泵站安装液位或流量设备时,应避免影响水流、清淤和正常维护。

14.9 供电方案设计

核查现场主供电、备用电源、负载功耗和可能的断电时长,确定适用的能源配置。

14.10 供电续航预算

分别计算正常监测、报警高频上传、通信重连和低温等工况下的负载消耗,验证实际备用续航。

14.11 太阳能供电评估

对具有日照条件的站点开展有效太阳能输入分析,不在长期遮阴或地下空间内无依据地配置太阳能供电。

14.12 通信覆盖测试

在设备实际安装位置测试主通信链路的信号质量、数据上传及异常消息传输能力。

14.13 备用链路功能测试

对于配备独立备用链路的站点,验证主链路故障时的切换、报警和恢复逻辑。

14.14 传感器校准与高程标定

完成必要的水位参考高程、结构测量基准和传感器测量准确性检查。

14.15 数据时间同步

核查各监测终端与平台的时间基准,保证多源事件能够正确进行时间关联。

14.16 供电故障模拟测试

在安全、受控条件下模拟主电源中断,检查备用电池供电和故障事件记录。

14.17 电池低电量报警测试

通过安全测试条件验证低电量报警和设备运行策略,不应通过不受控深度放电损坏实际电池。

14.18 通信故障模拟测试

验证网络断开、数据缓存、恢复补传和设备失联提示功能。

14.19 监测质量故障测试

验证水位传感器断线、无效测距、异常固定值和其他可测试故障状态,确认平台不会误显示为正常水情。

14.20 风险预警联调

检查水情、结构及设备健康报警能够正确触发、分类和记录。

14.21 系统试运行

在代表性正常天气和降雨工况下评估设备稳定性、数据质量、事件时效及供电通信能力。

14.22 项目验收

验收项目 主要验收内容
场景配置 传感模块与实际风险对象匹配
水文监测 雨量、水位、流量等适用测量结果
结构监测 安装基准和专项测量功能
环境监测 实际参数及测量代表性
供电系统 主供电、备用供电和故障检测
电池续航 实际功耗及最不利工况预算
通信链路 传输成功情况和故障识别
断网缓存 消息保存、时间戳及补传
数据质量 传感器无效值及数据过期判断
预警功能 风险分级、事件记录及处置流程
软件平台 GIS、监测专题、健康状态和报表

