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摘要：

因井蓋缺失而形成的“城市陷阱”已成為一種社會問題，有必要建立有效的信息化管理體系，實時監測道路井蓋的狀態，主動發現問題，及時解決問題。針對道路井蓋可能出現的各類問題，提出實時監測的內容和方法，在此基礎上構建井蓋信息化管理系統，并進行了初步測試。

關鍵詞：

檢查井；井蓋；井蓋監測；信息化管理

現代城市中，給排水、供電、通信、燃氣、熱力等各類設施的管線密集交織，設置在道路上的檢查井或工作井更是星羅棋布。這些井的井蓋經常會發生損壞、移位、缺失等現象，在道路上留下孔洞，形成嚴重的安全隱患。近年來，國內許多城市均發生因井蓋問題而引起的人身傷害事故。以上海為例，全市有超過19家單位的650萬個檢查井，井蓋破損、缺失、位移等情況時有發生，由此引起的交通事故和人員傷亡事件時有發生。井蓋是市政基礎設施的重要組成部分，因井蓋缺失而形成的“城市陷阱”已成為百姓關心、政府煩心、受害者揪心的社會問題。有必要建立一個有效的信息化管理體系，實時監測道路井蓋的狀態，主動發現問題，及時解決問題。

1井蓋狀態監測內容和方法

正常情況下，道路井蓋覆蓋在井座上，處于水平狀態，平服穩定，無破損，頂部與路面平齊，車輛或行人壓過時無變形、無翻翹。

1.1基于井座和井蓋耦合的監測方法

傳感器安裝在井座上，通過機械或磁感應方式探測井蓋位置是否正常，工作原理簡單，通過井座連接線纜。圖1為該方法的應用實例。機械式探測一般利用井蓋的重力推動行程開關。井蓋缺失時，重力消失，行程開關動作，發出報警信息。由于機械式探測在惡劣環境下難以保障可靠性，目前多采用磁感應方式。上述實例中采用的干簧管傳感器，其工作原理：井蓋位置正常時，干簧管靠近磁鐵而閉合。井蓋缺失時磁場消失，干簧管分斷，觸發MCU向管理中心報警。磁感應方式在光纖傳感器上應用的原理。井蓋移動時，磁鐵位置移動，懸臂應力變化，光纖光柵反射的激光波長隨之變化，波長分析儀測出變化并發出報警信息。基于井座和井蓋耦合的監測方法能有效探測到井蓋的缺失，但對于井蓋翻翹、破損以及變形可能探測不到，功能上有一定的局限。另外，盡管傳感器設在井座有供電和通信方面的便利，但由于電纜敷設成本高，在實際應用中仍會受到許多制約。例如上述基于光纖傳感器的井蓋監測裝置，應用于電力和通信設施有較大優勢，但用于水務和其他管道設施面臨沿線敷設光纜的問題。

1.2傾斜監測方法

井蓋傾斜探測裝置固定在井蓋上。由于井蓋的變形或翻翹方向不可預測，所以井蓋的傾斜探測也應該是無方向性的，本文采用圖4所示的滾珠式傾斜開關。該開關裝置主要包括4個部件：圓環狀電極，圓盤狀電極，滾珠，安裝上述3個部件的充滿阻尼液體的外殼部件。該開關處于水平狀態時，滾珠依重力落在圓盤狀電極底部，兩電極之間分斷。該開關在任意方向傾斜達到一定程度時，滾珠滾動接觸圓環狀電極，使兩電極閉合，發出傾斜信號。該裝置構造簡單，可做成全封閉結構以適應各種惡劣環境。其另一個優點是能在傾斜狀態下接通電路，不消耗電能，利于延長電池使用壽命。

1.3光照度監測方法

井蓋的缺失或嚴重破損導致白天有光線進入井內，利用光敏元件探測。半導體光敏元件受到光照后導通，A點電位下降，觸發MCU啟動與監測管理中心的通信，報告井蓋狀態變化信息。光敏元件封固在透明的膠裝物質中，使其適合在惡劣的環境中。由于塵土和污垢的覆蓋會導致感光能力的下降，甚至完全失去功能。所以光照度監測的方法不適用于污染嚴重并且不便于維護的環境中。

1.4其他監測方法

道路井蓋狀態監測的內容還可以包括加速度、震動、位移、衛星定位（GPS/BDS）等，以獲得更多的井蓋狀態信息。從城市安全和綜合信息采集出發，還可以附加溫度、水位、有毒有害氣體等監測內容[1]。增加信息采集內容必然會增加裝置的成本和電能消耗，所以信息采集需綜合各方面需求和裝置的成本等進行統籌。

2井蓋狀態監測裝置構成

井蓋狀態監測裝置是由傳感器、微控制器、無線通信裝置、手動檢查裝置、電源等部件組成。其中微控制器（MCU）是監測裝置的核心部件，負責實施邏輯控制和狀態編碼，控制通信裝置工作。電源采用低自放電電池，使用壽命不低于3a。為延長電池供電時間，需降低電力消耗。按目前的芯片制造技術，低功耗微控制器（MCU）的工作電流可以做到微安（μA）級，時鐘關閉時的休眠功耗甚至小于1μA。井蓋監測裝置中能耗大戶是無線通信裝置，尤其在通信條件差的區域，必須有足夠的發射功率才能夠保持有效的通信連接。為減少耗電，可以使無線通信裝置處于停止工作狀態（切斷電源，接收部分也停止工作），需要時供給電源，啟動通信。無線通信裝置的能耗與通信方式有關。對于采用直接應答的無線通信裝置，啟動時間短，通信時間短，耗電相對較低；而GPRS/3G/4G等方式的無線通信裝置，啟動時間相對較長，通信時間長，耗電相對較高。道路井蓋監測裝置可以每隔一段時間自動檢測井蓋狀態，將檢測結果上報監測管理中心。

