1. 设计背景与需求

近年来极端降雨天气频发，城市内涝、管道溢流等问题多次影响居民生活与交通运转，而排水管网作为城市水循环系统的 “地下脉络”，其运行状态的实时掌控成为破解这一难题的关键。城市水务管理部门调研显示，当前多数城市仍依赖人工定期巡检排查管网问题，不仅耗时耗力，还难以捕捉瞬时流量波动、突发堵塞等动态隐患；同时 “十四五” 国家城市污水处理及资源化利用发展规划明确提出，需推动排水管网数字化监测体系建设，提升管网运行效率与应急响应能力。在此需求下，排水管网智能终端系统的设计与落地，成为衔接传统管网设施与智慧水务管理的核心纽带。

2. 系统核心架构设计

系统以 “实时监测 - 数据传输 - 智能处理” 为逻辑核心，分为三大单元：

监测感知单元：作为数据源头，同步采集水位与流量关键参数。水位模块采用非接触式雷达技术，8° 窄波束可减少井壁金属结构干扰，7 米测量范围内精度控制在 ±3mm，-35℃至 80℃的工作温度区间能适应井下复杂环境；流量模块基于多普勒超声波原理，流速测量覆盖 0.02-5m/s 范围，流量计算精度依管道断面形态保持在 ±2%-3%，同时集成温度监测功能，为流量数据校准提供环境参数支撑。

数据处理传输单元：由工程技术人员与遥测终端机（RTU）深度整合设计，配备 16M 本地 Flash 存储与最大 256G 可扩展 TF 卡，能实现历史数据永久保存；支持 GPRS、4G、以太网等多种通信方式，可向 3 个以上管理中心同步传输数据，断网状态下采集数据暂存本地，网络恢复后自动补传以保障数据连续性。

供电保障单元：采用 DC 6-30V 宽电压设计，具备反接保护与短路保护功能，12V 供电场景下静态电流可控制在 1mA 以下，配合锂电池储能模块能满足无市电供应区域的长期无人值守需求；所有输入输出端口均做抗雷击处理，降低户外恶劣天气对设备的影响。

3. 关键技术优化方向

技术优化围绕 “精准性、稳定性、低功耗” 三大目标展开：精准性层面，水位模块采用铝合金外壳与 IP68 防护等级设计，耐受井下潮湿与腐蚀性环境，同时加入温度补偿算法，避免温差较大时测量精度下降；流量模块以 1Hz 的数据刷新频率保障实时性，采用 RS485（Modbus）标准接口，提升与其他监测设备的兼容对接能力。稳定性方面，研发团队设计主备信道切换机制，当主通信链路信号较弱时系统自动切换至备用信道，同时支持 GPRS 与短信同步上报功能，短信内容格式可根据管理需求定制，确保紧急预警信息及时送达。低功耗通过定时唤醒技术实现，设备默认每 5 分钟采集一次数据，当水位、流速或流量超出警戒范围时，遥测终端机会自动提高数据上传频率，平衡能耗控制与异常响应速度。

4. 布设安装规范

运维人员建议按 “重点覆盖、科学选址” 原则布设监测站点：排水主管、重要调蓄构筑物出口及污水厂汇流前分支节点，优先布设流量 - 水位一体化监测终端；商业区、工业区及居民区内部管网，以水位监测为主、流量监测为辅。安装位置需避开管道汇流处、弯曲段、垂直跌水点等水流紊乱区域，若必须在管道结合处附近安装，应选择水位较低的一侧且距离拐点至少 10 倍管道直径，确保水流平缓稳定以提升测量精度。设备安装时，水位监测模块通过不锈钢模块化支架固定于检查井井盖正下方，流量监测模块安装在管道内部低端，支架采用拼接式设计便于后期拆卸与高度调整；线缆需用波纹管保护，避免管道内杂物刮损。运维阶段，系统支持远程配置、远程升级与远程重启，管理人员可通过 USB 或 WIFI 本地导出历史数据，也可通过上位机软件查看 3 年内的历史监测记录，大幅降低现场运维工作量。

5. 应用价值体现

该系统的应用已在多地管网管理中显现实效：汛期时，系统实时捕捉管网水位异常变化，管理部门可依据数据提前启动防涝预案，通过调控泵站运行频率与管道阀门开度，避免管道溢流引发内涝；旱天运行期间，流量数据可用于优化污水处理厂进水调度方案，减少泵站空转能耗，降低运营成本。更重要的是，长期积累的监测数据能为管网运行能力评估、老化管道排查提供数据支撑，帮助管理部门精准定位管网薄弱环节，制定针对性改造计划。随着数字孪生、物联网等技术与水务管理的深度融合，该系统还将进一步与城市河道管理系统、泵站自动监控系统实现数据共享，构建全域水务监测网络，推动城市排水管网管理从 “被动应急” 转向 “主动预判”，为提升城市韧性、保障居民生活品质提供技术支撑。