[0001] 本发明涉及排水窨井技术领域，具体涉及一种预制智慧排水窨井。

[0002] 排水窨井作为城市排水系统的重要组成部分，其主要功能是通过管道系统排放雨水和污水，保持城市的清洁和干燥。然而，随着城市化进程的加快和智慧城市建设的推进，传统排水窨井的局限性愈发明显。传统排水窨井主要用于管网的疏通与清污。然而，由于井内监测设备的安装，造成垃圾和杂物易截留，导致管道堵塞。这不仅影响排水效果，还增加了维护成本和工作量。随着智慧城市的发展，需要在排水系统中安装各种监测设备以实时监控水质、水位和流速等参数。然而，传统窨井设计未考虑到这些需求，导致设备安装复杂，位置不稳定，易受外界环境影响。例如，水质监测设备体积较大，传统窨井缺乏合适的空间进行安装。监测设备的正常运行需要稳定的电力供应。在偏远地区，通常缺乏市电供应，即便在市区，长距离铺设电缆会破坏路面，增加施工难度和成本。此外，传统窨井设计未考虑到供电需求，难以为设备提供持续稳定的电源。在监测过程中，数据的实时传输至关重要。然而，由于井下环境复杂，信号屏蔽严重，数据传输质量不佳，影响了监测效果和数据的实时性与准确性。污水管网中的淤积问题严重，传统窨井缺乏有效的自动清洁机制，导致管道内淤泥堆积，影响排水效果和监测设备的正常运行。

[0003] 为了解决上述问题，近年来出现了一些改进型的排水窨井设计。例如，采用高强度复合材料和自清洁涂层，增强了窨井的耐用性和抗污性。同时，部分窨井开始集成简单的监测设备，并采用太阳能供电，以减少对市电的依赖。然而，这些改进仍未能彻底解决传统窨井在智能化和自动化方面的不足。

[0004] 鉴于以上情况，为了克服上述技术问题，本发明设计了一种预制智慧排水窨井，解决了上述技术问题。

[0018] 为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

[0019] 如图1‑10所示，一种预制智慧排水窨井，包括窨井结构1、水管2、太阳能板3、井盖机构4、控制腔5和检测机构6。该窨井主要用于城市排水系统的中间环节，旨在提高城市排水系统的智能化和高效管理。窨井结构1安装在城市排水系统的中间，所述窨井结构1设置为正方形结构，起到承载和保护的作用。窨井结构1下部连接有水管2，用于排水流动。窨井结构1的上方安装有太阳能板3，这种设计充分利用了太阳能资源，为整个系统提供可持续的电力供应。井盖机构4则安装在太阳能板3的下方，采用坚固耐用的材料制作，确保窨井的安全性和耐久性。井盖机构4内嵌各类传感器和无线能量接收器44，实现井盖开启状态的实时监测和远程报警功能。这些传感器能够精确检测井盖是否被非法开启，从而有效防止井盖丢失和非法入侵，提高了城市排水系统的安全性。一旦井盖被非法开启，系统会通过无线信号发送报警信息到管理中心，相关人员可以迅速采取行动，避免可能的安全隐患。控制腔5设置在窨井结构1的内部，用于容纳和保护控制电路和相关设备。控制腔5的设计考虑了防水、防尘等因素，确保内部设备的长期稳定运行。控制腔5内的核心设备负责处理来自各类传感器的数据信息，并通过无线网络将数据传输到远程监控中心，实现对窨井的实时监控和管理。检测机构6则设置在窨井结构1的内部，通过内部的水泵将水从井里提升到监测室，采用化学法或光电法进行水质检测。这些检测方法可以实时监测水体的pH值、溶解氧、浊度、温度和各种污染物浓度。这些数据对于环境保护和城市排水系统的管理具有重要意义。
通过对水质的实时监测，管理人员可以及时了解排水系统的运行状态，发现并解决潜在问题，确保排水系统的正常运行。

[0020] 如图8所示，所述水管2的内壁上方安装有上挂式超声波流速仪21。上挂式超声波流速仪21的设计旨在探测管道内的水体流速，同时避免对水流和淤泥的影响，从而提高监测的精度。这种流速仪通过超声波技术，可以在不接触水流的情况下，精确地测量水流速度，避免了传统流速测量方法可能带来的误差和设备磨损问题，所述水管2的内壁下方安装有压力式液位计22。压力式液位计22用于测量水管2内的液位高度，并与安装在井内的雷达液位器47进行相互验证。这种双重验证机制确保了液位测量的准确性和可靠性。雷达液位器47利用雷达波的反射原理，可以在不接触水体的情况下，精确测量液位高度，而压力式液位计22通过检测水压变化来计算液位高度，两者结合使用，提高了测量数据的可靠性，所述水管2的侧面安装有电路连接线23，这些连接线分别与上挂式超声波流速仪21和压力式液位计22电连接。通过这些电路连接线23，传感器采集的数据能够实时上传到控制腔5内的处理器。处理器对数据进行分析处理后，通过无线网络将数据传输到远程监控中心，实现对排水系统的实时监控和管理。

