项目背景与行业痛点

城市道路、园区道路、地下出入口及低洼路段在强降雨过程中容易形成局部积水。传统积水监测多采用人工巡查或地面以上设备进行水位检测，存在发现不及时、点位覆盖有限以及现场布线困难等问题。对于道路排水口、路缘低点、地下通道入口等位置，监测设备还需要兼顾车辆碾压、泥沙沉积、长期潮湿和无积水状态下的低功耗运行。地埋式路面积水监测方案针对上述特点，将水位、积水电导率和温度集成到地下监测节点中，通过超声波方式感知路面水层厚度，并利用无线通信将数据传输至监测平台。设备平时保持低频运行，当检测到积水后自动进入加密监测和上报状态，使系统在满足实时性的同时降低长期待机功耗。与单纯监测“有没有水”不同，该方案能够进一步获取积水深度及其变化过程，并通过电导率辅助判断积水介质的导电特征，为道路积水识别、内涝预警和现场处置提供连续数据依据。

建设目标与监测目标

建设面向城市道路及低洼区域的地埋式积水在线监测系统，实现路面积水从无水状态到形成积水、持续上涨、退水以及恢复无水状态的全过程自动记录。

系统重点监测路面水层高度，水位精度达到±(0.5%FS＋0.001 m)，分辨率达到0.001 m。通过连续监测，可以识别积水是否形成、积水深度达到何种程度以及水位变化速度，为道路通行管理和排水调度提供基础信息。

电导率和温度作为辅助监测参数，用于补充描述积水的导电特征及现场温度变化。通过水位与辅助参数的联合分析，可提高异常积水事件识别和数据判别能力。

需求分析

道路积水监测与一般水体水位监测存在明显差异。监测点通常位于路面、排水口或低洼区域，正常情况下可能长时间没有积水，因此设备需要在无水期间保持低功耗运行，在检测到积水后快速提高采集和上报频率。

由于路面积水中可能夹带泥沙、尘土和细小杂物，超声测量区域需要考虑沉积物对测量面的影响。设备允许一定程度的沉积，工程应用建议沉积高度不高于10 mm，并根据实际环境定期检查和清理。

通信方式根据现场条件在NB-IoT和LoRa之间选择。单点分散式城市监测可根据运营商网络条件选择NB-IoT；园区、道路片区或已有LoRa物联网网络的项目，则可采用LoRa方式进行集中组网。

供电采用一次锂电池组，电池容量根据采集频率、通信方式、环境温度和预期运行周期进行配置，从而兼顾设备体积、续航时间和现场维护周期。

总体解决方案

系统采用“地埋感知终端＋无线通信网络＋监测平台”的建设方式。地埋终端安装在道路积水易发生位置，通过1 MHz超声波测量路面水层高度，同时采集电导率和温度数据。

设备采用事件驱动式上报策略：没有积水时以较低频率进行状态保活和环境监测；检测到水位出现并达到设定条件后，自动进入积水监测状态，提高采样和数据上报频率；积水持续期间持续跟踪水位变化，退水至设定条件后恢复低频运行。

监测平台负责接收各点位数据，对积水深度、变化趋势、持续时间和设备状态进行统一管理。当道路积水达到预设预警条件时，平台生成报警信息，为道路巡查、交通疏导和排水处置提供依据。

系统架构设计

系统由地下感知层、低功耗采集层、无线通信层和平台应用层组成。地下感知层负责水位、电导率和温度测量；采集单元完成数据处理、状态判断和工作模式切换；通信层负责NB-IoT或LoRa无线数据传输；平台层完成监测数据存储、地图展示、趋势分析和报警管理。

对于城市道路多点部署，可按照道路、街道、片区、排水分区等方式建立监测节点层级。平台能够将不同点位的积水状态集中展示，形成区域路面积水监测网络。

监测内容与监测方法

核心监测参数为路面积水水层高度。设备通过地下探头向上方水面发射超声波，根据超声波传播时间获取探头与水面的距离，并结合探头安装基准计算实际积水深度。

超声工作频率为1 MHz，超声盲区约0.02 m，并采用近区算法改善近距离积水条件下的有效检测能力。由于路面积水属于浅层水体，设备安装高度和盲区范围需要在施工阶段准确控制，避免安装基准不合理造成有效测量范围缩小。

电导率测量范围为0～200 μS/cm，分辨率1 μS/cm，精度约±1%FS，用于反映积水的电导特征。温度测量范围为-10～70 ℃，精度±0.5 ℃，作为环境和积水状态的辅助参数。

