“智慧海绵城市”(SSC)监测评价体系整体解决方案

一、方案简介

无论是内涝防治、黑臭水体治理，还是海绵城市规划设计及建设、评估，乃至未来智慧城市的建设，都需要有全面、致密、大量的城市水文监测数据和先进模拟仿真技术作基础支撑，唯有如此，决策才有据可依，规划设计才会合理，建设过程才可追溯，实施效果才会长久。

鉴于监测数据和模拟仿真技术对于城市规划、建设、运行的重要性，武汉新烽光电基于新型的测量传感设备，合理布设各类海绵体监测站点，依托城市水文模拟仿真软件，通过物联网、云计算和大数据平台，构建智慧海绵城市（Smart Sponge City，缩写为SSC）监测评价系统整体解决方案，完成对城市水循环过程的全方位立体监控，解决“有多少水、水在哪里、往哪里去”的问题。

二、系统组成

“智慧海绵城市”监测评价系统拓扑图

“智慧海绵城市”监测评价系统由四部分组成：传感层、传输层、平台层以及展示层。传感层主要包括流量传感器、水位传感器、雨量传感器、水质分析仪、土壤墒情传感器、空气温湿度传感器、下渗率传感器和视频采集摄像机等组成，主要功能是实时在线采集流量、水位、雨量、土壤墒情、渗透率、空气温湿度、水质以及视频等信息。传输层由专用RTU和电信公网组成，主要功能是实时读取和处理各类传感器数据并将数据传输到平台层。平台层主要包括综合信息管理系统，对接收到的信息进行收集、存储、整理、分析，并以数据为基础对“海绵城市”经低影响开发设施改造后的效果进行评估。展示层主要由控制中心展示屏和现场LED屏等组成，支持远程定时更新数据，其最核心的功能在于向公众快速、真实的展示“智慧海绵城市”运行情况，模拟“海绵城市”两水分配形式和运动状态，从而对“海绵城市”建设成果进行评价。

 

三、系统特点：

“智慧海绵城市”监测评价系统综合管控平台利用自动和远程监测技术、通信及计算机网络技术、空间地理信息技术、物联网技术、云计算技术等，建设综合管理平台，实现“海绵城市”建设信息化管理、自动化监测、实时化调度、科学化决策、网络化办事、规范化服务。

该评价系统建立城市水系统模型，对现场采集的数据资源进行梳理，完善共享与交换平台，建设一个完整、规范的数据中心，将数据规整入库，建立统一稳定的模型数据交换机制。通过历史降雨资料电子化、历史降雨样本统计分析、暴雨模型研究，同时结合排水数据录库、管渠模型搭建、港渠模型搭建、湖泊模型搭建等，建立2D模型；通过地表高程数据处理、下垫面解析建立3D模型。模型应用于“海绵城市”排水系统模拟计算评估、雨水系统模拟计算评估、合流制系统雨天溢流计算评估、实时预警预报、排水系统优化运行以及规划方案校验，最终实现“海绵城市”的监测评价系统的模型化和可视化。

四、平台功能

海绵城市综合信息管理平台，面向业务领导及时掌握海绵城市建设进展信息的需求，是海绵城市项目信息、考核信息、规划信息、事实监测统计信息、法律法规等综合信息的有机组合，并基于海绵一张图GIS平台，展现各类海绵城市专题图，是海绵城市建设成果的直观展现平台，还实现了建模、科研等成果在海绵平台上的应用与对接，同时相关信息也可以通过手机APP等平台得以展示和进行监控。

五、硬件产品：

1.激光水位计

型号：WGX20-A-1

规格：Φ110mm、Φ75mm

量程：5m、10m、20m、30m、40m

精度：±3mm

分辨率：1mm

供电：DC6V~26V

功耗：测量<100mA（12V），待机<9mA（12V）

接口：RS485接口标准Modbus-RTU协议（可选4mA~20mA）

储存温度：-30℃~65℃（无凝露）

工作温度：-20℃~60℃（无凝露）

光束角：小于0.01°

盲区：<5cm

2.容栅式雨量计

型号：XF-SRY-1

承雨口径：Φ200.60mm
刃口锐角：40°～45° 测量精度：0.1mm

示值误差：一次性降雨≤10mm，误差≤±0.2mm

一次性降雨＞10mm，误差≤±2%

雨强范围：0.01mm～4mm/min（允许通过最大雨强8mm/min
)

工作电压：DC10V~24V

功耗：

静态：≤0.4w

瞬间动态：≤3.6w

环境温度：0℃～50℃

相对湿度：<95% ( 40℃ )

