CN106289392A - 一种应用于城市道路的水环境监测系统 - Google Patents

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成玉宁
袁旸洋
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Southeast University
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Southeast University
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass

Abstract

本发明公开了一种应用于城市道路的水环境监测系统，属于城市道路及海绵城市建设领域，在道路机动车道的两侧分别为中分带和侧分带，在中分带和侧分带上均设有监测系统立杆，在监测系统立杆上设有配合使用的数据处理及传输工作箱和太阳能光伏电板，在监测系统立杆的底部设有土壤水分传感器；其中，在中分带内设有两组渗透式储水模块与道路雨水收集系统连通，渗透式储水模块底部放置水位测量仪，中分带监测系统立杆上部设有雨量传感器。本发明针对城市道路特定结构及城市道路水环境特点设计，对于定量研究城市道路水环境特点、海绵道路系统设计实效验证和改进提升、城市道路绿化后期维护管理能够提供最准确的基础数据和技术支撑。

Description

一种应用于城市道路的水环境监测系统
技术领域
本发明属于城市道路及海绵城市建设领域，具体涉及一种应用于城市道路的水环境监测系统。
背景技术
城市道路多为不透水路面，具有径流系数大，产、汇流速度快等特点。发生短历时强降雨时，大量地表径流通过道路横、纵坡迅速汇集于低洼地段，当路面积水超过道路下水系统排水能力时往往造成内涝灾害。在国内外暴雨洪灾中，城市道路系统往往是受城市内涝灾害影响最为严重的区域；例如在2012年北京7·21特大暴雨中，北京城区共有95处道路因积水而瘫痪，其中又有8人在驾车途中溺亡。城市道路系统的内涝灾害严重威胁着市民的生命财产安全。与此同时，由于城市道路不透水下垫面的阻隔，雨水资源被管网集中排走，地下水补给不足，造成地下水位下降、地面沉降，城市道路中侧分带及周边区域土壤缺水严重等问题，城市道路的水环境问题逐渐成为制约城市可持续发展的重要因素。
城市道路水环境监测是一种对城市道路研究范围内降雨量、路面汇水量、中侧分带土壤含水量等多种道路水环境指标的监视、测定技术。目前国内城市水环境监测主要集中在城市排水管网及自然河流水系方面，专门针对城市道路进行水环境监测工作还开展较少，技术方法主要以人工采样、实验室仪器分析为主。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于提供一种应用于城市道路的水环境监测系统，本发明针对城市道路结构及城市道路水环境特点，利用无线传感、物联网、光伏太阳能等技术手段实现对城市道路水环境全天候实时监测，对于城市道路水环境生境监测及海绵城市绩效评估具有积极意义。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明的一种应用于城市道路的水环境监测系统，采用如下技术方案：
一种应用于城市道路的水环境监测系统，在城市道路机动车道的两侧分别为中分带和侧分带，在中分带和侧分带上均设有监测系统立杆，在监测系统立杆上设有配合使用的数据处理及传输工作箱和太阳能光伏电板，在监测系统立杆的底部设有土壤水分传感器；在中分带内设有两组渗透式储水模块，渗透式储水模块与道路雨水收集系统连通。
所述的土壤水分传感器为FDR水分传感器MP-406C型。
在中分带中，所述的土壤水分传感器设置在所述的两组渗透式储水模块的中间位置，土壤水分传感器为四个且等间距设置，间距为60厘米。
在侧分带中，所述的土壤水分传感器为三个且等间距设置，间距为40厘米。
在所述的监测系统立杆上设有避雷针。
在所述的中分带监测系统立杆上部设有雨量传感器。
所述的监测系统立杆通过支架基础固定。
在所述的渗透式储水模块的底部设有水位测量仪。
有益效果：与现有技术相比，本发明的一种应用于城市道路的水环境监测系统，具备以下优势：
1)本发明针对城市道路特定结构及城市道路水环境特点设计，对于定量研究城市道路水环境特点、海绵道路系统设计实效验证和改进提升、城市道路绿化后期维护管理能够提供最准确的基础数据和技术支撑；
2)基于无线传感和物联网技术可以实现对城市道路水环境的无人力、全天候实时监测，相比现有人工取样、实验监测做法效率更高且监测覆盖面更广；
3)系统采用太阳能光伏电池供电，所需电能来自光伏电池对太阳能的转化，不依靠额外电源输入，系统适应范围更广；
4)仅需利用互联网通过客户端便可及时查看数据，客户端软件能够在线实时生成水环境分析报表，实现道路水环境数据的可视化。
附图说明
图1是城市道路水环境监测系统组成示意图；
图2是城市道路水环境监测系统网络拓扑结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
如图1，一种应用于城市道路的水环境监测系统，由以下几个部分组成：末端数据采集设备、系统搭载平台、数据处理及传输工作箱。在道路机动车道6的两侧分别为中分带5和侧分带7；整套应用于城市道路的水环境监测系统分为四组，其中两组安装于生态路工程系统试验路段；另外两组分别安装于相同道路普通路段的中分带5与侧分带7中，并且土壤水分传感器9埋设的数量、位置均与试验路段保持一致，所测数据作为对照组信息。各项测量数据每隔一小时自动上载至专用网站供相关人员进行读取和分析。
末端数据采集设备包括土壤水分传感器9、水位测量仪10、雨量传感器12。土壤水分传感器9采用FDR水分传感器MP-406C型，中分带5内埋设于两组渗透式储水模块8的中间位置，根据土层深度不同共布置四个土壤水分传感器9测点，相互间距约60厘米；侧分带内布置三个土壤水分传感器9测点，相互间距约40厘米。在中分带监测系统立杆上部设有雨量传感器12。
水位测量仪10利用水位测量仪套管放置于渗透式储水模块8底部，采用液压变送器原理测量水位变化。雨量传感器采用翻斗式雨量传感器，可将以毫米计的降雨深度转换为开关量信号输出。
系统搭载平台包括太阳能光伏电板2和监测系统立杆3，满足了各种设备的摆放需求并为相应设备提供电能。监测系统立杆3通过支架基础4固定。
数据处理及传输工作箱11是一种测量信息处理、储存和传输的集成设备，包括一个综合信息处理器和无线信号发射天线。
如图2所示，是城市道路水环境监测系统网络拓扑结构图，由数据采集模块、数据存储传输模块、数据终端模块三个部分组成。
数据采集模块采集数据包括：区域降雨量数据、渗透式蓄水模块水位以及中侧分带不同土层深度的土壤含水量数据。
降雨量的数据采集由翻斗式雨量传感器传感器完成，设置在道路中分带周围无遮挡区域，可根据需要调整累计雨量统计的时间间隔。渗透式蓄水模块水位变化通过液压式水位传感器采集，水位测量仪10置于中分带渗透式储水模块8底部，可将水压差异换算成水位变化值输出。土壤水分传感器9利用电磁脉冲原理获得土壤介质的体积含水量。道路中分带5的土壤水分传感器9四支一组，埋设于同一位置的不同深度土层，相互间距0.6米左右；侧分带7的土壤水分传感器9三支一组，埋深间距0.4米左右。土壤水分传感器9共四组，分别埋设于试验段中分带5、侧分带7和对比段中分带5、侧分带7，通过与对比段监测数据的比较，能够客观反映出道路水环境以及海绵技术设施对土壤水分变化的影响。
数据存储传输模块由数据采集器、数据存储器、3G无线信号发射装置组成，各传感器采集到的数据信息经现场设备初步处理后，通过3G无线信号发射装置传输至网络服务器做进一步处理和存储，客户端可通过互联网登陆服务器实时查询有关信息。
数据终端模块由web服务器及客户端构成，web服务器对集成现场采集器上传的道路水环境数据进行存储并生成各类表报及趋势图，通过B/S方式发布，经过授权的用户可以通过客户端远程浏览及下载数据。