[0021] 如图3所示，所述太阳能板3包括防爆抗压透明玻璃31、光伏能源板32和安装支撑板33。防爆抗压透明玻璃31设置在最上方，用于保护光伏能源板32，抵御外界环境的冲击和压力，确保光伏板的安全和长期使用。光伏能源板32位于防爆抗压玻璃的下方，通过吸收太阳能转化为电能，为系统提供清洁能源。安装支撑板33安装在光伏能源板32的下方，起到固定和支撑作用，确保太阳能板3的稳定性和安装方便。特别适用于偏远地区和市区内长距离铺设电缆的环境。由于偏远地区通常缺乏市电供应，传统的电力供应方式难以覆盖。而在市区内，长距离铺设电缆不仅成本高昂，还会破坏路面，带来不便和安全隐患。因此，采用市电与太阳能相结合的供电方式成为解决供电瓶颈的有效方法，系统还配备了储能电池，可以在阳光充足时存储多余的电能，在阴天或夜晚提供稳定的电力供应。这样，不论是偏远地区还是市区内的排水监测设备，都能够得到持续稳定的电力支持，确保监测设备的正常运行和数据的连续性。

[0022] 如图4所示，所述井盖机构4包括井盖组件41、GPS定位器42、位移传感器43、无线能量接收器44、气体传感器45、摄像头46、雷达液位器47、泥位传感器48和环境传感器49。井盖组件41安装在窨井结构1的上面，而其他各种传感器和设备则安装在井盖组件41的下面，呈九宫格排列，以确保各设备的功能和监测范围最大化。GPS定位器42用于实时监测井盖的位置信息，一旦井盖被非法移动或丢失，系统会立即发送警报，确保管理人员能够迅速采取措施。位移传感器43则用于感知太阳能板3和井盖的移动，防止非法开启。无线能量接收器44能够通过无线方式接收电能，为井盖下的各种传感器供电，保障设备在无电缆供电情况下的正常运行。气体传感器45用于检测井内有毒气体的浓度，预防有毒气体的积聚对环境和人类造成危害。摄像头46安装在井盖内部，用于监控井内环境，可以提供实时视频监控，帮助管理人员远程查看井内情况。雷达液位器47用于检测窨井的水位变化，确保排水系统在高水位时能够及时排水，防止内涝发生。泥位传感器48则用于感知井底淤泥的厚度，帮助管理人员及时清理淤泥，确保排水系统的畅通。环境传感器49用于监测井内外的温度、湿度等环境条件，为综合分析提供基础数据。这些数据对于排水系统的维护和管理具有重要意义，能够帮助管理人员提前预防和解决潜在问题，确保排水系统的稳定运行。

[0023] 如图5所示，所述井盖组件41包括井盖本体411、RFID标签412、透气孔413和天线414。井盖本体411安装在窨井结构1的上面，提供坚固的结构支撑。RFID标签412安装在井盖本体411的上面，用于查找和定位井盖。通过RFID标签412，管理人员可以快速识别和定位井盖的位置，提高维护效率。透气孔413设置在井盖本体411的表面，用于排出污水产生的甲烷、硫化氢等有害气体，防止气体积聚对环境和公共安全造成威胁。透气孔413的设计确保井内外空气流通，有助于减少有毒气体的浓度。天线414设置在井盖本体411的上面，采用球形设计。这种设计可以增强信号的接收和传输能力，确保数据通信的稳定性。天线414支持多频段设计，能够在不同环境下提供可靠的数据传输。无论是高层建筑密集的市区还是信号较弱的偏远地区，天线414都能保证监测数据的及时上传。井盖组件41不仅提供了基本的物理保护和通风功能，还实现了智能化的定位和通信功能。RFID标签412和球形天线414的结合，使井盖能够与远程监控系统保持稳定的连接，透气孔413则保障了井内环境的安全。
这种设计为城市排水系统的智能管理和维护提供了重要支持。

[0024] 如图2和图7所示，所述控制腔5中安装有控流阀门51和爬梯52。控流阀门51的设计和安装保证了排水系统的高效管理和操作便捷性，而爬梯52则为检修和维护人员提供了方便的出入通道。控流阀门51包括手动调节转盘511、电动调节电机512、丝杆513、固定环514、阀板515、阀体516和安装固定螺丝517。手动调节转盘511设置在控流阀门51的最上方，便于操作人员进行手动调整。电动调节电机512安装在手动调节转盘511的下方，实现自动化调节，提升操作效率。丝杆513位于电动调节电机512的下方，通过电机驱动进行精确调节。固定环514安装在丝杆513的下端，确保阀门结构的稳固。阀板515安装在固定环514的下方，用于控制水流的通断和流量。阀体516则安装在阀板515的下方，作为整个控流阀门51的主要结构，安装固定螺丝517设置在阀体516的四周，确保各组件的紧密连接和牢固固定。爬梯52设置在控制腔5内，为工作人员提供安全便捷的进出通道，便于对设备进行检查和维护。通过手动调节转盘511与电动调节电机512的结合，控流阀门51能够实现手动和自动双重调节，既保证了系统的灵活性，也提高了操作的便捷性和效率。

