一、方案背景
随着我国城镇化加快，城市建成区与排水管网不断扩大，但管网老化、建设标准低、维护管理滞后等问题凸显。极端降雨使城市内涝等问题频发，影响城市运行、威胁居民安全、污染城市水体。传统人工巡检有覆盖有限、响应滞后、预判不足等缺陷，无法满足城市排水管理需求。当前城市排水管网管理有三类痛点：一是状态感知不足，大多地下管网运行参数难实时获取，故障后才被动处置；二是预警预判薄弱，依赖经验难提前识别风险，应急准备不充分；三是运维效率低，管网档案分散，故障排查难，资源分配不合理。基于此，建设城市排水管网在线监测智能预警系统，依托物联网等技术实现管网实时感知、智能预警和精细化运维管理，是提升城市防洪排涝、改善水环境、保障城市安全的必然要求。
二、系统组成
本系统采用分层设计架构，自下而上分为感知层、网络传输层、平台层、应用层四个层级，各层级独立解耦，具备良好的扩展性和兼容性：
感知层：是系统数据来源，由部署在排水管网关键节点的各类监测设备组成，包括液位计、流量计、水质监测传感器、淤积监测雷达、井下视频监控、气象监测站、内涝点积水监测设备等，根据不同监测需求选择适配的传感器类型，实现各类运行参数的精准采集。
网络传输层：负责将感知层采集的数据稳定传输至平台服务器，结合地下管网通信特点，采用"有线+无线"混合组网模式：对于管网出入口、泵站等具备有线通信条件的节点采用以太网传输，保障数据稳定性；对于地下管网内部节点采用NB-IoT、LoRa等低功耗广域网传输，依托运营商公网实现数据透传，降低部署成本与布线难度。
平台层：是系统的核心支撑，包括数据存储引擎、GIS地理信息引擎、人工智能分析引擎、设备管理引擎四个核心模块，负责数据存储、清洗、分析与计算，为上层应用提供支撑。平台层兼容现有排水管理信息系统数据接口，可实现多源数据的整合共享。
应用层：面向不同用户角色提供功能服务，包括监测监控中心、智能预警管理、管网信息管理、运维工单管理、数据分析统计、应急决策支持六个核心业务模块，支持PC端、移动端多终端访问，满足不同场景下的使用需求。
三、监测设备现场部署
结合城市排水管网的布局特点与风险分布，按照"重点覆盖、分级部署"的原则设计监测设备部署方案：
设备部署优先覆盖城市内涝风险较高的老城区、下穿隧道、立交桥低点、排水主干管、合流制溢流排口等核心区域，后续可根据管理需求逐步扩展监测覆盖范围。所有监测设备采用低功耗设计，支持电池供电与太阳能补能，适应地下管网无外接电源的环境，设备防护等级不低于IP68，满足井下长期稳定运行的要求。
四、系统功能
实时监测监控
基于GIS地图实现所有监测点位的可视化展示，在地图上标注每个监测节点的位置、实时监测数据、设备运行状态，支持按片区、管网层级筛选查看，支持缩放、平移、测距等GIS基础操作。对于超标参数、异常设备自动标注提醒，管理人员可点击查看任意监测点的历史数据曲线，掌握参数变化趋势。同时支持视频监控接入，可实时查看关键节点、易涝点的现场画面，直观掌握现场情况。
智能预警分析：
系统内置多类风险预警模型，支持分级预警：预警信息支持通过平台弹窗、短信、APP推送等多种方式发送给对应管理人员，预警信息包含风险位置、风险等级、预估影响范围，支持一键导航到风险点位。
淤堵预警：基于淤积厚度监测数据结合液位变化趋势，分析管网淤堵程度，当淤积厚度超过设定阈值或液位异常上升时，触发淤堵预警；
内涝预警：结合实时降雨量、气象预报降雨数据、管网液位、易涝点积水深度，基于水文水力模型预判内涝发生风险，提前1-6小时发布不同等级的内涝预警；
溢流预警：针对合流制溢流排口，结合管网流量、液位数据，预判溢流发生概率，提前推送预警信息，支撑管理部门提前调度；
泄漏预警：针对污水管网，结合水质参数变化、压力变化，识别管网泄漏风险，及时推送预警，避免污水污染土壤和地下水。
数字管网信息管理
整合城市现有排水管网CAD档案、GIS数据，构建数字化管网数据库，实现管网属性信息、空间信息的一体化管理，支持查询任意管网段的材质、建设时间、管径、权属单位等信息，支持查看管网上下游拓扑关系，为故障排查、管网改造提供信息支撑。系统支持管线编辑、新增、删除等维护操作，可随时更新管网信息，保证数据的准确性。
运维闭环管理
系统支持运维工单全流程管理，当预警触发或设备上报异常后，可自动生成运维工单，派发给对应片区的运维人员，移动端支持接收工单、导航到点位、现场上传处理照片、填写处理结果，管理人员可在平台实时跟踪工单处理进度，形成"预警-派单-处理-复核"的闭环管理，提升运维响应效率。同时支持设备全生命周期管理，记录设备安装时间、校准时间、维修记录，自动生成设备校准提醒、更换提醒，保障监测设备运行稳定。
数据分析与决策支持
系统对长期运行数据进行多维度统计分析，生成管网运行报告、风险分布报告、运维效率报告，分析城市管网高频风险区域、常见故障类型，为排水管网改造规划提供数据支撑。在应急处置场景下，系统可结合预警风险位置，自动展示周边排水管网走向、泵站位置、排水能力、应急物资存放位置，为应急指挥调度提供决策支持。
五、智能预警核心技术
本系统采用"机理模型+数据驱动模型"结合的智能预警技术，保障预警的准确性与及时性：
一是基于城市排水管网拓扑结构，构建管网水文水力机理模型，结合实时降雨量、下渗数据、管网参数，模拟不同降雨强度下管网的液位、流量变化，提前预判内涝、溢流风险，预警准确率满足城市管理需求；二是基于历史运行数据训练人工智能预警模型，通过机器学习识别淤堵、泄漏等异常事件的参数变化特征，相较于固定阈值预警，大幅降低误报率。系统还支持模型自学习，可根据新的运行数据不断优化模型参数，逐步提升预警精度。
