第一章 项目概述
1.1 项目背景
随着城市化的快速发展，城市基础设施的建设和管理变得越来越重要。其中，井盖作为城市地下设施的重要组成部分，其安全和管理成为了亟待解决的问题。传统的井盖管理方式存在着诸多问题，例如无法及时发现窨井盖破损、移位、丢失，井下水位异常、周围环境温湿度超限等异常状况，而这些情况如果得不到及时处理， 很容易造成大的安全隐患，危及到人民群众生命财产的安全。
因此，针对这一问题，智慧井盖监测预警系统的出现为城市基础设施的智能化管理提供了有效的解决方案。智慧井盖监测预警系统是一种集成物联网、传感器和大数据等技术的新型智能化传感器监测系统。它通过在井盖上安装传感器和无线通信模块，实时监测井盖的状态，并将数据传输到云端平台进行存储和分析。通过这种方式，管理人员可以及时了解到井盖的实时状态，包括是否丢失、被盗或者损坏等情况，从而及时采取相应的措施进行有效处理。智慧井盖监测系统的应用不仅能够提高城市基础设施的管理效率，还为城市安全提供了保障。通过实时监测井盖的状态，可以及时发现异常情况，避免因井盖丢失或损坏等原因导致的安全事故。也可以通过对井盖使用情况的统计和分析，可以合理规划地下管道的建设和维护，提高城市基础设施的运营效率。
1.2 建设目标
智慧井盖监测预警系统的总目标是实现对井盖异动状况的综合性监测、预警。利用先进的传感器技术，搭配智能井盖异动传感器设备，实时监测井盖倾斜、异动、破损、水位等相关数据，并及时上传至云平台，以便管理人员及时知悉井盖实际情况作出相应处理，达到提前预知井盖故障，保障过往人车安全，减少损失的目的。
具体目标包括：
■ 提高城市安全管理水平
通过对井盖状态的实时监测，及时发现和解决潜在的安全隐患，有效预防安全事故的发生，提高城市的安全管理水平。
■ 优化城市基础设施管理
通过对大量井盖数据的收集和分析，可以全面了解城市地下设施的运行状态，为城市基础设施的规划、建设和维护提供科学依据，优化城市基础设施的管理。
■ 提升城市应急响应能力
通过对井盖状态的实时监测，在遇到突发事件时，迅速了解现场情况，为应急响应提供及时、准确的信息支持，提升城市的应急响应能力。
■ 降低运维成本
通过对井盖状态的实时监测和管理，减少人工巡检的数量和频率，降低运维成本，提高管理效率。
1.3 建设原则
在研发设计智慧井盖监测预警系统的时候，我们应该总结前人开发的经验，结合最新自控和软硬件技术，建设以信息化为基础，无缝隙、精准化、可视化的现代管理体系，以实现对城市中各处窨井盖安全的集中分布式监控和智能化管理为目标，保证系统的高稳定性、高可靠性、高安全性。具体目标如下：
■ 技术的先进性
系统选型、软硬件设备的配置均要符合高新技术的潮流，关键的无线井盖异动传感器实时采集、传输均采用国内外工程建设中被广泛采用的技术与产品。在满足功能的前提下，系统设计具有先进性，并且在今后一段时间内保持一定的先进性。
■ 稳定性
整体方案从方案架构、产品设计等各个层面，都以稳定可靠作为设计的第一目标。采用先进成熟的技术来架构由各个子系统组成稳定可靠的大系统，使系统能安全平稳地运行，有效地消除各子系统可能产生的瓶颈，选用合适的设备来保证各子系统具有良好的扩展性，确保各设备的正常运行。
■ 经济性
在智慧井盖监测预警系统的建设上，一直以更高性价比为目标，不断升级和改进软硬件产品，针对各大环境监控系统都有对应的产品和方案。以“为客户提供最高性价比的方案”为设计目标来进行方案设计，综合客户需求以及扩展性要求，选择最合适的产品，降低系统造价，为客户节约项目成本。
■ 实用性
在设备选型时，依据井盖异动监测项目实际情况结合目前我国市场上的占有率高的各类产品中选择具有性能价格比和扩充能力的产品。
■ 可维护性
方案在设计过程中根据客户需求、项目规模等等选择合适的监控产品和技术方案实现，其采用的产品均满足简单、实用、易操作、易维护的特性，力争使系统更容易使用和维护，降低客户使用监控系统的管理和维护成本。
■ 可管理性
方案中现场各设备及各分系统都集中于中心统一控制，实施对所有远端设备的控制、设置，以保证系统的高效、有序、可靠的发挥其管理职能。
■ 规范性
控制协议、编解码协议、接口协议、传输协议等应符合相关国家标准、行业、标准和环保部颁布的技术规范。
1.4 建设依据
■ 《一种基于NB-IoT的无线井下数据采集终端设计》
■ 《基于NB-IOT技术的智慧井盖监控系统设计及测试分析》
■ 《基于NB-IoT的城市井盖监测系统设计与实现 》
■ 《城市智慧井盖改良与监测系统》