[0025] 如图7和图8所示，所述检测机构6包括取样水泵61、水质传感器62、化学药品存储罐63、无线能量发送器64、气泵65、储气罐66、一号防水接线孔67和二号防水接线孔68。整个系统的设计旨在实现对窨井内污水的全面监测和管理。取样水泵61安装在窨井结构1的内部，通过取样管611将井内的水抽取到监测室进行分析。取样管611的一端连接取样水泵61，另一端延伸至水管2中，确保能有效采集到水样。水质传感器62安装在窨井结构1的内壁上，用于实时监测污水的各种水质指标，包括化学需氧量(COD)、氨氮、总磷(TP)、浊度、电导率和pH值等。这些指标对于评估水质状况和污染程度至关重要。化学药品存储罐63紧邻水质传感器62安装，专门用于存储检测所需的化学试剂。这些试剂在水质传感器62进行化学分析时会被使用，从而提高检测的准确性和有效性。无线能量发送器64安装在化学药品存储罐63的侧面，通过电磁感应和电磁共振技术进行电能传送，确保各检测设备在没有直接电源连接的情况下依然能够正常运行。

[0026] 气泵65安装在取样水泵61的另一端，负责提供气压以辅助水样的采集和传输。储气罐66则安装在气泵65的后面，用于存储气体，保证系统在需要时能够快速供气。一号防水接线孔67设置在窨井结构1的表面，二号防水接线孔68则位于窨井结构1的内壁上，确保所有电气连接安全防水，防止漏电和设备损坏。

[0027] 无线能量发送器64的采用使得整个系统能够在复杂环境中保持高效运行，通过电磁感应和电磁共振技术，实现远程电能传输，减少了对传统电缆的依赖。这样，系统在偏远地区或市区内长距离电缆铺设困难的情况下，依然能够稳定运行。

[0028] 如图9所示，数据流图详细描述如下：传感器模块的数据流：传感器模块收集现场的实时数据，包括水质参数（如pH值、溶解氧、浊度、温度、污染物浓度）、水位、流速和压力。这些数据通过无线通信模块传输到云端平台，进行实时监控和数据存储。

[0029] 控制模块的数据流：控制模块接收传感器模块的数据，并通过智能算法进行分析和决策。根据分析结果，控制模块向闸阀控制装置和清洁系统控制装置发送控制指令，调节闸阀开度和启动清洁系统。

[0030] 闸阀控制装置和清洁系统控制装置的数据流：闸阀控制装置根据控制模块的指令，智能调控闸阀的开启和关闭，实现自动清淤。清洁系统控制装置根据控制模块的指令，通过高压气体和水混合冲洗流量计和压力式液位计22，保持设备的清洁和正常工作。

[0031] 能源供给模块的数据流：能源供给模块为传感器模块、控制模块、闸阀控制装置和清洁系统控制装置提供稳定的电力和气体。采用无线供电系统和太阳能供电系统，保障设备的持续供电。

[0032] 云端平台的数据流：云端平台接收传感器数据，通过数据存储、数据分析和远程监控模块进行处理。生成报告和预警信息，并将控制指令传输回控制模块，支持远程控制中心的决策和管理。

[0033] 远程控制中心的数据流：远程控制中心通过监控设备和决策支持系统，对系统进行远程监控和管理。根据云端平台的分析结果进行决策，向控制模块发送指令，保障排水系统的高效运行。

[0034] 上述披露的各技术特征并不限于已披露的与其他特征的组合，本领域技术人员还可根据公开目的进行各技术特征之间的其他组合，以实现本公开之目的为准。为使本领域的普通技术人员能够实现或者使用本公开内容，提供了本文中的描述。对于本领域的普通技术人员来说，对本公开内容的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本公开内容的范围的情况下，本文中定义的总体原理可以应用于其他变型。因此，本公开不限于本文所描述的示例和设计，而应被赋予与本文公开的原理和新颖特征像一致的最广泛范围。尽管已经参照附图描述了本公开内容的一个或多个示例性实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离如所附权利要求所限定的本公开内容的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节方面的多种变化。虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方式，对本公开作了详尽的描述，但在本公开的实施例基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本公开精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本公开要求保护的范围。以上所述仅是本公开的鉴于以上详细描述可以对本发明做出这些修改。在所附权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制为说明书中公开的特定实施例。反而，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所附权利要求书将根据权利要求解释的既定原则来解释。