尺寸重量：Φ680mm×232mm

3.多普勒超声波流量计

型号： XF-LSX-1

流速：流速范围：0.02m/s~5m/s，流速精度：1.0%，流速分辨率：1mm/s

水位：水深测量（超声波水位计）：0m~5m，分辨率：1mm，精度：±1cm

水深测量（压力水位计）：0m~5m，分辨率：1mm，精度：±1cm

温度测量范围：0℃~60℃ 温度分辨率：0.1℃

流量范围：0.001m³/s~1000m³/s
，分辨率：0.0001m³/s，流量精度：测量流量的±3%

电源：直流10V~14V或者交流220VAC

防护等级：IP68（探头）

工作温度：0℃~60℃

储存温度：-20℃~85℃

输出信号：RS485接口标准Modbus-RTU协议（可选4mA~20mA）

适用场景：
可测量各种截面的满管、非满管、明渠、河流、污水排放渠或管道（下水道）流量，可测试正向或反向流速与流量

采用双水位（压力与超声波）传感器设计，避免由于水面波动，漂浮物，水底淤积等影响。

 

4.遥测终端机（RTU）

型号：XF-RTU-N

供电范围：DC6V~26V

待机电流：< 0.9mA（12V）

工作电流：< 6mA（12V）

工作温度：-30℃~60℃（无结冰）

工作湿度：< 95%RH（无凝露）

存储温度：-40℃~80℃

外形尺寸：172x114x33mm（长x宽x高）

特点：

符合《SL180-2015 水文自动测报系统设备遥测终端机》相关要求。

符合《SL651-2014 水文监测数据通信规约》要求。

一体化设计：集成DTU通信模块，支持GPRS/CDMA2000。

支持外置DTU或北斗通信模块，覆盖范围广。

工业级设计：金属屏蔽外壳，抗干扰。

接口丰富、标准、易用，支持常用以及定制传感器，兼容modbus-rtu、4~20mA、SDI、脉冲信号等。

大容量数据存储空间，内置存储可存储20年数据，支持最大128GB存储卡扩展。

多种通信方式：可支持GPRS、CDMA2000、GSM短信等。

低功耗设计：待机功耗<0.9mA 。

本地配置方式：所有参数现场均可配置 。

远程管理功能：可以远程升级以及配置、重启等，方便易用。

人性化功能：自动话费查询，信号强度上报 。

设备采用Micro USB接口，无需RS232转换模块，直接与笔记本进行通信
。

安全报警功能：支持柜门开启报警 。

支持同时向三个中心站发送报文与短信。

5.墒情传感器（土壤温湿度传感器）

型号：XF-S-CG

湿度测量原理：FDR频域法
湿度测量参数：土壤容积含水量θV

湿度单位：%（m³/m³）
湿度量程：0%~100%（m³/m³）

湿度精度：±2%（m³/m³）
温度范围：-30℃~70℃

温度精度：±0.5℃

测量区域：90%的影响在围绕中央探针的直径为3cm、长为6cm的圆柱体内

稳定时间：通电后约1秒
响应时间：响应在1秒内进入稳态过程

密封材料：ABS工程塑料 探针材料：不锈钢

电缆长度：标准长度10m ，最长长度400m

6.浊度分析仪

测量性能

量程：0~100NTU，0~500NTU，0~1000NTU，0~4000NTU

分辨率：小于100NTU,0.1NTU; 大于100NTU,1NTU

精确度：读数的±2%，10NTU 以内时误差不大于 1NTU

24h漂移：±5%

标定：出厂标定，一年无需校准，可现场标定

可靠性：MTBF≥1440h

环境温度：-5℃~50℃

光路：90度和135度双路散射光

输出：数字接口： RS485/MODBUS协议

供电：直流供电：直流12V，允许波动±15%

材质：不锈钢探头

六、建设案例

武汉海绵监测建设：

武汉海绵试点地点为临江港湾，监测数据有水位、流量、PH、SS，雨量，并以KT展板的形式于试点区展示宣传系统组成和主要设备，实时采集的数据可通过手机、平板APP或者web端查询，系统可实现查询站点管理信息、站点分组管理以及报表查询，并将数据导出等功能。

重庆海绵试点建设：

重庆海绵城市监测与信息平台：共十个站点，完成流量、悬浮物信息采集、传输等功能，数据展现在APP与WEB平台上。

深圳海绵试点：

深圳海绵试点监测：试点于深圳大学土木学院，监测参数为流量、液位、温湿度、土壤墒情，完成从水信息采集、传输到数据展现的基本功能，能用APP或网页查看数据。

镇江海绵试点监测：

镇江市海绵城市径流监测系统第一期共有4个站点：江滨新村2个（采用涡轮流量计监测盲管出口流量）、中山桥1个（采用多普勒超声波流量计监测雨水排口流量）、江滨泵站1个（采用多普勒超声波流量计监测雨水排口流量+采用污泥浓度计监测SS）。监测参数：流量、SS、土壤墒情等。可以用手机APP和PC端网页看数据。