基于无线传感网络技术的智能城市管网系统

为解决目前城市排水系统存在的各种问题，采集城市内一些重要信息，我们设计了基于智能井盖的市政一体化系统。该系统主要针对城市排水井盖进行功能拓展，通过各种传感器监测下水道水位信息、地表温湿度信息、井盖状态信息(如启闭、松动等)和车流量信息，并将这些信息传入互联网，且当某部分状态异常时可以自动向用户报警。城市管理者可通过上位机轻松访问相关数据,通过数据分析判断堵塞位置等问题所在。使用该系统可以更容易地掌握城市各方面信息，大大减少城市管理者工作量。

一、 项目背景

现如今，许多城市的雨水排水管道经常会出现堵塞现象，严重影响排水，致使道路三天两头出现积水，给人们的生活和出行带来严重不便。另外，井盖被盗、损坏近几年时有发生，经常伴随出现行人跌落下水道的现象。公路车流量过多，也影响到交通状况和人们的出行。对于市政各方面的问题进行系统化的管理是有必要的。同时在技术发展方面，随着无线传感器的智能感知技术的进步和GPRS/3G移动通信技术的飞速发展和部署以及宽带Internet的迅速普及，也为"智慧城市市政管理"建设提供了坚实的技术基础。

二、 目标

我们希望为城市管理者打造一款能够远程监测井盖状态，车流量，以及管道堵塞情况等信息，同时能够在出现问题时及时报警并做出更高效的处理方案的一个智能型市政管理平台。该产品还可以通过可视化的方式完成全部操作。

三、 产品功能

1. 盗窃报警，并使用网络通知市政部门及时解决井盖缺失问题。

2. 松动报警，排除井盖损坏造成的行人安全隐患。

3. 管道堵塞报警，并在可视化界面显示堵塞位置。显示管道维修车的位置，协助清洁部门及时清理，排除隐患，防止城市内涝的发生。

4. 检测地面温度，并传回数据。

5. 检测水位，并传回数据。

6. 检测地面湿度，并在湿度增加时提高传数据频率，有助大雨预警。

7. 检测车流量，并实时传回数据，协助交通管理。

8. 可视化界面显示传回的数据，并进行相应处理与分类，为市政部门提供方便的操作环境。

9. 建立数据库，将传回的数据储存，方便调用和分析。

四、 本项目的特色与创新

本项目把井盖作为一个区域汇聚节点，集中传输和智能处理数据。结合检测下水道的堵塞自动报警，检测实时车流量，井盖出现问题自动报警并构建基于物联网的辅助控制系统是本项目的一大创新。平时，城市市政因系统各自分立，信息不统一、不准确、不完整、不及时等给城市安全、环保造成问题。而本项目通过井盖系统定时向运营平台发送数据，并通过检测在下雨天增加发送频率，保证信息的实时性。

五、 基本设计思路

1. 水流状态监测

各个节点利用超声波模块检测水位高度，相邻节点间水位高度进行比较，从而判断是否发生堵塞(若相邻节点水位相差较大，可认为两结点间排水管道发生堵塞，通过高度差可以大致判断堵塞严重程度。

收集各个时刻的水位信息，生成水位高度变化曲线，当水位高度增加速度过快时，触发报警。

我们准备将模块放在靠近水井的涵洞顶端，排除地面不平正的影响。超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。当检测到相邻节点水位不同时，能够在上位机软件上突出显示，从而更快的解决问题。

2. 井盖姿态监测

利用陀螺仪模块检测井盖角度变化，从而判断井盖是否松动或者被无故开启，以实现防盗和检测松动功能。

mpu6050具有角加速度和加速度检测功能，且精度特别高，可以检测到微小的角度变化，采用IIC通信协议，操作简单。可将mpu6050水平贴附于井盖上，当井盖被开启时，模块检测出角度变化并返回信息。若井盖松动，当有人或车辆经过井盖时，井盖发生微小角度变化，通过判断mpu6050返回的信息可以判断井盖是否松动。如:井盖倾斜大于30度则判断为抬起，角度在-5—5之间波动不断则判断为松动。

3. 地表环境监控

监测地表温度和湿度，判断天气情况，并做出一定反馈。

湿度检测：

将湿度传感器安装于井盖内侧边缘处，实时检测湿度状况并反馈给各节点的中央处理系统，当阴雨天气湿度较高或者路面积水通过井盖边缘渗入时，湿度超过特定值，中央处理系统做出响应，提高与主机的通信频率，反馈实时信息，有利于管理人员在紧急状况下掌握更多信息。

温度检测:

将温度传感器固定在井盖下方，采集地表温度信息并上报，有利于市政部门掌握城市各处的温度状况，并对温度过高的地