窨井盖破损实时监测系统

• 108

•

ELECTRONICS WORLD ・探索与观察

本文介绍了一个能够同时检测多个窨井盖破损程度、警示过往行人和传输有关数据到网络服务器与手机app的窨井盖实时监测系统。监测数据实现共享，供其他部门调用查询和监督，且用户可通过手机app或手机短信获得各个窨井盖及其周围环境的实时数据，从而达到实时监测的目的。

1 引言

窨井盖是现代城市中重要的公共基础设施之一，是管理和维护城市地下污水、通信电缆（光缆）、燃气管道、供水管道等必不可少的设备之一（来勐，赵勇，城市窨井盖远程监控系统：电信工程技术与标准化，2012）。

全国各地每年由于窨井盖的破碎或缺失导致的安全事故屡屡发生，主要原因是缺乏实时监测手段，有关部门不能实时监控窨井盖状况，不能及时更换破损窨井盖，从而威胁到了路面上过往车辆和行人的安全。

另外，也存在下水道的堵塞使城市道路污水蔓延，下水道的燃气泄漏、下水道里的电线短路等其他问题导致的火灾也时有发生，这几种情况也会产生相应的危险。

针对上述情况，本系统旨在减少该原因引起的事故，实现能够实时监测窨井盖及其下水道水位、下水道可燃气体、下水道烟雾和地表温湿度，并能准确、稳定、迅速地传达数据至相关部门及其工作人员，从而预防意外事故的发生。

2 系统功能

当窨井盖破损达到一定程度时，系统发出警报声和警示光警示过往行人；显示屏幕会滚动显示相关负责单位信息及其联系方式，行人发现后可以及时反馈给相关负责单位；系统发送短信到工作人员手机并自动上传数据到服务器，有关部门可通过不同平台实时获得各个窨井盖的破损数据。同时，现场工作人员可以通过访问网页和查看安卓app 查询和监视各个井盖的实时情况。

3 系统设计

3.1 系统总体框图

建立一个能够检测多个窨井盖破损程度、并能警示行人和传输有关破损数据到相关部门服务器与人员工作手机的窨井盖实时监测系统。该系统的服务器数据可以与其他服务器实现共享，可以供上一级部门调用查询，且用户可通过访问网址，安卓app 或接收手机短信获得各个窨井盖及其周围环境的实时数据，从而达到实时监测的目的。系统总体框图如图1

所示。

图1 系统总体框图

3.2 系统的功能设计3.2.1 井盖破损的监测

在建立窨井盖破损的工程应用模型所使用到的现实模板时，可以通过实

窨井盖破损实时监测系统

湖北民族大学 章善斌 董效杰 张小江

孙钟书 谭 淼 董庭兰

地考察收集信息和大数据识别，然后建立不同环境下窨井盖的破损比率。

采用盖内部布置漆包线的方式，可以将窨井盖与建立起来的工程应用模型一一对应，通过对每根漆包线采集电平，可以准确识别窨井盖的破损程度。

井盖内部均匀分布有细漆包线，井盖破裂将会将漆包线也扯断，系统就可以检测到漆包线断裂的多少，即井盖破损程度。3.2.2 下水道水位的监测

各个窨井盖下方利用超声波模块检测水位高度，将同一管道上相邻井盖间水位高度进行比较，并容许一定的管道倾斜高度差，最后判断是否发生堵塞（马爱丽，曹梦宇，唐玮璇，李伟，郑黎明，基于智能井盖的物联网+市政一体化系统：物联网技术，2016）。工作人员可通过查看安卓app ，访问网址获取实时数据。

3.2.3 下水道烟雾及可燃气体的监测

在井盖的下方安装能检测到烟雾及可燃气体的传感器，采集的数据实时同步上传至服务器，当传感器检测到可燃气体或烟雾浓度超标时，系统将会示警。3.2.4 地表温湿度的监测

本系统利用温湿度传感器监测窨井盖周围环境的温度和湿度，并实时上传数据至服务器，工作人员可以通过app 和访问网址获得相应的数据。

4 系统实现

4.1 系统总体

系统总体以感知层技术、传输层技术、控制层技术、软件开发技术四个部分实现。4.2 感知层技术

在系统感知层面上，井盖内部布有纤细的漆包线，外部有超声波测距传感器（HC-SR04），烟雾气敏与可燃气体传感器（MQ-2）和温湿度传感器（DHT11）。

通过判断井盖内的漆包线断的多少系统可判断井盖的破损比例。通过超声波测距传感器采集的数据系统可判断下水道是否出现堵塞现象；烟雾及可燃气体传感器可检测下水道内的可燃气体浓度是否超标及其是否有烟雾（下水道火灾）；温湿度传感器可检测地表温湿度，这些措施可帮助市政部门更好的实行管理。4.3 传输层技术

系统通过sim900a 芯片采用GPRS 数据传输将数据上传至服务器，通过GSM 网络发送短信。4.4 控制层技术

系统的控制采用stm32f103zet6控制以及设计的两个按键可进行人机交互,可根据不同的道路环境设定误差值，以达到准确识别破损值。4.5 软件开发技术

本系统开发了服务器、网页以及应用于安卓平台的app ，只要安装了客户端，便能查询和监视各个井盖的实时情况。

开发环境如下:stm32开发（keil mdk5.14)、服务器和网页开发（eclipse jdk1.8）、Android 开发（Eclipse with ADT plugin ，Android SDK Tools ，Android Platform-tools ）。

5 结语

本系统旨在减少由窨井盖引起的事故，以检测破损为核心、结合多项传感器技术、配合控制算法、运用物联网和互联网技术将数据快速而又准确的传递到用户，实现实时监测。因此，本系统对智慧城市和智能小区的建设有一定的参考作用。

基金项目：湖北民族学院大学生创新创业训练计划资助项目（项目编号：2016CX096）。