智能窨井盖传感器完成设计

一、智能窨井盖需求概述

在市政工程中，窨井盖管理看似不起眼，但十分重要，主要影响路人、机动车、非机动车安全，如果窨井盖被盗或翻转，那是一件十分令市民感到恐怖的事情，因为谁都害怕在道路上正常行驶着，突然前面路面出现个窟窿，那落差几米的深井以及正在行驶的车辆会一头栽进去，随时可能重伤和意外死亡。对市政官员来讲发生窨井盖事故，是会直接丢乌纱帽和坐牢的事情，东西虽小但关系城市安全，所以近年日益得到各大城市城管部门重视，除了城管日常巡检之外，通过物联网和智能传感器技术，在窨井盖上装备智能终端随时检察其翻转、被盗、移动和溢水就成为可能。本项目也在这种背景下应运而生，目前已完成试制和3D打印外壳，计划投产。

二、常见窨井盖事故产生的三种情况

1、窨井盖被偷盗而出现路面窟窿

过去还有些收破烂的随意偷盗窨井盖，因为其铸铁材质很厚实能卖几个钱，后来公安部门重点打击窨井盖偷盗行为，其被盗行为有所收敛，但一些三、四线城市还时有发生。

2、地下管网溢水顶开、翻转或冲走窨井盖

窨井盖对应地下管网的给排水，正常情况下，管网里的水位远低于路面，因此不会顶开窨井盖，可是在汛期、大量雨水或某消防管道破缺漏水等特殊情况，会让某位置窨井盖地下官网水位超高，根据【帕斯卡定理】：加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。窨井盖作为封口全靠铸铁自身重量维持，对溢出水位压强很低，抵不过外部水力压强的传递，所以窨井盖会被顶开、顶翻或被水力冲走，隐患由此诞生。

3、常年车辆经过时挤压、震动导致破碎、翻转或移位

首先路面窨井盖常年接受移动车辆的冲压，逐渐达到疲劳极限而碎裂，分成小块掉落至井中，从而露出路面窟窿。其次，有些道路颠簸不平，在窨井盖位置正好有个弹起落下的冲压，而窨井盖一般不用标准件固定，全靠自身重量覆盖，则轮胎下冲过程会带起窨井盖移位，这也是会发生偶然事故的情况之一；第三就是重型卡车轮胎上有粘性物质比如粘土，会经过窨井盖时粘起来移位。总之，这三种情况都是移动车辆引发的。

三、智能窨井盖传感器的设计思路

第一要能监控窨井盖的翻转和移动，可用三轴陀螺仪、三轴加速度计实现，若出现大于某个翻转角度阈值的翻转或某个方向加速度计的重要移动，则需要向城管中心报警；第二、监测地下水位高度，如果发生溢水，即水位超过某个高度阈值，则向城管监控中心报警；第三就是要用无线网络远程通信，除了报警信息外，日常还有设备管理等需求，因此常用4G NB-IOT或CAT1，实现低功耗远程通信；第四就是用电池供电，传感器安装在窨井盖的反面，无法拉电源线，而且都是超低功耗产品，因此与远程抄表系统一样可以用大容量干电池，就可连续运行3~5年。

因此传感器原理框图如下：