近年，全球氣候變化加劇，暴雨洪澇等災(zāi)害突發(fā)性、極端性、反常性特征越來越明顯。今年7月，北方多地遭遇極端強降雨。河北易縣累計雨量達464.6毫米，內(nèi)蒙古呼和浩特四天降雨超常年半年總量，北京市全市平均降水量165.9毫米，個別地區(qū)達到543.4毫米……南方部分地區(qū)也接連遭遇罕見暴雨，出現(xiàn)不同程度的內(nèi)澇。
“城市看海”“逢大雨必澇”已成為城市的一種通病。面對復(fù)雜條件下城市洪澇防控的新挑戰(zhàn)，山東仁科利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺等技術(shù)，自主研發(fā)出能夠24小時對城市易積水點進行監(jiān)測與管理的積水監(jiān)測系統(tǒng)，提高城市洪澇災(zāi)害的防御能力。
積水監(jiān)測系統(tǒng)——功能優(yōu)勢
積水監(jiān)測系統(tǒng)主要由地埋式積水測點和積水監(jiān)測站組成，集“水位監(jiān)測、內(nèi)澇預(yù)警、自控排水、數(shù)據(jù)遠程傳輸”等功能于一體，可助力相關(guān)部門全面掌握城市內(nèi)澇狀況，實現(xiàn)排水統(tǒng)籌調(diào)度，建立起城市內(nèi)澇“數(shù)據(jù)可視化、管理信息化、指揮調(diào)度智慧化”的監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
地埋式積水測點作為測量地面積水的重要設(shè)備，在積水監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。然而，市面上大部分的地埋式積水監(jiān)測設(shè)備卻因自身設(shè)計缺陷，在使用過程中故障頻發(fā)，暴雨極端天氣下無法正常使用，給防汛工作帶來了不小的挑戰(zhàn)。
為何有些地埋式積水監(jiān)測設(shè)備暴雨天頻頻失靈
傳輸方式缺陷致數(shù)據(jù)傳輸中斷
部分廠家地埋式積水監(jiān)測點常用的NB-IoT 與 4G 兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，存在明顯短板。水的介電常數(shù)很高，對電磁波吸收能力強，且衰減程度會隨頻率升高和水深增加急劇增大。而 NB-IoT 與 4G 的工作頻率相對較高，采用這兩種方式上傳數(shù)據(jù)時都會受頻段限制，在水中的信號衰減非常明顯。其中 4G 因頻率高于 NB-IoT，電磁波在水中的衰減幅度更大，即便是淺積水環(huán)境，信號穿透能力也遠不如預(yù)期。當(dāng)水深超過50厘米時，NB 信號可能已完全衰減到接收靈敏度以下，4G 信號則衰減得更為嚴重，二者均無法在暴雨等積水嚴重的關(guān)鍵場景正常工作。此外，NB-IoT 與 4G 都需要直連遙遠的固定基站，信號在穿透水土后，強度已大幅減弱，難以完成后續(xù)的長途傳輸，進一步導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸中斷。
泥沙覆蓋設(shè)備表面致測量失真
市面上的地埋式積水監(jiān)測設(shè)備多采用超聲波原理測量積水深度，超聲波原理的基本工作方式是通過發(fā)射超聲波信號測量信號反射的時間差來計算積水深度，但在實際使用場景中，積水中往往夾雜大量泥沙，這些泥沙會隨著積水流動逐漸沉積覆蓋在設(shè)備的測量表面。一旦設(shè)備表面被泥沙覆蓋，超聲波信號的發(fā)射和接收就會受到嚴重影響，干擾信號傳播路徑，導(dǎo)致所計算的積水深度出現(xiàn)偏差，無法準(zhǔn)確反映實際的積水情況。
售后維修復(fù)雜
市面上的地埋式積水監(jiān)測設(shè)備除了無法在暴雨天正常工作之外，設(shè)備的維護修理工作也非常復(fù)雜。由于設(shè)備整體與地下環(huán)境緊密結(jié)合，在進行維護時，工作人員必須將整個設(shè)備從深埋的地下基坑中完整取出。這一過程不僅需要動用專門的施工工具，還需先清理周邊覆蓋的土層、路面材料等，操作步驟繁瑣且流程冗長，不僅會耗費大量的時間和人力成本，還可能對周邊的道路通行或場地環(huán)境造成臨時干擾。
