城市内涝监测系统解决方案
一、现状分析
城市内涝
城市中心区路网比较复杂的道路则更为明显，路面存在积滞水严重影响道路行车安全及畅通。近年来我国由暴雨引发的城市道路积水现象严重且更为频繁，对城市交通、出行者安全和社会经济造成了很大危害。因此，及时为出行者提供积水预警信息，让其绕行或改线就显得十分必要。道路积水原因分析如下：就是随着我国城市化进程的进一步加快，城市道路建设得到了快速的发展。在城市道路建设发展的同时，由于种种原因及各方面因素的制约，每到暴雨季节，道路上就会出现严重的积水现象，专门
1.1不透水地面增加
大都被水泥、沥青及其他路用材料覆盖。大量拓展的公共建筑、城市广场、居住小区等用地占用地表空间，降落于这些地表面的不透水路面增加，随着城市大规模建设,直接裸露在外的地表越来越少了，地面水只能通过覆盖层汇流到设置于道路、居住区、公共建筑等区域的雨水井收水口，进入到排水系统中，当雨水口间距过大、收水口面积太小，或者是雨水口被堵塞时，就会排水不畅，产生路面积水。
1.2雨水道设计标准过低
我国的城市建设历来是重地面、轻地下，重看得见的、轻看不见的，改革开放经济发展后，城市大发展带来了基础建设的大发展，但默默无闻的地下雨水道仍然用超低标准设计，几十年来，《室外排水设计规范》在重现期上虽然也做了小量调整，但上限提高远比下限提高得多，而真正常用的恰恰是下限，上限实际上是很少用甚至根本不用的，因此，实际标准提高有限。
1.3雨水道设计重现期过小
几十年来，欧美国家的城市雨水道设计标准一般用重现期10 a，日本用5~10 a，干管的重现期甚至用到50 a以上。对比我国历版《室外排水设计规范》所用重现期1~3a (实际常用1a)，相差之大一目了然。
此外，排水体制不健全，管网未形成系统；低洼地段地下通道排水设施不配套；重建轻管，维修养护不到位；前期工作不充分或规划设计滞后，使排水管网先天不足或与城市建设发展不相适应。种种原因，皆使得排水能力不足，遇到暴雨，使得积水路段成水乡泽国，严重影响了居民正常出行，还对附近居民造成严重财产损失以及人身安全威胁。
受城市空间的限制，防洪标准不可能无限地提高，在城市出现灾害性天气时，加强应急预案和抢险救灾更为重要。例如，当一个地方出现积水断路的时候，如果能尽早报警、加强现场的疏导和指挥，开车的人就可能停驶，避免驶入低洼地发生事故。然而目前，积水信息多以人工观测为主，文难以准确快速的传输到相关部门，导致管理人员难以及时掌握积水的位置和水深，积水得不到及时的处理。
二、方案依据
执行的国家规范、行业标准：
- 《城镇给水排水技术规范》GB 50788-2012；
- 《外壳防护等级（IP代码）》GB-4208；
- 《室外排水设计规范》GB 50014-2006(2014年版)；
- 《城镇内涝防治技术规范》GB 51222-2017；
- 《海绵城市监测技术指南》；
- 《降水量观测仪器》GB/T 21978.2-2014；
- 《水文测报装置遥测雨量计》GB/T11831-2002；
- 《水位测量仪器》GB/T 11828.5-2011；
还有其他与项目相关的国家标准、物联网行业标准等。上述规范或规定等如有最新版本按照最新版本执行。
三、方案能效
3.1、构建城市内涝态势感知体系
在城市易涝点、低洼路段等布设内涝监测设备、积水监测设备，集水位监测、雨量监测、预报、内涝风险预警等功能于一体，实现对内涝积水点、管网运行情况的全面感知，为城市防汛供应坚实的技术保障。
3.2、建立城市内涝智能预警系统
通过持续监测城市低洼易涝点积水深度信息和雨情雨量，结合城市内涝预警模型，对城市内涝态势进行持续分析，给出内涝风险预警，为指挥调度人员提供数据预警依据资料。
3.3、优化管理运维效率，助力城市内涝治理降本增效、持续向好
不断的优化提升管理运维效率，改善城市内涝风险感知和分析能力，提高城市内涝灾害防控能力，有效减少内涝损失，又使用了数字化数据感知、采集手段，大大减少了人力投入，助力生态环境治理降本增效、持续向好
3.4、打造时空数据库，不断提升城市抗涝能力
