随着城市化进程不断加快，城市地下排水管网作为重要的基础设施，其运行状态直接关系到城市安全、环境保护和公共健康。近年来，国家大力推进城市更新与“智慧城建”，住建部、发改委等多部门联合印发《关于加强城市内涝治理的实施意见》，明确要求运用现代信息技术，提升排水管网实时监控、预警与调度能力。在此政策背景下，本地下排水管网自动化监测解决方案应运而生，旨在通过智能化手段筑牢城市生命线工程的安全防线。

本方案以“感-传-知-用”为核心理念，构建智能闭环系统。通过优化关键节点布设高精度传感器，形成立体监测网络；采用NB-IoT/5G等混合通信技术，确保数据可靠回传；将实时数据与水力模型及数字孪生深度融合，实现从“事后应对”到“事前预警”的转变，精准预判内涝与溢流风险。该方案使隐蔽的排水管网成为可视、可测、可控的智慧生命体，全面提升城市韧性与安全治理水平，有效保护人民生命财产安全。

一、背景与核心价值

1.政策背景

国家层面密集出台相关政策，推动城市基础设施智能化升级。

《关于加强城市内涝治理的实施意见》等文件明确提出运用物联网、大数据、人工智能等技术，提升排水管网监测预警能力。

2.核心价值

1.安全预警，防灾减灾：

实时监测水位、流量等关键参数，结合气象数据，精准预测内涝、溢流风险。

提前发布预警信息，为应急响应争取宝贵时间，最大限度减少灾害损失。

2.科学运维，降本增效：

替代传统人工巡检，降低人力成本与安全风险。

基于数据分析优化清淤、养护计划，延长设施寿命，提高运维效率。

3.辅助决策，智慧规划：

长期监测数据为管网改造、扩容提供科学依据。

结合城市规划需求，为新建区域排水系统设计提供数据支持。

4.污染溯源，环保监管：

实时监测水质变化，快速定位偷排、乱排等污染源。

为环保执法提供精准证据，助力水环境保护。

5.系统健康评估：

综合分析管网淤积、负荷、结构健康状况。

为管网维护、修复与更新提供决策依据，提升系统整体健康水平。

二、系统架构与监测内容

1.系统架构

本方案采用分层设计的系统架构，确保各层级功能明确、协同高效：

感知层：

由部署在检查井、泵站、溢流口等关键节点的各类传感器与智能仪表构成。

负责采集管网前端的物理与化学数据，包括水位、流量、水质、雨量、有毒有害气体等。

传输层：

依托NB-IoT、4G/5G、LoRa等物联网通信技术，构建稳定可靠的无线传输网络。

确保感知数据实时、无损地汇聚至云端数据中心。

平台层：

在云数据中心整合数据接收、存储、处理、分析、建模与可视化能力。

将原始数据转化为业务洞察，支持实时监控、预警预测与决策分析。

应用层：

面向管理人员，提供直观的用户界面。

功能包括监控、预警、报表及决策支持，实现数据价值向管理行动的闭环。

2.核心监测内容与传感器选型

水力水文监测：

设备：超声波液位计、多普勒流量计等。

用途：精准获取水位与流量数据，判断管道充满度、淤积状况，为水力模型校准提供依据。

水质指标监测：

常规参数：pH、温度、溶解氧、电导率、浊度（多参数水质传感器）。

污染溯源：COD、氨氮在线分析仪（部署于关键节点）。

雨量监测：

设备：翻斗式雨量计。

用途：为内涝预警模型提供核心输入。

有毒有害气体监测：

设备：甲烷、硫化氢等气体传感器。

用途：保障运维人员安全，预防安全事故。

视频监控：

设备：防爆防水摄像头。

用途：实现对溢流等现场状况的远程可视化管理。

三、数据传输与通信网络

根据现场环境和需求，选择最合适的通信方式：

1.NB-IoT（窄带物联网）：

优势：深度覆盖（适合井下）、低功耗（电池供电可达数年）、大连接、成本适中。

场景：分布广泛、数据量小、实时性要求不极端的液位、水质等监测点。