■ 《物联网技术视域下城市井盖监测系统的设计与实现》
■ 《基于NB-IoT的智能井盖监测系统设计》
第二章 项目介绍
2.1 智慧井盖监测预警系统介绍
智慧井盖监测预警系统是一个综合利用计算机网络技术、数据库技术、通信技术、新型传感技术等构成的系统，通过建立灵活高效的管理机制和完善的监测系统以及畅通的信息传输途径，实现对各种井盖使用过程中的异动、位移以及水浸状况等数据的采集和分析，满足用户远程实时了解井盖安全情况的需求。
该系统由若干无线井盖异动传感器以及综合环境监控云平台组成。将无线井盖异动传感器安装在井盖背面后，就可以监测井盖当前的倾斜情况、水浸状态、传感器电池电量、光照强度等，并将实时数据上传至环境监控云平台/本地平台。如果井盖因破损、排水等因素导致异动，平台会立刻以页面数据变红、电话、短信、邮件等方式向用户发出报警，提醒用户及时恢复异动/受损井盖。其中，对于监测点多，数量大的情况，可以用多个无线井盖异动传感器组成监测网络，同时设定报警界限，对监测范围内井盖周边状况做出科学的预警和评定，如出现异常，系统会自动发出短信、语音、邮件告警及时通知相关管理人员，将可能出现的险情消灭在萌芽状态，避免造成人身安全、大的经济损失以及尽可能降低对该道路安全通行的影响。
本系统施工部署非常简便，细节考虑周到，扩容方便。所有的温振变送器设备都采用NB无线传输方式，避免了敷设线路的麻烦；监控管理平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面。
2.2 智慧井盖监测预警系统拓扑图
2.3 智慧井盖监测预警系统优势
■ 专注所以专业
我司多年来一直专注于环境监测这个行业，力争为客户提供最好的、最高性价比的环境监测产品和解决方案，是环境监测行业的知名厂商。具有完备的产品和解决方案，供应地区300+、服务全球110k+客户。
■ 系统级整体性及平台化
借助自身多年来的行业经验，结合客户需求的方方面面，给出系统级、整体性的解决方案，具备更好分工以及协同效率，设计将具备良好的系统扩展性。该系统集可视化、智能化、无人化于一体，采用先进的监测技术和设备为窨井盖的监测维护提供更多的技术支持和保障。
■ 专业传感器，精准监测
智慧井盖监测预警系统均采用高精度传感器，测量范围广，准确度高，确保产品优异的可靠性、高精度和互换性。
■ 施工部署简单、方便
所有的监测设备都采用NB无线传输方式；监控管理平台多种部署方式，针对简单需求可以实现傻瓜式安装，非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，轻松实现监控功能及报警的配置。
■ 提供免费云平台，功能强大
平台采用B/S架构，维护和升级方式简单，最少支持1000个采集设备的监控和管理，采用专业的数据库，稳定可靠、易于扩展，支持软、硬件分层，支持多级用户管理权限。云平台自动收集上传的监测数据，通过GPS地图、列表、图标、曲线的方式在平台页面端显示，满足用户对实时监测信息的多维度、多层面查看数据。
■ 多平台远程管理
智慧井盖监测预警系统支持电脑PC端、APP移动端、微信公众号多种方式远程查看/管理数据。
■ 具有丰富的自动告警方式
系统支持电话、短信、邮件等报警功能，并具有多种告警策略可以选择，通用系统即可满足绝大多数用户的需求。
■ 系统支持设备实时定位
该系统可在云平台设备管理中设置设备经纬度，当数据异常或数据超限，用户可根据经纬度定位，快捷找出设备异常的位置，及时处理便于后期维护与管理。
■ 跨区域统一管理
通过设立统一监控管理站，对分布在不同区域的多个设备和信息进行全数字化集中监控管理，满足现各监测站点统一监管需要。
■ 软硬件产品集成度高
智慧井盖监测预警系统软硬件产品根据行业发展的需要，与时俱进，不断更新换代对应的产品，剔除过时及冗余的功能，不断集成有效地新功能，使产品具备越来越高的集成度，给客户提供更高性价比的产品。
■ 支持定制
我司在设计方案时从客户使用的角度出发，集成了很多比较实用的功能，也可根据客户需求定制方案，做到在应用和维护尽可能方便省心。
第三章 无线井盖异动传感器
3.1 简介
无线井盖异动传感器（型号：RS-WMYD-NB-1）是我司针对井盖异动监测推出的一款智能传感器设备，设备安装在井盖背面，其终端可检测井盖当前的倾斜角度。当该倾角值大于设定的报警值时触发报警，并通过NB无线网络将报警信息发送至云平台。设备终端支持设置定时上报时间间隔和报警角度阈值。非报警状态下，终端以定时上报时间间隔发送上传。在报警状态下，终端以立即发送上报报文，当角度恢复正常时，终端也会立即发送报文到平台。报文中的设备状态位用来指示当前的报警状态。设备状态位还可以指示当前的电量状态、水位高度检测以及其他状态。
