海绵城市监控系统由四部分组成：传感层、传输层、平台层以及展示层。传感层主要包括流量传感器、水位传感器、雨量传感器、水质分析仪、土壤墒情传感器、空气温湿度传感器、下渗率传感器和视频采集摄像机等组成，主要功能是实时在线采集流量、水位、雨量、土壤墒情、渗透率、空气温湿度、水质以及视频等信息。传输层由RTU和电信公网组成，主要功能是实时读取和处理各类传感器数据并将数据传输到平台层。平台层主要包括综合信息管理系统，对接收到的信息进行收集、存储、整理、分析，并以数据为基础对“海绵城市”经低影响开发设施改造后的效果进行评估。展示层主要由控制中心展示屏和现场LED屏等组成，支持远程定时更新数据，其核心的功能在于向公众快速、真实的展示“智慧海绵城市”运行情况，模拟“海绵城市”两水分配形式和运动状态，从而对“海绵城市”建设成果进行评价。

       海绵城市监控系统利用自动和远程监测技术、通信及计算机网络技术、空间地理信息技术、物联网技术、云计算技术等，建设综合管理平台，实现“海绵城市”建设信息化管理、自动化监测、实时化调度、科学化决策、网络化办事、规范化服务。

       海绵城市监控系统建立城市水系统模型，对现场采集的数据资源进行梳理，完善共享与交换平台，建设一个完整、规范的数据中心，将数据规整入库，建立统一稳定的模型数据交换机制。通过历史降雨资料电子化、历史降雨样本统计分析、暴雨模型研究，同时结合排水数据录库、管渠模型搭建、港渠模型搭建、湖泊模型搭建等，建立2D模型；通过地表高程数据处理、下垫面解析建立3D模型。模型应用于“海绵城市”排水系统模拟计算评估、雨水系统模拟计算评估、合流制系统雨天溢流计算评估、实时预警预报、排水系统优化运行以及规划方案校验，终实现“海绵城市”的监测评价系统的模型化和可视化。