雨污排水管网流量监测系统：技术架构与核心功能解析

　　城市雨污排水管网作为城市水循环系统的“地下脉络”，承担着污水收集、雨水排放与防洪排涝的核心功能。随着城镇化进程加速，管网老化、雨污混接、偷排漏排等问题频发，传统人工巡检模式已难以满足精细化、实时化管理需求。在此背景下，基于物联网技术的雨污排水管网流量监测系统应运而生，通过“感知-传输-分析-应用”的技术闭环，将地下管网运行状态转化为可量化数据，为防汛调度、污染治理与管网运维提供科学决策依据。厦门海川润泽物联网科技有限公司凭借其在水利信息化领域的深厚积累，构建了覆盖设备研发、系统集成与运维服务的全链条解决方案，成为行业技术革新的重要推动者。

　　一、系统架构：分层设计实现数据全链路管理

　　雨污排水管网流量监测系统采用模块化分层架构，由感知层、传输层、平台层与应用层构成，各层级协同工作，确保数据采集的精准性、传输的稳定性与决策的实时性。

　　(一)感知层：多参数融合监测设备构建数据基础

　　感知层是系统的“神经末梢”，直接决定数据质量。厦门海川润泽针对雨污管网复杂环境，研发了多类型高精度传感器，实现流量、液位、水质等核心参数的同步监测。

　　多普勒超声波流量计

　　该设备基于多普勒效应原理，通过发射高频超声波信号并接收流体中悬浮颗粒反射的回波，计算流速与流量。其核心优势在于：

　　抗干扰能力强：采用200kHz超声波脉冲与三维流场建模技术，可在含沙量30kg/m³的污水中保持±2%的测量精度，突破浑水测量瓶颈;

　　多参数集成：同步监测流速、水位、温度等参数，流速分辨率达0.01m/s，支持满管与非满管工况自动切换;

　　自适应校准：内置流速梯度算法，通过多声道阵列采集不同水层数据，动态修正测量系数，解决管道淤积导致的精度衰减问题。

　　雷达水位计

　　针对管网内腐蚀性强、维护难度大的特点，雷达水位计采用FMCW(调频连续波)模式，通过发射高频微波信号并接收水面反射信号计算水位高度：

　　非接触式测量：避免与污水直接接触，降低设备腐蚀风险，波束角仅8°，减少井壁干扰;

　　高精度与低功耗：测量精度达±3mm，平均功耗≤30mW，单次充电续航周期长达6个月，适配潮湿腐蚀环境;

　　智能补偿：集成温度传感器与压力传感器，自动修正环境因素对测量结果的影响。

　　水质监测模块

　　集成光学传感技术，可实时监测COD(化学需氧量)、氨氮、pH值等关键指标：

　　无试剂检测原理：通过多光谱分析技术识别污染物特征，避免化学试剂二次污染;

　　自清洁功能：配备自动清洗装置，防止微生物附着影响精度，降低维护成本;

　　高防护等级：IP68防护等级与防腐蚀材质外壳，确保在高悬浮物、强腐蚀环境中长期稳定运行。

　　(二)传输层：双模通信保障数据可靠传输

　　传输层是系统的“信息通道”，需适应管网分散、网络条件复杂的场景。厦门海川润泽采用“LoRa+4G/5G”双模通信体系，实现数据传输的可靠性与经济性平衡：

　　LoRa通信模块：适用于居民区、工业区等支管网监测点，通过扩频调制与信道跳频技术，在复杂地下环境中保持稳定连接，单基站覆盖半径达3公里;

　　4G/5G模块：用于主干管网与关键节点，支持高速数据传输与实时预警;

　　断网续传机制：设备内置存储单元，可缓存48小时监测数据，网络恢复后自动补传，确保数据完整性。

　　(三)平台层：数字孪生与AI算法赋能智能分析

　　平台层是系统的“智慧大脑”，通过大数据、机器学习与数字孪生技术，实现从数据采集到决策支持的闭环管理。

　　数据管理与存储

　　采用分布式数据库，支持海量历史数据存储与快速检索;

　　集成GIS(地理信息系统)，将监测数据与管网拓扑结构叠加，实现空间可视化分析。

　　智能预警模型

　　流量异常检测：基于LSTM神经网络，学习历史数据中的正常流态模式，自动识别管道破裂、非法排污等异常事件;

　　内涝预测：结合气象预报数据与管网水力模型，预测未来24小时管网负荷变化，提前识别易涝点。

　　数字孪生建模

　　构建百万级网格单元的管网数字孪生模型，模拟不同降雨强度下的排水路径，优化防汛调度方案;

　　通过实时数据反馈修正模型参数，提升预测精度。

　　(四)应用层：多场景联动实现精准决策

　　应用层是系统的“价值出口”，将分析结果转化为可执行的决策指令，支撑防汛应急、管网运维与污染治理等场景。

　　防汛调度

　　与排水泵站、闸门等设备联动，根据实时流量与水位数据自动调整排水强度，避免管网超负荷运行;

　　集成应急广播系统，向低洼地区居民推送预警信息，缩短内涝响应时间。

　　管网运维

　　通过流量-液位-降雨三维度数据融合，识别管网瓶颈段(如管径突变、淤积点)，指导精准疏浚;