3.2 功能特点
■ 卡尔曼滤波算法原理
卡尔曼滤波是一种利用线性系统状态方程，通过系统输入输出观测数据，对系统状态进行最优估计的算法。无线井盖异动传感器采用卡尔曼滤波算法原理，能够精准获取井盖异动数据，为用户提供精准数据支持，以便用户对异动的井盖进行及时复位、对破损的井盖进行及时更换。
■ NB-IOT无线传输
我司在设计时同样考虑了传输距离和使用场景问题，特意采用NB-IOT 网络通信的无线传输方式，用户在使用无线井盖异动传感器时不需要担心数据传输的距离问题。而且，用户还可以通过网页端、本地端、微信公众号、手机APP登录免费平台，自由查看实时数据、报警数据等。
■ 多方位监测
我司无线井盖异动传感器设备可从倾斜角度、水浸、光照、水位等多个角度监测井盖状态，帮助用户保障安全出行，告别井盖隐患。
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Z轴倾斜角度 |
可捕捉井盖是否倾覆侧翻 |
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水浸状态 |
当井内积水达到满溢状态，触发水浸报警感应 |
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光照强度 |
当设备感应到光照，说明井盖有破损或侧翻 |
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水位状态 |
当传感器与页面之间的距离（即空高）超过限值，触发空高超限报警 |
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... |
此外，还有设备电量等多种要素可进行监测 |
井盖防倾斜测量
测量Z轴倾斜角度，可捕捉井盖是否倾覆侧翻。用户可以提前为倾斜角度设置好报警值，当井盖的倾斜角度大于设定的报警值时便会触发报警，并通过无线传输的方式将报警信息发送至云平台，平台会立刻以页面数据变红、电话、邮件、短信报警等方式向用户发出报警。
水浸实时监测
无线井盖异动传感器可以测量传感器水浸状态，如果井盖下方液体碰到/浸没传感器，说明井内积水达到满溢状态，就会立刻触发平台报警。
光照强度监测
当无线井盖异动传感器感受到光照就会立刻发出报警。因为设备是安装在井盖背后，在正常运行时感受到光照强度就说明设备侧翻或已破损，设备通过无线网络将报警信息传送至云平台。
超声波测量水位
无线井盖异动传感器自带超声波换能器，能够测量液面与井盖之间的距离（即空高），用户可以提前设定液面与井盖之间的安全距离阈值范围，当液面与井盖之间的距离超过所设定安全阈值范围时，平台便会立刻向用户发出报警。
■ 持久耐用 超长续航
内置超大容量锂亚电池（19000mAh），能够连续使用≥5年时间。免去用户重复充电、频繁更换电池的烦恼，持久耐用。
■ 支持多方式报警
无线井盖异动传感器针对空高超限、井盖倾斜异动、水深满溢、井盖破损、设备电量不足等多种不同情况预设多重不同的报警方式，包括但不限于页面数据变红、电话、短信、邮件、语音等多种报警方式。
■ 支持视频联动
用户可以在测点周围安装监控摄像头并联动到环境监控云平台，当无线井盖异动传感器发出报警信息时，用户可以先行通过监控了解现场情况，以便迅速调度附近人员做好防护措施，防止出现人员伤亡。
■ 支持蓝牙非接触式配置
无线井盖异动传感器支持非接触式蓝牙配置方式。只需要使用唤醒磁铁围绕终端设备（红圈处）快速旋转绕三圈，听到蜂鸣器“滴~”的响声后，就可以打开“蓝牙碰一碰APP”进行校准。
■ 自定义上传数据时间
城市中有数不清的街道，有些人烟稀少，有些车水马龙。用户可以根据实际情况设置无线井盖异动传感器的定时上报时间间隔和报警角度阈值。在非报警状态下，设备会根据用户设置的定时上报时间间隔将监测到的数据发送上传；在报警状态下，设备会立即将数据上传；当异常的数据恢复正常时，设备同样会立即将数据上传至平台中。
■ 防水防尘 质量保障
我司无线井盖异动传感器防护等级IP67，无论是下雨、刮风、扬尘都不会影响其正常监测，确保测量数据精准。
3.3 技术参数
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参数名称 |