新一代地埋式積水測點——功能優(yōu)勢
針對當(dāng)前地埋式積水測點所存在的問題，山東仁科在深入實地調(diào)研和系統(tǒng)分析客戶需求的基礎(chǔ)上，推出了新一代地埋式積水測點。經(jīng)多方測試與客戶實際使用后反饋，新一代地埋式積水測點在精準(zhǔn)性、穩(wěn)定性與可靠性方面表現(xiàn)卓越。
采用LoRa信號，方便組網(wǎng)
新一代地埋式積水測點采用LoRa信號傳輸數(shù)據(jù)，LoRa信號的優(yōu)勢在于水中衰減遠小于高頻的4G信號和NB-IoT信號。當(dāng)水深超過25厘米時，4G信號可能完全失效；超過50厘米時，NB信號可能完全失效。但LoRa信號憑借更高的鏈路預(yù)算和處理增益，仍能保持可解碼的信號，確保數(shù)據(jù)正常傳輸。
LoRa通信：優(yōu)；經(jīng)試驗，LoRa信號穿透2m積水后的直線傳輸距離可達50m~100m范圍
NB-IoT通信：一般‘’經(jīng)試驗，NB信號無法穿透50cm高度的積水深度
4G通信：差；經(jīng)試驗，4G信號無法穿透25cm高度的積水深度
透水能力結(jié)論如下：LoRa>NB-IoT>4G
除此之外，LoRa采用的是低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)，傳輸距離適中且無需直連遙遠的固定基站，可通過就近部署的LoRa網(wǎng)關(guān)接收信號，剛好規(guī)避了NB-IoT需長途傳輸?shù)谋锥?，即便信號穿透水土后有一定損耗，也能通過網(wǎng)關(guān)順利完成數(shù)據(jù)上傳，進一步保障傳輸穩(wěn)定性。
LoRa技術(shù)還具備較強的抗干擾能力，在暴雨、雷電等復(fù)雜天氣環(huán)境下，不易受外界電磁信號的干擾，能持續(xù)穩(wěn)定地傳輸積水監(jiān)測數(shù)據(jù)。這些特性共同使得LoRa能更好地應(yīng)對積水環(huán)境下的信號傳輸問題，全面滿足地埋式測點的工作需求。
解決泥沙覆蓋導(dǎo)致的測量失準(zhǔn)難題
針對泥沙覆蓋設(shè)備表面導(dǎo)致測量失真的問題，山東仁科針對地埋式積水測點進行了系統(tǒng)性優(yōu)化，搭載了自研的高精度水深傳感器，并采用多重抗干擾算法，結(jié)合新一代防護工藝與傳感設(shè)計，解決了泥沙覆蓋設(shè)備導(dǎo)致的測量不準(zhǔn)問題。即使在積水中泥沙含量較高的惡劣環(huán)境下，設(shè)備依然能夠穩(wěn)定捕捉到準(zhǔn)確的水位數(shù)據(jù)，讓設(shè)備在復(fù)雜的防汛場景中也能發(fā)揮實際作用。
安裝迅速，維護便捷
山東仁科為新一代地埋式積水測點配備了防護筒外殼，充分考慮了設(shè)備安裝和維護的便捷性。防護筒不僅能為設(shè)備內(nèi)部元件提供有效保護，抵御地下潮濕、泥沙等環(huán)境因素的侵蝕，還簡化了安裝后的拆卸流程。工作人員在進行設(shè)備維護時無需復(fù)雜的拆解步驟即可快速完成檢修、校準(zhǔn)等操作，提升了維護效率，減少了維護作業(yè)對周邊交通、環(huán)境以及正常監(jiān)測工作的影響。
地埋式積水測點安裝步驟簡潔，可實現(xiàn)10分鐘迅速安裝。
01開設(shè)安裝孔
在路面安裝設(shè)備處開設(shè)安裝孔，直徑110~120mm，深度350mm的圓形孔。
02放置防護筒外殼
將“外層不銹鋼防護地漏”放入其中，調(diào)節(jié)“外層不銹鋼防護地漏”與路面水平。
03固定核心設(shè)備
待初步凝結(jié)后將“內(nèi)部核心設(shè)備”使用兩枚內(nèi)六角螺絲固定在“外層不銹鋼防護地漏”上，設(shè)備整體安裝完成后，設(shè)備應(yīng)當(dāng)比路面高3~4mm。
暴雨智能識別