　　评估管网健康状态，预测管道腐蚀、接口渗漏等潜在风险，优化维修计划。

　　污染治理

　　联动水质传感器，溯源偷排漏排事件，锁定污染源头;

　　在合流制管网中监测污水流量，当降雨量超过截流倍数时，自动关闭溢流口，减少河道污染。

　　二、核心技术创新：突破传统监测技术瓶颈

　　厦门海川润泽通过多项技术创新，解决了雨污管网监测中的关键难题，推动行业技术升级。

　　(一)浑水测量技术：高频脉冲与三维建模突破精度限制

　　传统超声波流量计在泥沙含量高的污水中易因颗粒物干扰导致测量失真。海川润泽研发的多普勒超声波流量计采用200kHz高频脉冲技术，结合三维流场建模算法，可同步采集不同水层流速数据，构建动态修正模型。即使在含沙量30kg/m³的极端工况下，仍能保持±2%的测量精度，满足污水管网长期监测需求。

　　(二)非接触式水位监测：FMCW雷达降低维护成本

　　接触式水位计(如压力式)需与污水直接接触，易因腐蚀导致测量误差，且维护频率高。海川润泽的雷达水位计采用FMCW模式，通过发射高频微波信号并接收水面反射信号计算水位，实现非接触式测量。其毫米级测量精度与微功耗设计，可满足泵站、检查井等关键节点长期稳定运行需求，单次充电续航周期长达6个月，显著降低运维成本。

　　(三)低功耗广域通信：LoRa技术适配复杂地下环境

　　雨污管网监测点分散，且多位于地下深处，传统通信方式(如GPRS)易受信号衰减影响。海川润泽采用LoRa通信技术，通过扩频调制与信道跳频算法，在复杂地下环境中仍可保持稳定连接，单基站覆盖半径达3公里。同时，设备集成多协议转换功能，可同时接入流量计、水位计、水质传感器等设备，实现数据本地预处理与加密传输，提升系统兼容性。

　　(四)区块链存证：保障数据可信性与合规性

　　在水权交易、排污许可等场景中，数据可信性是决策基础。海川润泽将区块链技术引入监测平台，所有流量、水质数据经加密处理后上链存证，确保数据不可篡改。在河北地下水超采区治理项目中，区块链存证为农业水权交易提供了可信计量依据，促进了水资源合理配置。

　　三、系统部署：科学规划与标准化安装保障数据质量

　　系统部署需结合管网拓扑结构、水文特征与运维需求，科学规划监测点位与设备安装方式，确保数据代表性。

　　(一)监测点位选择原则

　　主干管网：在污水干管接入污水主干管前、污水主干管接入污水处理厂前设置监测点，监控管网整体负荷;

　　关键节点：在管道汇流处、管径突变处、长距离运输管道设置流量与水位监测点，识别瓶颈段;

　　易涝区域：在下穿道、隧道、下沉式广场等低洼区域的主干雨水管道设置水位监测点，提前预警内涝风险;

　　污染溯源：在重点排水户排口、合流制溢流口设置水质与流量监测点，定位偷排漏排源头。

　　(二)设备安装规范

　　流量计安装：

　　选择水流平缓、无回流漩涡的直线井段，避开排水口、落水井等干扰位置;

　　若需在管道结合处附近安装，应选在水位较低一侧，且距拐点至少10倍管道直径距离;

　　采用不锈钢安装支架，确保探头完全浸入水中且不与管道壁接触，线缆用波纹管保护，防护等级达IP68。

　　水位计安装：

　　通过L型不锈钢支架固定于井盖正下方，保证水平安装，波束垂直投影至井内水面;

　　设备支架距井口不超过30cm，避免安装过深影响信号传输。

　　供电系统安装：

　　锂电池供电模块安装于井口附近，便于通讯与电池更换;

　　配置防雷装置，雷雨季节加强线路巡检，防止雷击导致设备损坏。

　　四、运维管理：全生命周期服务保障系统稳定性

　　系统长期稳定运行依赖科学的运维管理体系。厦门海川润泽提供从设备安装调试到后期运维的全流程服务，通过远程维护、现场巡检与应急响应机制，确保数据质量与设备寿命。

　　(一)远程维护

　　日常监控：每日对站点监测数据与设备运行状况进行远程监视，审核数据有效性，诊断设备状态;

　　参数调整：通过远程控制对仪表进行参数设置、复位、测试与校准，支持24小时零点漂移和量程漂移核查;

　　故障预警：通过运维管理平台统计巡检频次、质控频次与故障响应情况，结合数据获取率与有效率评价站点运行状态。

　　(二)现场巡检

　　日常巡检：每月检查管网是否有堵塞现象，清洗雨量桶承雨筒，校正水位传感器数据;

　　定期养护：每季度对工控机进行断电重启，检查串口通讯是否正常;每月对网络通讯设备进行断电重启，确保通讯稳定;

　　耗材更换：定期更换锂电池、硬盘、存储卡等易损件，确保系统长期运行。

　　(三)应急响应

　　数据异常处理：发生数据异常时，远程启动标样核查与留样复测，初步判定仪表状态并记录上报;

　　设备故障修复：故障响应时间不超过8小时，24小时内解决问题;若故障无法排除，48小时内更换备机;

　　极端天气应对：在台风、暴雨等强降雨天气前，对关键监测点进行非常规巡检，加大设备维护力度，保障数据准确性。