城市内河在线监测系统方案

一、方案背景

城市内河是城市水系的重要组成部分,承担着行洪排涝、生态景观、水源涵养等多重功能。随着城市化进程加快,内河水环境面临水质恶化、水位波动频繁、生态功能退化等突出问题。为科学掌握内河动态变化,提升城市水环境管理精细化水平,亟需建立全天候、自动化的在线监测体系。

某市水务管理部门计划在主城区多条内河沿线部署在线监测站点,重点监控水位、流量、水质及气象参数,为防汛调度、水环境治理及生态修复提供实时数据支撑。数之能提供高效可靠的物联网解决方案。

二、前期调研

经过调研,各个监测站需要采集的设备及数据点位如下:

1、雷达水位计:水位高程、水位变化速率(RS485串口、Modbus RTU协议)

2、超声波流量计:瞬时流量、累计流量、流速(RS485串口、Modbus RTU协议)

3、多参数水质分析仪:pH值、溶解氧、电导率、浊度、氨氮(RS485串口、Modbus RTU协议)

4、雨量筒:降雨量、降雨强度(RS485串口、Modbus RTU协议)

5、气象百叶箱:气温、气压、风速、风向(RS485串口、Modbus RTU协议)

6、视频监控摄像头:河道水面影像、水位标尺识别(以太网接口,私有协议)

三、系统架构及选型

1、感知层:每个监测站点包括水位计、流量计、水质分析仪、雨量筒、气象传感器、视频摄像头、蓄电池及立杆等设备。水位、水质、气象等传感器通信接口为RS485串口,协议为Modbus RTU协议;视频摄像头则为以太网接口,协议为厂家私有协议。

2、网关层:部署数之能水文水利网关SG583,实现多类型传感器数据的一体化采集与边缘处理,采集到的数据通过4G网络、MQTT协议上报到水务管理中心的云平台,视频则通过调取厂家平台数据进行推送。

·具备3路以太网口、2路RS485/RS232串口,支持Modbus传感器及摄像头接入

·具备5GRedCap、4G、WiFi、有线以太网等多种上网方式,支持断点续传

·内置边缘计算能力,支持阈值判断、数据预处理、报警规则引擎

·具备IP30防护等级,支持-30°C~70°C宽温工作条件

·低功耗设计,支持太阳能、蓄电池及市电等供电方式

·上行协议支持SL651、SL427、SZY206、HJ212、MQTT、HTTP、TCP等

3、平台层:城市内河监测云平台接收MQTT JSON报文,解析水位、流量、水质、雨量、气象等数据,并接入视频流进行实时显示与录像回放,生成可视化数据大屏,为防汛指挥、河道调度及水环境治理提供决策依据。

四、实现功能

1、远程在线监测:管理人员无需频繁现场巡查,通过平台即可实时查看各站点水位、流量、水质、降雨及视频画面,大幅降低运维成本。

2、多级预警报警:当水位超警戒、流量突变、水质指标超标或雨量达到阈值时,系统自动通过短信、微信、邮件等方式通知相关负责人,助力快速响应。

3、数据统计与报表:自动生成小时、日、月、年统计报表,涵盖水位过程曲线、流量变化趋势、水质达标率、降雨累计量等,支持报表导出。

4、设备远程运维:通过数之能设备管理云,实现对网关及前端传感器的远程配置、固件升级、故障诊断,减少现场维护频次。

5、视频与数据融合:水位标尺图像与水位数据互为校验,视频画面辅助判断河道漂浮物、闸门启闭状态等,提升综合感知能力。

6、科学决策支撑:长期积累的监测数据可用于内河洪水模型率定、水环境容量计算、生态补水效果评估,为城市水系精细化管理提供数据基础。

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