新一代地埋式積水測點支持暴雨智能識別。設(shè)備能夠自動感知降雨變化，當(dāng)識別到暴雨天氣時，設(shè)備可自行切換采集頻率，高頻監(jiān)測地面積水動態(tài)。智能頻率切換機制能在強降雨和積水變化快的關(guān)鍵時段提升積水?dāng)?shù)據(jù)采集的密度，及時監(jiān)測積水變化情況，為防汛決策提供及時全面的數(shù)據(jù)。同時，在非暴雨時段，設(shè)備可維持常規(guī)采集頻率，兼顧監(jiān)測效果與設(shè)備能耗優(yōu)化。
漏電監(jiān)測
新一代地埋式積水測點支持路面積水漏電監(jiān)測。在積水環(huán)境下，路面周邊的電力設(shè)施、路燈線路等若發(fā)生破損極易出現(xiàn)漏電的情況，給過往行人帶來觸電安全風(fēng)險。新一代地埋式積水測點通過漏電監(jiān)測功能可實時監(jiān)測積水區(qū)域的漏電情況，一旦檢測到漏電信號可快速反饋相關(guān)信息。相關(guān)人員可依據(jù)這些信息及時采取處理措施，從源頭消除行人觸電的安全隱患，保障積水天氣下的出行安全。
潔凈度預(yù)警
新一代地埋式積水測點可以監(jiān)測設(shè)備本身的潔凈度，當(dāng)設(shè)備表面被泥沙等雜物覆蓋時，能夠自動發(fā)出潔凈度預(yù)警。在以往，工作人員無法提前遠程知曉設(shè)備表面的潔凈情況，要等到暴雨天氣出現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常的情況時才能發(fā)現(xiàn)設(shè)備問題，此時若想保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確有效，工作人員不得不冒著暴雨外出對設(shè)備進行維護。
潔凈度預(yù)警功能的應(yīng)用可以提前告知工作人員地埋式積水監(jiān)測設(shè)備測量表面的潔凈狀況，工作人員可在天氣條件適宜時對被泥沙覆蓋的設(shè)備進行清理維護，確保設(shè)備在暴雨等關(guān)鍵監(jiān)測時段處于正常工作狀態(tài)。
長續(xù)航
新一代地埋式積水測點內(nèi)置大容量鋰亞電池，加入超低自放電設(shè)計，采用動態(tài)休眠算法，可保障地下密閉環(huán)境長期電力儲備（無積水情況下支持連續(xù)工作5年），有效降低了運營成本，適用于偏遠區(qū)域、地下通道等無人值守的監(jiān)測場景。
環(huán)境適應(yīng)性強
新一代地埋式積水測點采用地埋式安裝設(shè)計，不占用地面空間還避免了人為破壞，尤其適用于交通樞紐、隧道、低洼路段等敏感區(qū)域。設(shè)備采用不銹鋼材質(zhì)，防護等級達IP68，搭配獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)異的抗壓、防水、耐腐蝕性能，能抵御車輛碾壓、泥沙沖刷、雨水沖刷、污泥淤積、極端溫度、酸堿物質(zhì)腐蝕等多重復(fù)雜工況，保障設(shè)備在各類惡劣場景下長期穩(wěn)定運行。
地埋式積水測點作為積水監(jiān)測系統(tǒng)的前端感知設(shè)備，為用戶提供了靈活可靠的積水監(jiān)測基礎(chǔ)硬件。然而要實現(xiàn)從“感知”到“預(yù)警”再到“決策”的閉環(huán)管理，僅靠獨立的監(jiān)測設(shè)備是不夠的，在此基礎(chǔ)上，積水監(jiān)測系統(tǒng)進一步集成了智能報警、智能控制、云平臺智能化管理等功能。
提供多種報警方式
搭配新一代地埋式積水測點使用的積水監(jiān)測站支持多種報警方式，可利用不同信息通道發(fā)布報警信息，確保將積水信息有效傳達給周邊行人及車輛，以提前進行風(fēng)險規(guī)避。
現(xiàn)場LED屏變色智能顯示
現(xiàn)場配置的雙色LED顯示屏能夠?qū)崟r、動態(tài)地輪播顯示轄區(qū)內(nèi)多個關(guān)鍵監(jiān)測點的積水深度數(shù)據(jù)，以直觀的形式進行發(fā)布，可以為公眾提供及時的路況警示。
1積水監(jiān)測站可滾動顯示8路站點實時水位數(shù)據(jù)，文本內(nèi)容縱向滾動顯示“站點名稱+測量水深”。
2積水監(jiān)測站所顯示的文本內(nèi)容中的“站點名稱”可通過配置APP自定義修正。