技术原理与算法模型

设备采用超声波脉冲测距原理进行积水深度测量。超声波从传感器向上方传播，当声波遇到水面后产生反射，设备根据发射与接收之间的时间差计算水面距离，再依据安装基准换算积水高度。

针对地埋式浅积水监测距离较短的特点，系统引入近区处理算法，对传感器近距离回波进行识别和有效性判断，使设备能够覆盖较浅的道路积水变化。同时结合连续测量结果对水面目标进行稳定性判断，降低瞬时干扰造成的误报。

数据处理过程中可采用有效区间判断、连续样本比对、异常值剔除和趋势判断等方法，对突发跳变和短时干扰进行过滤。当多个连续采样结果呈现稳定上升趋势时，可判断积水正在形成或加深；当水位持续下降并低于设定恢复条件时，则判断积水正在消退。

电导率数据主要作为积水特征的辅助信息，不直接等同于污染物浓度或水质等级。系统可根据项目需要建立水位、电导率和温度之间的数据关联，用于辅助识别不同积水状态。

系统功能设计

系统具备积水深度实时监测功能，可连续获取监测点水位数据，并记录积水形成、上涨、稳定和退水全过程。

系统具备无水低功耗运行功能。正常情况下设备保持低频采集和通信，仅进行必要的状态保活；当检测到积水后自动切换至高频监测状态，减少无效数据传输并降低电池消耗。

系统具备积水事件识别功能，可按照水位阈值、持续时间和变化趋势判断积水事件。对于短时水膜、偶发水滴或单次异常数据，可通过连续性算法降低误触发概率。

系统具备设备状态监测功能，可管理设备在线状态、通信状态、最近上报时间及电池运行状态，并对长期无数据等异常情况进行提示。

硬件组成与配置方案

地埋式路面积水监测终端主要由1 MHz超声水位感知单元、电导率传感单元、温度感知单元、低功耗采集控制模块、NB-IoT或LoRa通信模块以及一次锂电池组组成。

设备采用地埋式安装结构，感知面与路面形成合理的安装基准，使超声波能够覆盖积水区域。安装时应充分考虑路面坡度、排水方向、车辆荷载以及周边泥沙汇集情况，优先选择容易形成积水且具有代表性的低洼点。

无线通信模块根据现场网络覆盖情况选择NB-IoT或LoRa。电池容量根据项目的监测频率和通信策略进行配置，重点保障无水期间低功耗待机以及积水事件期间的连续监测能力。

核心设备参数

水位测量精度：±(0.5%FS＋0.001 m)。

水位分辨率：0.001 m。

超声工作频率：1 MHz。

超声盲区：约0.02 m，含近区算法。

允许沉积：建议不高于10 mm，并根据现场环境定期清理。

电导率测量范围：0～200 μS/cm。

电导率分辨率：1 μS/cm。

电导率精度：约±1%FS。

温度测量范围：-10～70 ℃。

温度精度：±0.5 ℃。

通信方式：NB-IoT或LoRa，根据现场通信条件选择。

供电方式：一次锂电池组，容量根据项目配置。

数据上报策略：无水低频保活，检测到积水后加密上报，具体周期可配置。

软件平台与数据展示

平台以地图和监测点列表为主要管理入口，对城市道路各积水监测节点进行统一管理。地图可显示监测点位置、当前积水状态和设备在线状态，便于管理人员快速定位异常区域。

监测详情页面可展示当前积水深度、电导率、温度、数据更新时间以及设备运行状态，并通过历史曲线查看积水从形成到消退的完整过程。

对于道路内涝监测项目，可按照街道、道路、排水分区或管理单位进行数据分组，并对不同区域的积水事件进行统计，为城市排水管理提供统一的数据入口。

数据分析与智能应用

平台可根据连续水位数据计算积水深度变化速度和持续时间，形成单次积水事件的完整过程记录。通过统计不同监测点的积水发生次数、持续时间和最大积水深度，可以识别容易发生积水的重点路段。

当多个监测点同时出现水位上涨时，可结合时间顺序分析区域积水扩展过程；当某一点水位快速上涨而周边点位变化不明显时，则可以作为局部排水异常或局地降雨影响的辅助判断依据。

长期运行后，可形成道路积水历史数据库，并进一步结合降雨、排水管网、泵站运行和交通信息，为城市内涝风险分析和排水设施优化提供数据基础。

预警机制与决策支撑

系统可按照项目管理要求设置多级积水预警阈值，例如根据轻微积水、影响通行和严重积水等不同管理状态配置不同报警等级。实际阈值应结合道路标高、排水能力、交通要求及当地管理标准确定。