3井蓋狀態監測裝置的工作環境

井蓋監測裝置做成標準模塊部件，能適應不同井蓋的安裝。對于鑄鐵井蓋，監測裝置可以安裝在腹板內側，使其不易遭受撞擊而損壞。由于鑄鐵井蓋的屏蔽作用，某些情況下無線通信無法正常工作，需采用特殊天線和在井蓋上開窗等方式予以解決。對于其他材質的井蓋，可以在底部中間位置按標準規格預留監測裝置的安裝孔洞。井蓋監測裝置需要適應極端惡劣的工作條件，包括最高溫和最低溫、長時間的日光暴曬和風霜雨雪、積水浸泡、重壓、撞擊、震動、泥漿和油污的浸潤和包覆、窨井內各種有害氣體的熏陶等，還要承受運輸和安裝過程中的碰撞和敲擊。井蓋監測裝置組合封裝在1個密封盒中，防護等級為IP67，抗沖擊能力為30g，工作環境溫度為-40～60℃，相對濕度為100%。

4監測數據的傳送

為實現道路井蓋狀態的實施監測，在井蓋和井蓋監測管理中心之間需建立有效的數據通信。監測數據通過有線和無線2種方式傳送。有線通信方式適用于傳感器安裝在井座，通過線纜將井蓋監測裝置直接連接到監測網絡，技術已成熟。無線通信方式包括公共無線通信網絡、WIFI網絡、短距離無線通信等技術[2]。其中短距離無線通信技術可以實現在特定區域內（通常為數十米）的圖像、語音和數據信息傳輸，是目前物聯網系統主要采用的無線通信技術，也非常適用于構建井蓋監測信息傳輸網絡，尤其是基于路燈桿的綜合物聯網應用。城市道路沿線均設有路燈，井蓋監測信息傳輸網絡若與路燈監控網絡合并，就能從路燈桿上獲得電源和通信組網資源，路燈桿和道路井蓋之間的距離滿足道路井蓋信息短距離傳輸的要求。所以利用路燈桿布設用于道路井蓋狀態信息傳輸的短距離無線通信網絡具有較強的可實施性，也符合城市信息化設施的發展方向。

5井蓋信息化管理的要求與方法

5.1井蓋編碼

為實現井蓋信息化管理，首先對井蓋進行編碼，使每只井蓋都對應唯一的標識碼，從標識碼判定井蓋的類別。根據城市網格化管理相關標準，道路井蓋屬于市政公共區域內的管理部件，其標識碼應由16位數字組成，依次為：6位縣級及縣級以上行政區劃代碼、2位大類代碼、2位小類代碼、6位序列編號，遵從國家標準CJ/T214—2007《城市市政綜合監管信息系統、管理部件和事件分類、編碼及數據要求》的相關規定，便于數據共享。

5.2井蓋狀態信息的編碼

井蓋狀態信息采用可變長度編碼結構，需要包括8個字節。其中6字節地址標識為井蓋狀態監測裝置的MAC地址，井蓋狀態監測裝置安裝后，該地址標識與井蓋標識綁定，實時采集井蓋狀態信息能夠映射到井蓋屬性信息中。狀態代碼1個字節，用以描述井蓋的狀態和設備狀態，其各bit代表信息內容和定義。附加字節數為井蓋狀態信息的擴充留下空間，無附加信息時，該字節為0x00。附加信息長度可達255字節，用于描述井蓋或井蓋所在檢查井的其他信息，如坐標位置、溫度、氣體濃度等，具體應用時定義。

5.3井蓋信息化管理系統

基于物聯網技術的道路檢查井實時監測系統主要由井蓋狀態監測裝置、區域控制器和井蓋監測管理中心3個層次組成。其中區域控制器利用專用傳輸網絡與井蓋狀態監測裝置組成區域控制系統，實現與井蓋監測管理中心的通信。井蓋監測管理中心采用分布式分區管理方式，對所有道路井蓋進行監測和管理。井蓋監測管理中心集成有井蓋信息系統、GIS信息系統、告警信息系統等監管平臺，具有信息采集與管理、信息查詢、GIS展示、報警處置、井蓋權屬單位協調、監測裝置布防與撤防、統計與報表等功能。

6結語

經過對試驗裝置的測試，表明井蓋狀態監測裝置能夠穩定工作，對設定的故障能夠及時報警，試驗系統也能實現道路井蓋信息化管理的各項功能。井蓋狀態監測裝置的標準化和產品化工作正在進行，有望進入推廣應用階段。

作者：戴孫放 單位：上海市城市建設設計研究總院

參考文獻：

[1]馬愛麗，曹夢宇，唐瑋璇.基于智能井蓋的物聯網+市政一體化系統[J].物聯網技術，2016（3）:65-68.

[2]任安虎，鮑宏海.基于ZigBee的城市道路井蓋安全監測系統設計[J].物聯網技術，2014（11）:81-83.