通过保留历史内涝信息，按照一定时间周期进行对比，评估城市抗涝水平，为城市排水工作、抗涝工作提供数据参考，助力城市抗涝水平不断提高。
四、解决方案
4.1、系统概述
城市内涝监测系统主要在城市易积水点、易涝点布设内涝监测设备、积水监测设备，对易积水点、易内涝点的水位、降雨量进行实时监测，利用无线物联网传输给远程管理平台或移动手机用户、预警信息屏。当达到预警阈值时，预警信息屏文字提示预警，远程管理平台、手机用户实时接收到预警信息提示。
城市内涝监测解决方案为加强城市排水基础建设，保障城市建设的系统性和完整性，城市内涝监测解除系统集水位监测、预报、内涝风险预警等机制于一体，为城市防汛给出坚实的技术保证。
本系统可将相关路段内涝报警实时素材接入公安交警交通指挥平台，使交警能及时掌握重点路段内涝情况，在积水超过危险水位时，通过路口红绿灯管制、交通诱导屏警示、人员实地指挥、交通广播播报等方式保证交通安全。同时，内涝报警数据可以与主流导航软件如：高德地图、百度地图、腾讯地图合作，在路径规划和实时导航中避开内涝地点，实现提前规避风险，达到安全通行目的。
4.2、系统架构
系统采用分层分布式架构设计，主要组成部分有感知层、网络层、通信服务层、应用层，总体架构设计如下图所示。
系统架构图
4.2.1感知层
信息采集的关键部分。就是感知设备位于物联网结构中的最底层，依据传感网络获取感知信息。感知层是物联网的核心，
4.2.2网络层
数据传输的重要通道，网络层主要采用4G通信网络，具备覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。就是网络层是数据通信的核心，
4.2.3通信服务层
通信服务层主要是实现内涝监测设备数据的汇集与数据管理，并提供Socket通讯服务、Data base存储服务、Web Service、MQTT代理服务、App回调服务，实现系统数据与城市内涝监测管理平台对接，为管理平台等应用层提供专业、全面、可靠、稳定的数据通信服务。
4.2.4应用层
应用层为城市内涝监测系统平台及第三方应用平台，为运维部门、管线权属单位等相关部门提供数据展示、决策分析等信息服务，实现对监控区域内的液位、雨量、视频状况进行集中展示与监管，为紧急情况处理、辅助决策判断、综合规划发展等提供承受。
五、系统功能
5.1、实时监测告警
实时监测城市内涝状态，根据预先设定报警规则，对现场液位的异常情况进行实时告警监测。当液位超出阈值时，平台端以及本地立即触发报警，通知相关负责部门采取措施，现场声光报警器以及LED显示屏实现本地报警以及液位信息实时更新展示，体系还会对不同等级的液位进行不同等级的告警。
5.2、GIS地图展示
在电子地图上显示现场位置信息、基础信息、实时状态等，也可以凭借文本形式展示监测位置、基础息、实时状态、历史状态记录等信息。
5.3、视频监控
视频监控是城市内涝实时监控的物理基础，管理部门可利用它获得有效数据、图像或声音信息，对突发性异常事件的过程进行及时的监视和记忆，例如道路水位过高、人为破坏设备等状况的及时掌握，用以提供高效、及时地指挥和调度、处理突发事件等。
5.4、数据分析
系统软件具备数据存储、数据查询、数据统计、曲线分析等功能，可导出为EXCEL报表或直接打印。通过对系统中大量的液位数据、雨量数据进行深度挖掘，结合管网其他子系统材料，从不同角度、不同维度、不同应该等方面，对各种数据进行重组、汇总及对比分析，挖掘出更有利于提升排水防涝管理水平和效率的有价值数据。
六、选型原则
根据内涝监测设备应用场景不同，采用对应的一杆式内涝监测站、立杆式积水监测仪。内涝监测设备的选型原则如下：
设备应用环境会出现水淹情况，选型的设备需采用IP68防水防尘设计的设备；
设备应用环境属于易积水环境，湿度大，存在少量盐雾，比较容易滋生霉菌，选型的设备具备较好的“三防”特性；
设备安装于户外，监测点位分散，选型的设备供电方式可有市电供电、太阳能或电池供电根据应用场景进行选择；
设备安装于隧道、立交桥下或路沿等，选型的设备需采用4G等穿透性强的无线通讯方式。
