第一章 项目概述
1.1 项目背景
近年来随着城市功能的日益完善和现代化程度的不断提升，市政、电力、电信、排水等各种公共基础设施和管网的集中化和地下化的发展已经势不可挡。其中，井盖作为城市地下设施的重要组成部分，面临着井盖数量多、分布不集中、环境复杂、权属多样、监管困难、养护成本高等问题，特别是当井盖出现破裂、移开、被盗等问题时不能及时发现，就会造成一定的安全隐患。
随着物联网、大数据和人工智能等技术的发展和在各行业领域的渗透，城市基础设施开始走向智能化管理，井盖也不例外。此外，住建部在2021年发布的《关于窨井盖安全管理的指导意见》中提出“运用大数据、云计算”等新技术，逐步实现基于传感器与物联网技术创新、提升窑井盖安全效率和水平。
基于此，我公司针对市政物联网应用，以及井盖监控系统存在的管理难，自动化程度低等一系列问题，推出了基于NB-IoT无线组网通信的智慧井盖监测预警系统解决方案。借助NB-IoT窄带物联网技术具有低功耗、大面积覆盖、强链接通信的特点，提高智能井盖监控系统的覆盖区域，消除覆盖死角，降低建设维护成本，解决传统井盖监控管理方式存在的局限性，进一步提高井盖状态数据管理的自动化和智能化程度。避免因井盖丢失或损坏等原因导致安全事故的发生，为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提供安全保障。
1.2 建设目标
本方案根据城市井盖分布的特点，充分结合实际应用场景，因地适宜，通过NB-IoT无线通信技术组网的方式，实现无需布线即可快速实现“城市井盖”智能实时监测系统的部署，缩短系统施工时间，降低系统的实施成本。实现对井盖状态（位移、倾斜、破损、溢水等）实时监测、实时报警、自动巡检、远程监管等功能、保障井盖安全运行，进一步提高市政管理的信息化、智能化水平，为智慧城市奠定行业应用基础。
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NB型智能井盖传感器实时采集、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
■ 《关于窑井盖安全管理的指导意见》
■ 《国务院关于加强城市基础设施建设的意见》（国发【2013】36号）
■ 《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NB-IoT无线通信技术、计算机网络技术、数据库技术、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，实现城市井盖和事件管理的智慧化、网络化和空间可视化，建立一套科学完善的监督评价体系，并实现现有相关资源的共享，提高城市综合管理的效率和水平。
针对井盖分布不集中、数量多等问题，整个系统由若干个NB型智能井盖传感器、以及综合环境监控云平台组成。通过将NB型智能井盖传感器安装在井盖背面，实时监测井盖当前的倾斜情况、水浸状态、水位值、光照强度、传感器电池电量等信息，通过NB-IoT无线通信网络将实时数据上传至环境监控云平台/本地平台。用户可以在云平台设定报警界限，如果井盖因破损、排水等因素导致数据异常，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，提醒工作人员及时进行检查、维修，将可能出现的安全隐患消灭在萌芽状态，避免造成人身安全、经济损失以及尽可能降低对该道路安全通行的影响。
本系统采用NB-IoT无线组网通信技术，施工部署简单，扩容方便，只需要在现有的井盖背面安装一个终端，就能实现智能监控井盖的目的，不需要建设基站或者信号接收器，且体积较小。监控软件平台也非常人性化，界面友好、操作简单、功能全面，方便用户根据自身的需求和投资预算进行项目的投资，不会造成重复投资浪费。
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。
■ NB-IoT无线组网通信
系统采用NB-IoT技术组网通信，具有低成本、广覆盖、低功率、大连接的特点，在井下恶劣的条件下信号也能快速传输出去。实现无需布线即可快速实现“城市井盖”智能实时监测系统的部署，极大缩短实时监测系统的施工时间，降低系统的实施成本。
■ 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。
■ 系统支持设备实时定位
该系统可在云平台对井盖的基本信息进行管理，包括经纬度、所在道路等；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，及时对各辖区内所属的井盖安全运维管理进行统一指挥调度出警和工程维护。
■ 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。
■ 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 NB智能井盖传感器
3.1 简介
NB智能井盖传感器（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。NB型智能井盖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NB型智能井盖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。
■ 多方位全面监测
我司NB型智能井盖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 |
当传感器与液面之间的距离（即空高）超过限值，触发空高超限报警 |
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剩余电量 |
可实时上传设备剩余电量，低电量时及时更换内部电池 |
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定位功能 |
支持定位信息获取，并上传安装点定位信息至服务器端。 |
■ 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
NB型智能井盖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NB型智能井盖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
NB型智能井盖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。
■ 电池电量监测
设备内置超大容量锂亚电池（19000mAh），能够连续使用≥5年时间。通过实时上传电量信息，免去用户重复充电、频繁更换电池的烦恼，持久耐用。
■ 实时定位监测
设备支持定位信息的获取，并上传安装点定位信息至服务器端。通过结合系统直观的市政平面图，可实时查看井盖在所辖区内的位置和基本属性信息，方便并对各辖区内所属的井盖安全运维进行统一指挥调度出警和工程维护。
■ 支持蓝牙非接触式配置
NB型智能井盖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。支持在APP内进行终端地址设置、目标地址端口设置、倾角报警上限阈值设置、水浸门槛值设置、百度经纬度设置、正常/报警数据上传间隔设置、ICCID 值查询、登录密码设置、查看设备实时状态等操作。
■ 支持多方式报警
NB型智能井盖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NB型智能井盖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。
■ 高防护等级，测量精准
我司NB型智能井盖传感器防护等级IP68，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
■ 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。
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。
【超限预警】
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。
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，采用GIS地理信息技术实现地理地图展示：井盖位置、基本信息、实时状态等，通过结合系统直观的市政平面图，快速且方便对各辖区内所属的井盖防盗进行统一指挥调度出警和工程维护。
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 视频监控
全面性的监管，实现井盖周围环境画面联网呈现，还可将各智能井盖传感器监测到的数据通过视频字符叠加器叠加在监控画面上，其界面显示全部信息，避免反复切换，方便工作人员通过监控了解现场情况，迅速调度附近人员做好防护措施，防止出现人员伤亡。
4.2.6 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。
4.2.7 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。
4.2.8 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】
4.2.9 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。 |
4.2.10 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。
4.2.11 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。
4.2.12二次开发
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。
4.2.13 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。
