暴雨侵袭下，城市内涝频发，不仅阻碍交通、破坏基础设施，更威胁市民生命财产安全。市政泵站与闸门作为城市排水的 “咽喉”，其调度的及时性与精准性至关重要。将城市内涝积水监测系统与市政泵站、闸门深度融合，构建 “监测 - 预警 - 调度” 闭环，能实现积水风险的全流程管控。而当积水超阈值时，如何将自动启动强排泵的响应时间压缩至≤5 分钟，更是提升防汛效率的关键突破口。

一、城市内涝积水监测系统与市政设施协同的现状与挑战

当前，部分城市的内涝监测、泵站控制与闸门调度系统相互独立，存在数据孤岛现象。监测系统采集的积水深度、流速等数据，无法实时同步至泵站与闸门控制系统，导致调度滞后。此外，传统人工决策模式下，从发现积水超标到下达调度指令，往往耗时数十分钟，错过最佳排涝时机。同时，复杂的管网拓扑、多变的降雨强度与动态的水位变化，也对系统的快速响应与精准调度提出了更高要求。

二、“监测 - 预警 - 调度” 闭环的系统架构设计

（一）多源数据采集层

内涝积水监测系统通过部署毫米波雷达、超声波液位计、摄像头等设备，实时采集道路、立交桥下、低洼区域的积水深度、面积及变化趋势数据。市政泵站与闸门的运行参数，如水泵流量、启停状态、闸门开度等，也通过传感器接入系统。此外，融合气象部门的实时降雨数据、水文模型的预测数据，形成多维度数据池，为后续分析提供支撑。

（二）数据传输与处理层

采集的数据通过 5G、NB-IoT 等通信网络，以毫秒级延迟传输至云端数据中心。利用边缘计算技术，在数据源头完成初步处理，剔除无效数据，压缩数据量。云端平台则运用大数据分析技术，对数据进行清洗、整合与关联分析，例如将积水区域与对应泵站、闸门的覆盖范围进行匹配，明确调度责任单元。

（三）智能决策与控制层

基于机器学习算法，构建内涝风险评估模型。当监测数据显示积水深度超过预设阈值（如 30 厘米），系统自动触发预警，并根据积水区域的大小、增长速率、周边人口密度等因素，生成最优调度方案。该方案包含启动哪些泵站、开启哪些闸门、调整至何种运行参数等指令，随后通过通信网络直接发送至市政设施的控制系统，实现自动化调度。

三、积水超阈值时强排泵响应时间优化策略

（一）硬件设施的升级改造

通信网络优化：在市政泵站与闸门部署 5G 工业路由器，利用 5G 网络的低延迟特性（理论延迟＜1ms），确保调度指令快速下达。同时，建立冗余通信链路，如备用的光纤网络或卫星通信，防止极端天气下网络中断。

设备自动化改造：将传统泵站的人工启停设备升级为智能控制系统，采用可编程逻辑控制器（PLC）与变频器，实现水泵的远程、自动启停与转速调节。例如，西门子 S7-1200 系列 PLC，响应速度可达微秒级，能快速执行调度指令。

（二）算法与模型的优化

动态阈值设定：摒弃固定阈值模式，通过历史降雨 - 积水数据训练深度学习模型（如 LSTM 网络），动态预测不同降雨强度下的积水变化趋势。当预测到积水可能超阈值时，提前启动泵站预排，缩短响应时间。

并行计算加速：采用分布式计算框架（如 Apache Spark），对海量监测数据进行并行处理。在计算调度方案时，同时模拟多个泵站、闸门组合的排水效果，快速筛选出最优策略，减少决策耗时。

（三）流程与机制的完善

分级预警与预调度：将积水预警分为三级（黄色、橙色、红色），不同级别对应不同的预调度措施。例如，黄色预警时，部分泵站进入热备状态；橙色预警时，启动部分小功率水泵；红色预警时，立即按最优方案满负荷运行。

应急演练与参数优化：定期开展 “监测 - 预警 - 调度” 全流程应急演练，记录每次演练中各环节的耗时，分析瓶颈并优化。例如，通过演练发现某泵站因设备老化导致启动延迟，及时进行设备更换与参数调整，将启动时间从 3 分钟缩短至 1 分钟。

四、实际应用案例与成效

某市在智慧防汛项目中，构建了内涝积水监测与市政设施联动系统。在一次特大暴雨中，系统监测到某立交桥下积水深度在 10 分钟内从 10 厘米上升至 35 厘米，触发红色预警。系统自动生成调度方案：启动周边 3 座泵站的 12 台强排泵，同时开启下游闸门至最大开度。从预警触发到水泵全部启动，仅用时 4 分 20 秒，较传统模式缩短近 80%。在持续 6 小时的降雨过程中，该区域积水始终未超过危险水位，保障了交通畅通与市民安全。系统运行一年来，内涝积水平均消退时间缩短 60%，防汛响应效率显著提升。

五、未来发展趋势与挑战

尽管 “监测 - 预警 - 调度” 闭环已取得显著成效，但仍面临挑战。一方面，极端天气导致的复杂工况（如短时间强降雨、城市管网超负荷），对系统的自适应能力提出更高要求；另一方面，老旧市政设施的智能化改造需要巨大资金与技术投入。未来，随着物联网、数字孪生、人工智能技术的发展，可构建城市排水系统的数字孪生模型，实时模拟内涝演进与调度效果，进一步优化决策；同时，研发低成本、高可靠性的智能监测与控制设备，推动系统在更多城市普及，为城市安全运行筑牢防线。