14.23 施工安全管理

涉及道路占用、桥下作业、地下空间及排水井安装时,应按实际作业条件落实相关安全要求。

对于有限空间作业,应按照适用规定执行作业审批、气体检测、通风、监护和应急准备。

第十五章 运维服务保障

15.1 运维保障总体原则

将传感器有效性、供电状态和通信链路健康纳入统一维护体系,避免只关注设备是否在线而忽略实际监测能力。

15.2 水文设备维护

定期检查雨量计、液位传感器及其他水文设备的测量条件、污染情况和数据有效性。

15.3 结构监测设备维护

核查倾角、位移及其他结构测点的固定状态、参考基准和数据稳定性。

15.4 环境监测设备维护

检查温湿度及其他环境传感器的安装状态和必要的校准要求。

15.5 供电系统定期检查

核查主供电、电池、充电系统和必要的电气保护装置。

15.6 备用电池维护

根据实际使用条件、有效容量和历史功耗制定电池检查与更换计划。

15.7 太阳能系统维护

检查实际配置站点的太阳能组件清洁、安装固定和充电状态。

15.8 通信链路维护

分析信号质量、通信失败、数据时延及重连问题,并进行必要的通信优化。

15.9 关键数据有效性巡检

定期核查重要水位、雨量和其他风险指标是否持续提供有效数据。

15.10 断网数据管理

检查缓存数据保存、通信恢复及历史补传过程,避免漏记和重复处理。

15.11 汛前专项检查

在汛期前完成关键测点校准、备用电源检查、通信测试和风险报警联调。

15.12 强降雨期间运维

重点检查实时水情、关键站点供电、数据新鲜度和失联设备,必要时启动替代监测流程。

15.13 汛后设备检查

检查可能受到雨淋、浸水、雷击或机械影响的设备及连接结构。

15.14 历史事件复盘

分析异常发生时的实际水情、供电和通信状态,评价监测系统是否完整记录事件。

15.15 运维档案管理

保存设备参数、安装记录、校准资料、电源维护、链路故障和报警处置历史。

第十六章 项目优势与方案价值

16.1 场景化灵活配置优势

根据城市内涝风险对象选配传感模块,避免重复建设和缺乏实际用途的设备配置。

16.2 多源风险感知优势

将降雨、积水、排水设施和必要结构状态进行关联,有利于形成比单一水位指标更完整的运行信息。

16.3 水文与设施状态协同优势

通过积水及排水设施数据联动,支持对重点区域内涝形成与发展过程的综合分析。

16.4 供电自诊断优势

能够主动发现市电中断、低电量和充电异常等问题,为提前维护及灾害期间设备可靠运行提供依据。

16.5 通信链路自诊断优势

能够通过信号质量、消息传输和数据新鲜度信息,及时发现数据传输能力下降。

16.6 监测盲区识别价值

在关键传感器失效、设备失联或数据过期时明确标记监测不可用,减少错误使用历史数据造成的风险。

16.7 应急管理支撑价值

可为道路、地下空间和排水设施管理提供有效水情与异常事件信息,辅助现场应急处置。

16.8 数据资产积累价值

持续保存内涝事件及设备健康记录,为长期防涝规划、运维评价和工程优化提供数据。

16.9 技术适用边界

综合监测系统仍然无法通过有限测点完整反映整个城市的内涝范围。结构安全、道路通行和人员撤离等高风险决策,应结合专业标准、实际现场及应急预案进行。

第十七章 应用场景

17.1 城市下穿道路内涝监测

重点配置道路积水深度、变化率及排水泵站运行信息,按需关联降雨监测。

17.2 城市立交桥下低洼区

在实际积水汇集位置布设非接触式水位传感器,并对必要的排水设施状态进行关联。

17.3 城市地下停车场入口

监测入口附近积水深度、控制高程及必要的挡水设施状态,为防倒灌管理提供数据。

17.4 地下人行通道

根据通道坡度、入口结构和排水条件配置积水监测,并按照实际风险需要关联相关设施状态。

17.5 轨道交通地下出入口

对具有实际防涝风险的出入口开展适用监测,相关设备和预警流程应符合对应专业安全管理要求。

17.6 城市排水泵站

重点配置进水液位、出水流量、泵组运行状态、主备供电及通信链路健康监测。

17.7 城市低洼住宅区

对历史易涝道路和公共区域布设适用积水测点,并结合实际汇水条件进行分析。

17.8 老城区易涝道路

重点监测局部积水、降雨及相关排水节点水位,为排水设施维护与治理提供依据。

17.9 城市广场及公共活动区域

根据实际积水汇集位置配置水位监测,避免将普通地表环境传感器误当作积水深度监测设备。

17.10 河道沿岸低洼区域

通过河道水位、排水出口水位及区域积水数据,辅助分析外水顶托影响。

17.11 潮汐影响排水区

对受到潮位影响的排水系统配置上下游水位监测,必要时增加流向或流量监测。

17.12 雨水调蓄设施

重点监测池内液位、进出水状态以及实际需要的供电、通信和设施结构信息。

17.13 城市地下综合管廊周边

根据出入口、排水系统和相关结构风险选配进水监测、液位及必要的环境参数。