参数 |
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供电 |
锂亚电池供电（19000mAh） |
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工作温湿度 |
-40℃~+70℃，0%RH~95%RH（非结露） |
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测量轴 |
Z轴 |
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测量范围 |
±90° |
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分辨率 |
0.1° |
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报警阈值 |
0-90°可设 |
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水位检测量程 |
2m |
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分辨率 |
0.1cm |
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水位检测精度 |
±3% FS |
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输出信号 |
NB-IoT |
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待机时间 |
5年以上 |
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上传数据间隔 |
360min（默认），5-1440min可设 |
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天线 |
内置 |
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防护等级 |
IP68 |
3.4 安装方式
针对无线井盖异动传感器实际使用问题，我司提供三种安装方式可供选择：
■ 安装方式一（默认）
使用两个 C 型卡，确定好固定位置后，使用工具固定好 C 型卡，然后再使用螺栓将传感器安装到 C 型卡上。
■ 安装方式二
针对复合材料或非金属材料井盖，为了不破坏井盖自身的结构，可使用工装将监测终端固定于井盖上，可将监测终端固定于井盖上。
■ 安装方式三
若安装位置为雨水井盖材料，雨水井盖材料为球墨铸铁，井盖内部中心部分的加强筋为六边形，如图所示，该监测终端安装在支架上，支架安装在井盖中心六边形加强筋的任意一条边上。
第四章 综合环境监控云平台
4.1 概述
综合环境监控云平台（www.0531yun.com）以先进的信息采集系统、物联网、云平台、大数据以及互联网等信息技术为基础，各级用户通过PC端WEB、APP客户端、微信端等多种渠道访问平台数据，实现远程系统管理功能。用户可实时对项目上每个重要参数进行实时监测、管理，同时实现基于平台的远程手动控制。
4.2 功能介绍
4.2.1 数据实时监控
平台支持实时查看所测环境的水浸、倾斜角度以及水位等各项数据。数据可以通过图形化界面、列表等方式反映，图形化界面的优势在于让用户直观看到数据和传感器相对位置，列表则更利于用户对数据进行对比。
【首页数据展示1】
4.2.2 超限告警
当任一要素超过预置报警值、设备处于离线状态时，系统能提供平台界面告警、短信告警、电话告警、邮件告警等报警方式，并进行事件记录，供调用和分析。
支持所有监测因子报警上限、下限，预警上限、下限设置，支持因子数据异常字体变色，因子告警数据颜色用户可自定义。
【超限预警】
针对短信、振铃、微信、邮件告警方式有专门的告警联系人管理列表，便于当报警联系人变动时快速查询、添加、删除。
4.2.3 设备实时地图定位
云平台通过地图实现所有设备全面性的监管，一张地图上展现，设备离线、异常、超限一目了然。
4.2.4 历史数据查询、导出
可通过系统查询每个监测点的设备信息，对设备监测数据、历史数据进行查询。并生成数据曲线图，具有单个或多个因子数据存储/查询/导出数据功能，支持PDF、excel等多种数据格式导出，导出内容标题、使用单位名称用户可自定义，同时可导出数据查询的时间段、查询数据账号、保存数据间隔、离线判断间隔等重要信息。
