陳銅和

（上海網(wǎng)波軟件股份有限公司，上海，200090）

摘要:近年來，伴隨氣候變化和城市化進(jìn)程加快，極端暴雨頻發(fā)，造成城市內(nèi)澇事件頻繁出現(xiàn)，城市排水問題越來越受到人們的關(guān)注。為解決城市排水信息化程度低、監(jiān)測(cè)體系不完善、信息孤島等問題，提出了在智慧城市建設(shè)大背景下，利用GIS、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)的方法。本文對(duì)徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容與建設(shè)方案進(jìn)行詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：智慧排水；應(yīng)急指揮；排水模型；數(shù)字化轉(zhuǎn)型

1 引言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程加速，城市規(guī)模越來越大，城市排水管網(wǎng)設(shè)施也越來越多，與此同時(shí)帶來了城市排水管理難度的增加^[1]。為了實(shí)現(xiàn)城市排水工作信息化、科學(xué)化和精細(xì)化管理，全國許多城市開展了城市排水信息化建設(shè)，取得了一定的成績和效果^[2]。但在城市排水監(jiān)控管理方面的信息化建設(shè)較為滯后，存在如下問題:一是城市排水監(jiān)控體系缺失或不完善;二是城市排水監(jiān)控仍采用傳統(tǒng)人工巡查監(jiān)控方式，管理方式落后且信息化低;三是城市排水工作涉及不同權(quán)屬單位，未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能共享，形成“信息孤島”^[3]，因此，利用現(xiàn)有GIS、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)和理念，搭建城市智慧排水綜合監(jiān)控平臺(tái)勢(shì)在必行。徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村水務(wù)局以“源頭治理、中間截?cái)唷⒛┒丝刂啤钡乃枷霝橹笇?dǎo)，以“廠站網(wǎng)河”一條線的技術(shù)路線為導(dǎo)向^[4]，開展了智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了排水“一張圖”展示、排水監(jiān)控管理和內(nèi)澇應(yīng)急管理等功能，全面提高了城市排水監(jiān)控管理能力和服務(wù)水平。

本文針對(duì)徐州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)的建設(shè)進(jìn)行論述，介紹了平臺(tái)的建設(shè)內(nèi)容與總體框架，并對(duì)平臺(tái)的建設(shè)方案與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2 建設(shè)內(nèi)容

平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)以“1+1+1+N”（一套智慧排水監(jiān)控體系，一個(gè)數(shù)據(jù)中心，一個(gè)應(yīng)用支撐平臺(tái)，N個(gè)應(yīng)用）模式為基礎(chǔ)，主要包括以下幾方面內(nèi)容：

一是開展城市智慧排水監(jiān)控體系建設(shè)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、高效、節(jié)約地對(duì)城市排水從排水戶、管網(wǎng)到污水處理廠一體化全方位監(jiān)控，提升業(yè)務(wù)監(jiān)控、應(yīng)急保障和風(fēng)險(xiǎn)管控能力；

二是建設(shè)排水?dāng)?shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一共享交換；

三是依托數(shù)據(jù)中心，搭建統(tǒng)一的應(yīng)用支撐平臺(tái)，提供統(tǒng)一的用戶會(huì)話、業(yè)務(wù)服務(wù)、計(jì)算處理、數(shù)據(jù)管理等應(yīng)用支撐服務(wù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、排水設(shè)施數(shù)據(jù)、排水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、巡查數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的統(tǒng)一處理、管理以及查詢統(tǒng)計(jì)，進(jìn)一步為城市排水管理工作提供數(shù)據(jù)支撐；

四是搭建智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)，打造一套可展示、可監(jiān)控、可輔助決策的平臺(tái)，將全區(qū)的排水監(jiān)控業(yè)務(wù)全部納入智慧排水監(jiān)控管理平臺(tái)中，從而實(shí)現(xiàn)城市排水業(yè)務(wù)信息化、精細(xì)化以及科學(xué)化，提升城市排水業(yè)務(wù)治理能力。

3 總體設(shè)計(jì)

智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)基于SOA架構(gòu)，采用B/S+M/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行搭建。平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)包括感知層、基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、支撐層、應(yīng)用層以及用戶層6個(gè)核心部分。       

1)感知層是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)城市排水設(shè)施加裝采集、監(jiān)測(cè)設(shè)備，如雨量監(jiān)測(cè)設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備、液位監(jiān)測(cè)設(shè)備、道路積水監(jiān)測(cè)設(shè)備以及視頻監(jiān)測(cè)設(shè)備等，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排水各項(xiàng)數(shù)據(jù)^[5]。