预警判断不仅可以采用固定水位阈值，还可以加入积水持续时间和水位上涨速率。当水位在较短时间内快速上涨时，即使尚未达到较高水位，也可以提前形成趋势性提示。

报警信息可包含监测点名称、道路位置、当前水位、变化速率、持续时间及设备状态，并根据平台配置推送至管理人员，为现场巡查、交通管制和排水处置提供辅助决策依据。

项目实施方案

项目实施前首先开展道路现场踏勘，根据历史积水点、道路坡度、排水口位置和城市内涝风险资料确定监测点。优先选择具有代表性的低洼点、道路汇水点、地下空间入口和排水能力不足区域。

设备安装过程中应控制地埋探头与路面的安装高度及平整度，保证测量基准稳定。同时考虑车辆荷载、路面施工结构、防水密封和后期检修条件，避免设备安装完成后受到机械损坏或泥沙快速覆盖。

完成设备安装后进行水位基准校准和通信测试，并通过人工加水、现场积水或其他可控方式验证设备对浅层水位变化的响应。系统连续运行稳定后完成平台接入、报警参数设置及项目验收。

运维服务保障

地埋式设备虽然减少了地面设备占用空间，但长期运行仍需关注探头表面沉积和排水环境变化。对于泥沙较多的道路，应定期检查超声测量区域，建议沉积不高于10 mm，并根据现场情况进行清理。

运维人员应定期检查设备通信状态、电池状态和数据连续性，并通过历史曲线判断监测点是否出现长期无变化、异常跳变或持续偏离正常状态等问题。

对于道路改造、重新铺装、排水口调整等施工，应同步检查地埋监测点的安装基准，避免路面标高变化影响积水深度计算。

项目优势与方案价值

地埋式结构能够减少传统地面监测设备对道路空间的占用，适合在城市道路、园区道路和地下出入口等对设备外露程度有要求的区域部署。

1 MHz超声测量结合约0.02 m盲区和近区算法，针对浅层积水监测进行了适配；0.001 m分辨率能够记录细微水位变化，有利于识别积水形成和消退过程。

系统采用“无水低频、积水加密”的运行策略，把无线通信和电池能耗集中到真正需要关注的积水事件期间，有利于延长一次锂电池组的现场运行周期。

NB-IoT和LoRa双通信选择可以适应不同城市和园区的无线网络条件，避免所有项目采用单一通信方式带来的部署限制。

应用场景

适用于城市道路积水监测、城市内涝监测、园区道路积水监测、地下车库出入口、下穿通道、隧道入口、桥下低洼区域、校园道路、工业园区及其他容易形成局部积水的区域。

对于城市防汛项目，可在历史积水点和重点排水区域布设多个地埋式监测节点，与雨量监测、排水泵站、视频监控等系统结合，形成多源城市积水感知网络。

效益分析

通过自动监测替代部分人工巡查，可以提高道路积水发现的及时性，尤其适用于夜间、暴雨和人工不易到达区域。积水事件全过程数据还可以为后续道路排水能力评估提供客观依据。

地埋式安装能够降低设备对道路景观和交通空间的影响，配合低功耗通信和事件触发式上报，可减少无效通信和现场换电频次。

通过持续积累积水深度、持续时间和发生频次，可以形成城市道路积水风险数据库，帮助管理部门识别高风险点位，为排水设施改造和防汛资源配置提供数据支持。

标准规范与政策依据

项目建设应结合城市排水防涝、海绵城市建设、城市内涝监测、物联网通信及相关监测设备技术要求进行设计，并根据项目所在地及建设单位要求执行现行国家标准、行业标准和地方技术规范。

涉及城市排水设施、道路工程、防洪排涝及城市内涝治理的项目，应结合项目实际建设内容执行相应工程设计和运行管理规范。监测设备的防护、供电、通信及数据接口应根据实际产品技术文件和项目设计要求确定。

具体项目实施时，应以建设期现行有效的国家标准、行业标准、地方标准以及项目招标和设计文件要求为准。

成功案例

地埋式路面积水监测适合采用多点分布式方式建设，可在城市历史积水点、道路低洼点、地下通道入口及重点排水区域部署监测节点，通过NB-IoT或LoRa形成无线监测网络。

实际项目案例可根据客户现场进一步补充监测点数量、道路类型、最大积水深度、报警响应时间、设备运行周期及实际处置效果等数据，形成完整的项目应用案例，用于工程验收、技术交流及项目宣传。

参考文献

[1] 城市排水与防涝相关国家标准、行业标准及工程技术规范。

[2] 城市内涝治理、排水防涝监测及海绵城市建设相关技术文件。

[3] 超声波水位测量、物联网无线通信及低功耗监测终端相关技术资料。

[4] 项目所在地现行城市道路、排水工程及防汛管理相关规范。