2.4G/5G：

优势：高带宽、低延迟。

场景：需要传输视频图像、或位于城市信号良好区域的泵站、大型监测站等。

3.LoRa（远距离无线电）：

优势：自组网、功耗极低、传输距离远。

场景：没有运营商信号覆盖的偏远区域，需自行建设网关。

四、软件平台与核心功能

软件平台是解决方案的指挥中心，通常以Web或移动APP形式提供，具备以下核心功能：

1.一张图总览：

基于GIS地图，集成所有监测点位置和实时状态（正常、预警、报警），一目了然。

2.实时监控与告警：

多级阈值告警：设置不同等级（如提醒、预警、报警）的阈值，水位、水质超标时立即触发。

多渠道通知：通过短信、APP推送、邮件、语音电话等方式，将告警信息第一时间推送给责任人。

3.数据分析与报表：

历史数据查询与曲线对比：支持任意时间段、多参数的数据曲线对比分析。

自动报表：自动生成日报、月报、年报，统计运行指标，减轻人工工作量。

4.水力模型与预测预警：

核心智能功能。将实时监测数据（水位、流量、雨量）接入水力模型，进行动态模拟。

内涝预测：结合天气预报，提前数小时预测可能发生内涝的区域和严重程度。

溢流模拟：预测合流制管网的溢流风险和时间。

5.设备管理与运维：

对现场所有监测设备进行生命周期管理，包括设备信息、维护记录、电池电量监控、故障诊断等。

6.数字孪生与模拟仿真：

基于实时数据构建排水管网数字孪生模型，支持运行状态模拟与方案预演。

为管网优化、应急调度提供可视化决策支持。

五、实施步骤建议

1.需求分析与方案设计：

明确监测目标（防涝、控污、运维），确定监测点位、参数和预算。

2.现场勘察与点位确认：

实地查看检查井条件（深度、管径、环境），确定设备安装可行性。

3.设备选型与采购：

根据设计选择性能稳定、防护等级高（通常IP68）、适合长期野外工作的设备。

4.安装与调试：

专业施工，确保安装牢固，传感器位置正确（如流速计需对准管道中心）。

完成设备上电、联网、平台注册和参数配置。

5.平台部署与培训：

部署软件平台，对管理人员进行系统操作、数据解读和应急响应流程的培训。

6.运行维护与优化：

定期巡检（远程+现场），清洁传感器，校准仪表。

根据运行数据，持续优化监测点位和告警阈值。

六、成功关键因素

1.精准的监测点位布设：

点位决定数据的价值，应基于水力分析和业务痛点进行科学规划。

2.稳定可靠的数据质量：

传感器精度和稳定性是基础，需建立定期校准和维护制度。

3.业务与模型的深度结合：

自动化监测的真正价值在于与水力模型结合，实现从“看见”到“预见”的飞跃。

4.健全的运维管理机制：

建立配套的预警响应流程和运维团队，确保系统长效运行。

5.持续优化与迭代升级：

根据实际运行情况和业务需求，不断优化系统功能与性能。

七、预期效益与展望

通过实施本方案，管理部门可以将传统的“被动响应”模式转变为“主动预警、智能决策、精准运维”的现代化管理模式。具体效益包括：

提升城市安全水平：减少内涝、溢流等事件发生，保障人民生命财产安全。

降低运维成本：通过精准运维，减少不必要的清淤、养护工作，延长设施寿命。

增强应急响应能力：提前预警，为应急响应争取宝贵时间。

推动智慧城市建设：为城市基础设施智能化升级提供示范，推动城市治理现代化。

未来，随着物联网、人工智能、数字孪生等技术的不断发展，地下排水管网自动化监测系统将更加智能化、精细化，为城市安全与可持续发展提供更强有力的支撑。

本方案提供的不仅是一套硬件和软件的集合，更是一套完整的城市排水管网管理方法论。通过实施此方案，管理部门可以构建一个更安全、更高效、更智慧的城市“地下生命线”管理系统，全面提升城市韧性与安全治理水平。