17.14 重要挡水墙及临水结构

在结构专业评估认为有必要时配置倾角、位移、应变及相邻水位监测。

17.15 医院与学校周边易涝点

对人员活动密集且具有实际积水风险的道路和入口开展水情监测。

17.16 交通枢纽及重要道路节点

根据交通组织及地形条件配置积水监测,并提高重要终端的供电和通信可靠性设计等级。

17.17 工业园区重点低洼区域

对具有实际排水防涝风险的低洼道路、厂区公共通道和重要设施入口开展监测。

17.18 城市防涝综合示范区

对已有降雨、排水管网、泵站和空间地形数据的区域,可以构建多源综合监测与风险分析体系。

第十八章 效益分析

18.1 城市内涝风险感知效益

通过重点场景的连续水情监测,可以为内涝发展过程提供更及时的实测信息。

18.2 防涝设施运行管理效益

结合排水泵站、管网和调蓄设施的实际数据,有助于提高运行状态的透明度。

18.3 设备可靠性管理效益

供电与链路自诊断有助于主动识别监测终端运行异常,减少长期未发现的监测故障。

18.4 运维效率效益

通过设备健康状态和异常事件分类,可以更加有针对性地安排现场巡检、维修和应急处置。

18.5 地下空间安全管理价值

对地下空间入口的有效水位及相关设施状态进行监测,可以为防涝风险管理提供基础信息。

18.6 重要结构运行价值

对于确有监测需求的挡水或支护结构,相关结构测量数据能够补充反映特定构件的实际变化。

18.7 排水治理评价效益

将典型降雨事件的积水深度、持续时间及排水运行条件进行对比,可为工程治理效果评价提供参考。

18.8 防涝应急数据价值

持续保留灾害期间的水情、设备状态和处置记录,有助于复盘预警和应急流程。

18.9 全生命周期成本分析

应综合传感器、采集终端、施工、供电、电池、通信、平台和维护成本开展分析。

18.10 供电维护效益评价

可依据真实故障记录、设备电池更换周期和实际维护工时,评价供电健康监测的应用价值。

18.11 通信可靠性效益评价

通过通信失败、数据缺失和恢复时长等指标,评价链路自诊断与通信优化的实际效果。

18.12 效益评价限制

未取得实际工程数据时,不应承诺固定的内涝事故减少比例、设备在线率、经济损失减少比例或投资回收年限。

第十九章 标准规范与政策依据

19.1 GB 55027-2022《城乡排水工程项目规范》

该规范自2022年10月1日起实施,属于强制性工程建设规范,全部条文必须严格执行。

正式项目涉及城乡排水设施建设及相关工程要求时,应执行其适用规定。

19.2 GB 50014-2021《室外排水设计标准》

该标准自2021年10月1日起实施,可为城市雨污水排水系统设计及相关水力分析提供技术依据。

与GB 55027-2022现行强制性要求不一致的原有规定,应以现行强制性工程建设规范为准。

19.3 GB 51222-2017《城镇内涝防治技术规范》

该规范涉及城镇内涝防治系统、排水设施、调蓄设施和相关工程技术要求,可作为城市内涝综合监测项目的专业依据。

19.4 CJJ 68-2016《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》

适用于相关排水管渠和泵站的运行维护,为监测设备与排水设施运维工作的衔接提供参考。

19.5 GB/T 41368-2022《水文自动测报系统技术规范》

该标准自2022年7月1日起实施,可为适用的水文自动数据采集、传输和系统建设提供参考。

19.6 GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》

可用于适用电气设备外壳的防尘和防水性能评价,并应结合现行适用修改单执行。

19.7 GB 46768-2025《有限空间作业安全技术规范》

该标准自2026年5月1日起实施,属于现行强制性国家标准。涉及适用范围内的排水井、地下空间等有限空间作业时,应执行相应安全技术要求。

19.8 《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》

国办发〔2021〕11号文件提出加强城市排水防涝体系建设、重要设施节点的智能化感知和智慧平台建设,推进相关防洪排涝信息融合。

19.9 设备供电与电气安全要求

供电及电气防护设计应根据实际电压等级、现场环境、雷电风险和相应电气标准执行。

19.10 通信与信息安全要求

监测系统应根据实际网络架构和数据安全等级,实施适当的身份认证、通信保护、访问控制和日志审计。

19.11 监测设备计量与校准要求

雨量、水位、流量、倾角及其他监测设备,应根据相应测量原理和适用计量要求开展校准或现场比对。

19.12 标准适用原则

城市内涝综合监测涉及水文、排水工程、结构安全、环境监测、电气安全和数据通信等不同专业。项目应根据实际工程条件确认适用标准,并以现行有效版本及专业设计要求作为最终依据。