【历史数据列表查看】
【历史数据曲线查看】
4.2.5 移动端APP
为方便移动端用户监测数据，推出“云控通”手机APP，方便用户24小时实时监测。可以通过账号密码登录云平台，一键控制上万个设备。支持视频查看，设备故障/异常报警，支持离线告警功能，支持实时数据查看，历史数据曲线查看，还可连接蓝牙打印机进行数据打印。
4.2.6 系统管理
平台具有完善的权限分级和管辖分区等等功能，无限级权限设定，根据要求自由组合权限。用户操作具有完善的日志记录，方便查看操作记录。
4.2.7 账号分级
支持账号分级管理，针对项目实际需求增设子账号，并分配不同管理权限，做到项目管理分工明确，用户可赋予角色不同权限管理。
【账号管理】
【管理员权限设置】
【管理员菜单权限】
4.2.8 设备管理
可对设备进行节点、报警、储存进行设置。
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名称 |
解释 |
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设备名称 |
填写设备名称，默认名称为设备地址 |
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设备地址 |
显示设备地址，不可更改 |
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设备经纬度 |
写入设备经纬度，可在地图中查看设备显示位置。（注意：如果以设备自带经纬度信息为准，此处可不填写） |
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告警记录 |
开启告警记录，当设备报警时，数据库中会记录告警信息，关闭告警记录，则无法查询告警记录。 |
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离线短信 |
开启离线短信，当设备离线时会发送告警短信至绑定手机号 |
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离线邮件 |
开启离线邮件，当设备离线时会发送告警邮件至绑定邮箱。 |
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离线判断间隔 |
设置设备离线时间，当设备在设置时间内重新上线，平台默认此设备未离线。 |
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短信告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警短信，时间最低设置5分钟。 |
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邮件告警间隔 |
当设备在平台告警后，告警信息按照设置时间间隔发送告警邮件。 |
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保存数据间隔 |
设置时间间隔保存设备数据。 |
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短信最多发送次数 |
防止设备超限时间过长，一直发送告警短信，可设置最多发送短信次数。 |
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节点列表 |
设备节点设置，详情见节点信息设置。 |
4.2.9 流量卡预警功能
实时获取现场4G型物联网设备的卡号，自动分析卡号剩余流量，自动分析，到期时间预警提醒，让项目管理人员及时充值，防止流量卡到期运营商销号造成项目停滞。
4.2.10 大屏可视化
可投屏显示，自动刷新，滚动播放所有设备信息，数据清晰、直观，便于管理员进行系统查看。
4.2.11二次开发
山东仁科提供的云平台完全免费，界面完全中性，并支持用户二次开发。
4.2.12 千人千面
针对小规模应用的用户，云平台提供可配置的“千人千面”界面与私有域名解析的服务，客户只需要投入几十元购买一个域名，备案成功后就能拥有自己的私有登录链接，且登录界面平台名称可根据用户要求更改。