3顯示的文本字號大小默認16號字體，支持用戶自行設(shè)置字號大小。
現(xiàn)場LED顯示屏采用模塊化設(shè)計，可定制多種規(guī)格的屏幕尺寸，高清顯示，確保強光或雨霧天氣下的可視性，適合安裝在隧道、河道、地下車庫等多種地方。
語音+聲光報警保障安全
積水監(jiān)測系統(tǒng)可外接語音報警器及光報警器，當(dāng)積水測點監(jiān)測到的數(shù)據(jù)超限時，光報警器會同步閃爍，警示來往路人，語音報警器也會同步播報。
如果遇到緊急情況，管理人員還可以通過語音報警器向現(xiàn)場工作人員遠程喊話，進行緊急通知，或編輯短信并發(fā)送給對應(yīng)的語音報警器，實現(xiàn)短信內(nèi)容播報（可設(shè)置循環(huán)播報），做到及時提醒。
注：水位超限后，語音播報和聲光報警器同時工作，超限后聲光報警器和語音播報三次（三次為一個單次報警循環(huán)周期），單次報警循環(huán)時間結(jié)束后，遠程遙測終端重新判斷水位是否超限，如果還處于報警狀態(tài)，則進入下一個報警循環(huán)。反之，則停止報警。
智能聯(lián)動排水泵
積水監(jiān)測站配備雙路繼電器輸出端口，為城市內(nèi)澇防控系統(tǒng)構(gòu)建智能執(zhí)行終端（外接各類報警設(shè)備、排水泵等）。用戶可通過環(huán)境監(jiān)控云平臺對其設(shè)置自動控制，也可以進行遠程手動控制，確保排水及時，防止造成交通擁堵和人員傷亡。
支持手機藍牙配置
藍牙交互功能使工作人員無需繁雜的接線操作，只需在手機上下載配置軟件，就可以輕松連接設(shè)備進行數(shù)據(jù)查看和參數(shù)設(shè)置，顯著降低了操作門檻，提升了工作效率。
地埋式積水測點不僅可以利用藍牙app配置設(shè)備參數(shù)，還可以利用藍牙實現(xiàn)設(shè)備升級，無需拆卸設(shè)備或中斷監(jiān)測工作，即可完成固件版本更新與功能優(yōu)化，提升設(shè)備運維效率與使用靈活性。
智能監(jiān)測與管控
積水監(jiān)測系統(tǒng)基于“4G/以太網(wǎng)/RS485/繼電器”等通訊接口，依托我公司環(huán)境監(jiān)控云平臺提供的云服務(wù)、APP客戶端，可實現(xiàn)“水位遠程在線監(jiān)測、內(nèi)澇遠程預(yù)警、聯(lián)動控制排水、水位數(shù)據(jù)記錄分析”等多種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。
環(huán)境監(jiān)控云平臺是綜合性服務(wù)平臺，平臺擁有查看實時和報警數(shù)據(jù)、導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控/視頻抓拍、地圖查看、賬號分級、手動/定時/自動控制等功能，并且平臺完全中性，支持二次開發(fā)。
云平臺智能報警
智能報警功能是環(huán)境監(jiān)控云平臺的重要功能。當(dāng)現(xiàn)場積水超過安全閾值時，環(huán)境監(jiān)控云平臺會以數(shù)據(jù)變紅、彈窗、聲音等方式進行平臺報警，還會以郵件、短信、電話、微信的形式進行遠程報警，同時，用戶還可以通過電子地圖確認出現(xiàn)積水的具體地點，根據(jù)實際情況做出決策，降低損失。
氣候變化和人類活動雙重影響下，城市暴雨呈現(xiàn)增多趨強的態(tài)勢，隨著城市經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，災(zāi)害的暴露度大幅度增加，城市洪澇災(zāi)害風(fēng)險明顯增高，城市洪澇災(zāi)害防御需要高度重視。山東仁科積水監(jiān)測系統(tǒng)具備多維度的功能設(shè)計與穩(wěn)定可靠的運行性能，通過實時數(shù)據(jù)采集、智能預(yù)警與自動化控制，為城市防汛工作提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，助力科學(xué)化城市內(nèi)澇治理。