第二十章 成功案例

20.1 案例真实性说明

本方案未获得可以公开核验的实际项目建设记录、原始监测数据、工程验收文件和真实内涝处置成果。

因此,本章不编造实际成功案例。以下内容均为原创应用推演,用于展示多场景内涝监测系统的技术配置、分析方法和工程验证思路,不代表已经完成的工程业绩。

20.2 应用推演一:下穿道路综合内涝监测

(1)场景设定

假设某城市下穿道路存在明显低点,并配置专用排水泵站。

(2)监测目标

连续获取最低点积水深度、上涨速率及相关泵站运行信息。

(3)设备配置

在具有安全安装条件的位置布设雷达积水传感器,并接入排水泵站的有效运行数据。

(4)供电方案

假设采用市电供电,并配置具有实际续航能力的备用电源。

(5)自诊断设计

对主电源、电池状态、通信链路和水位测量质量进行实时或周期性检测。

(6)异常事件

若出现积水持续上涨,同时监测到主供电中断,系统应分别保存水情和供电故障记录。

(7)预期价值

为下穿道路积水风险管理和监测设备运行保障提供协同信息。

20.3 应用推演二:地下停车场入口进水风险监测

(1)场景设定

假设某地下停车场入口具有明显下坡通道和防水挡板。

(2)监测内容

监测入口附近的实际积水深度和变化率,并根据实际风险选配挡水设施状态检测。

(3)测量基准

确定入口门槛高程和外部水位测量参考面。

(4)水情分析

当有效外部水位接近入口控制高程时,形成风险关注事件。

(5)结构配置

如果挡水设施存在需要专项监测的位移或姿态风险,可根据结构形式增加相应监测设备。

(6)预期价值

为地下空间入口防倒灌管理提供具有明确高程依据的信息。

20.4 应用推演三:河道高水位顶托监测

(1)场景设定

假设某城市雨水排放口受到下游河道水位变化影响。

(2)监测配置

在河道和相关排水节点设置有效水位测点,并根据需要接入闸门或泵站运行状态。

(3)数据关联

比较下游河道水位和上游排水节点水位的变化时间及幅度。

(4)风险分析

当下游高水位与上游排水水位异常具有合理关联时,提示关注顶托影响。

(5)技术限制

仅凭上下游水位变化不能直接计算倒灌水量,也不能单独确定管道真实流向。

(6)预期价值

辅助识别河道水位变化对城市排水运行的影响。

20.5 应用推演四:城市内涝监测终端备用续航设计

(1)场景设定

假设某重点监测站要求在主电源中断后维持一定时间的基本水位监测和通信能力。

(2)假设可用能量

假设备用电源经过考虑效率、温度和其他损耗后,可供设备使用的有效能量为120Wh。

(3)假设负载功率

假设基本监测模式下平均实际负载功率为5W。

(4)续航计算

Tbackup = 120/5 = 24h

(5)结果解释

在假设平均功率恒定、可用能量计算准确的条件下,预计可运行约24小时。

(6)风险修正

如果设备在灾害期间增加采样、通信或本地计算负载,则实际续航可能缩短。

(7)预期价值

通过供电预算及自诊断,为重点监测站的持续运行提供工程设计依据。

20.6 应用推演五:通信链路中断自诊断

(1)场景设定

假设某内涝监测终端使用无线网络上传水位数据。

(2)正常通信

平台按照设定周期接收终端数据,并记录时间戳及通信质量。

(3)异常情况

假设某时段连续出现数据发送失败,平台无法获得最新水位。

(4)本地处理

若终端仍有电源和有效传感能力,可将必要数据保存于本地,并持续尝试恢复通信。

(5)平台处理

平台发现水位数据超过允许更新时间后,应将测点标记为数据过期或监测不可用。

(6)通信恢复

网络恢复后按实际测量时间补传历史数据,避免把补传值作为当前实时水位。

(7)预期价值

提高通信故障的可见性,减少因监测盲区而产生的错误风险判断。

20.7 应用推演六:重要挡水结构与水位联合监测

(1)场景设定

假设某地下空间入口设有经过专业设计的固定挡水结构,且需要长期观察结构姿态。

(2)水文监测

在结构外侧设置有效水位测点,记录实际水位及其变化。

(3)结构监测

在具有实际监测意义的构件位置安装倾角或其他适用传感器。

(4)数据关联

比较结构状态和外侧水位在相同时间段内的变化。

(5)异常判断

如果出现明显姿态变化,可根据结构专业控制要求安排进一步核查。

(6)技术限制

水位变化与结构姿态变化同时发生,并不直接证明结构强度不足或已经发生结构破坏。

(7)预期价值

为重要挡水设施提供水情与结构状态相互关联的长期监测资料。

20.8 实际成功案例发布要求