Claims (8)

1.一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在道路机动车道(6)的两侧分别为中分带(5)和侧分带(7)，在中分带(5)和侧分带(7)上均设有监测系统立杆(3)，在监测系统立杆(3)上设有配合使用的数据处理及传输工作箱(11)和太阳能光伏电板(2)，在监测系统立杆(3)的底部设有土壤水分传感器(9)；其中，在中分带(5)内设有两组渗透式储水模块(8)，渗透式储水模块(8)与道路雨水收集系统连通。
2.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：所述的土壤水分传感器(9)为FDR水分传感器MP-406C型。
3.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在中分带(5)中，所述的土壤水分传感器(9)设置在所述的两组渗透式储水模块(8)的中间位置，土壤水分传感器(9)为四个且等间距设置，间距为60厘米。
4.根据权利要求3所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在侧分带(7)中，所述的土壤水分传感器(9)为三个且等间距设置，间距为40厘米。
5.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在所述的监测系统立杆(3)上设有避雷针(1)。
6.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在所述中分带(5)的监测系统立杆(3)上设有雨量传感器(12)。
7.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：所述的监测系统立杆(3)通过支架基础(4)固定。
8.根据权利要求1所述的一种应用于城市道路的水环境监测系统，其特征在于：在所述的渗透式储水模块(8)的底部设有水位测量仪(10)。
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