正式发布真实成功案例时,应提供经过核验的项目背景、监测区域、设备选型、原始水情数据、供电与链路健康记录、实际风险事件、现场处置和工程验收资料。

不应在缺少真实证据时编造设备在线率、预警成功率、经济效益和内涝事故减少比例。

第二十一章 参考文献

21.1 城市排水工程相关标准

[1] GB 55027-2022《城乡排水工程项目规范》。

官方公告:查看标准公告

[2] GB 50014-2021《室外排水设计标准》。

官方公告:查看标准公告

[3] GB 51222-2017《城镇内涝防治技术规范》。

官方公告:查看技术规范

[4] CJJ 68-2016《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》。

标准资料:查看规程资料

21.2 水文自动测报相关标准

[5] GB/T 41368-2022《水文自动测报系统技术规范》。

国家标准信息:查看国家标准

21.3 设备防护与作业安全标准

[6] GB/T 4208-2017《外壳防护等级(IP代码)》及其适用修改单。

国家标准信息:查看标准信息

[7] GB 46768-2025《有限空间作业安全技术规范》。

该标准于2026年5月1日起实施。

国家标准信息:查看国家标准

21.4 城市内涝治理政策依据

[8]《国务院办公厅关于加强城市内涝治理的实施意见》,国办发〔2021〕11号。

政策文件:查看政策原文

21.5 水文与排水监测技术参考

[9] 城市降雨观测、降雨历时统计及雨洪过程分析相关技术资料。

[10] 雷达与超声液位测量、水面高程转换及传感器数据质量控制相关技术资料。

[11] 排水管网水力分析、调蓄水量平衡及下游顶托研究相关技术资料。

21.6 结构与环境监测技术参考

[12] 结构倾斜、位移、应变和其他结构状态监测相关技术资料。

[13] 环境温湿度监测、传感器环境适应性及测量补偿相关技术资料。

21.7 供电与通信可靠性技术参考

[14] 低功耗监测终端的平均功率、电池有效容量与备用供电续航计算相关技术资料。

[15] 现场数据采集系统的通信链路质量监测、消息确认、断网缓存和数据补传相关技术资料。

[16] 分布式物联网监测终端的数据新鲜度、健康状态诊断、故障恢复和设备维护相关技术资料。

21.8 文献使用说明

各项规范、标准和技术资料分别对应城市排水工程、水文自动测报、结构监测、设备防护和作业安全等不同范围。

实际工程的传感器准确度、设备续航、通信成功率、预警时延和结构控制指标,应以适用技术要求和现场测试结果为依据。

21.9 方案综合总结

排水与城市防涝城市内涝综合在线监测方案以不同场景的实际风险为出发点,建立水文、结构、环境及设备运行健康信息相互关联的监测体系。

在水文监测方面,系统根据需要获取降雨量、道路积水深度、排水井液位、河道水位、排水流量和水位变化率等信息,用于描述内涝形成、发展及消退过程。

在结构监测方面,仅对具有明确结构风险的挡水、支护及其他重要构件配置倾角、位移、应变或裂缝监测,避免脱离实际被测对象进行传感器堆砌。

在环境监测方面,根据设备运行环境和实际安全需求,配置温湿度及其他必要环境参数。

在系统可靠性方面,将主供电输入、电池状态、充电过程、通信质量、数据时延及传感器健康作为独立的诊断指标,及时识别监测能力退化。

当市电中断但备用供电正常时,终端应按照经过设计的供电策略维持必要功能;当通信中断但设备仍能工作时,可通过本地存储保存监测记录;当关键传感器失效时,应明确提示对应监测数据不可用。

平台不应将设备在线、供电正常和水情正常混为同一状态,也不应将历史补传数据误标为当前实时测量。

不同应用场景的监测参数和预警规则应根据地形、排水系统、基础设施结构和实际风险确定。

在城市下穿道路、地下空间入口、排水泵站、河道顶托区域和重要挡水结构等场景中,系统可按照实际需要采用不同模块组合。

通过多源数据融合、供电与链路自诊断、实时风险提示、GIS空间展示和运维管理闭环,可以提高城市内涝监测体系的可观测性和运行可靠性。

正式项目应通过现场勘查、测点选址、传感器验证、供电预算、通信测试、故障模拟和系统验收确认实际性能,不能将参考选型参数直接作为未经验证的产品承诺。

城市内涝综合监测系统的最终价值,在于为城市防涝管理提供持续、有效、可追溯并具有明确质量状态的数据支持,为排水设施运行优化、重点区域风险管理和防涝工程治理评价建立可靠的信息基础。

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