2)基礎(chǔ)設(shè)施層包括軟硬件設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)。軟硬件設(shè)施是利用云管理平臺(tái)將服務(wù)器、存儲(chǔ)、安全等設(shè)備進(jìn)行了虛擬化，形成統(tǒng)一的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全資源池，為平臺(tái)提供軟硬件服務(wù)。

3)數(shù)據(jù)資源層是對(duì)城市排水的各類數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一組織管理，將數(shù)據(jù)分類成內(nèi)部數(shù)據(jù)和外部數(shù)據(jù)，包括排水管網(wǎng)、排水用戶、污水廠、排水泵站、基礎(chǔ)地理以及水文數(shù)據(jù)等，通過整理和入庫后，形成智慧排水監(jiān)控大數(shù)據(jù)資源中心。

4)支撐層是為應(yīng)用層通過應(yīng)用支撐平臺(tái)提供功能服務(wù)，包括統(tǒng)一用戶認(rèn)證、地圖服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、監(jiān)控服務(wù)以及權(quán)限服務(wù)等。

5)應(yīng)用層是平臺(tái)業(yè)務(wù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)展示的窗口，包括排水“一張圖”展示、廠站網(wǎng)河監(jiān)測(cè)告警、養(yǎng)護(hù)巡檢、管網(wǎng)檢測(cè)及內(nèi)澇應(yīng)急管理等功能模塊。

6)用戶層是平臺(tái)主要用戶，包括供排水監(jiān)督管理部門、政府監(jiān)督部門、管網(wǎng)運(yùn)維單位以及污水廠運(yùn)維公司等。

7)兩側(cè)是保障平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、政府法律法規(guī)體系、保障體系以及信息安全體系等。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)遵循擴(kuò)展性、可靠性以及維護(hù)性等原則，將資源中心分成六大核心數(shù)據(jù)庫，即地理信息數(shù)據(jù)庫、排水設(shè)施數(shù)據(jù)庫、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫和其他數(shù)據(jù)庫。其中地理信息數(shù)據(jù)庫包括電子地圖、影像數(shù)據(jù)、地名地址以及行政區(qū)劃等。排水設(shè)施數(shù)據(jù)庫包括排水管網(wǎng)、污水廠、排水泵站、排水井蓋以及各種感知設(shè)備等；監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫包括管網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污水廠監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、排水泵站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、河道水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以及內(nèi)澇點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫包括排水審批許可數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)、上報(bào)數(shù)據(jù)以及工單數(shù)據(jù)等；管理數(shù)據(jù)庫包括指揮調(diào)度數(shù)據(jù)、應(yīng)急管理數(shù)據(jù)、生產(chǎn)運(yùn)營數(shù)據(jù)以及人員管理數(shù)據(jù)等；其他數(shù)據(jù)庫包括水文數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、人文數(shù)據(jù)以及多媒體數(shù)據(jù)等。

5 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

智慧排水綜合監(jiān)管平臺(tái)以智慧排水?dāng)?shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，通過GIS技術(shù)，基于J2EE平臺(tái)規(guī)范和SOA的Web服務(wù)技術(shù)，開發(fā)了一張圖展示、排水設(shè)施數(shù)據(jù)管理、巡檢養(yǎng)護(hù)、管網(wǎng)檢測(cè)及內(nèi)澇應(yīng)急管理等多方面的應(yīng)用。

設(shè)施一張圖：將排水管網(wǎng)、污水廠以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)等信息在地圖上集中展示，一是可以利用 GIS 基本地圖工具，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、縮小、全圖以及平移等操作；二是可以通過點(diǎn)選查詢，可以查看排水設(shè)施的詳細(xì)屬性；三是可以通過空間查詢和屬性查詢，查詢到符合要求的排水設(shè)施分布情況，點(diǎn)擊查詢結(jié)果中的某條管線數(shù)據(jù)，可以快速進(jìn)行定位，且高亮顯示；四是可以通過空間統(tǒng)計(jì)和屬性統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)排水設(shè)施相關(guān)信息，如排水管網(wǎng)總長度、污水處理廠數(shù)量等。

內(nèi)澇一張圖：以總覽式、全局式視角展示內(nèi)澇總覽信息，實(shí)現(xiàn)各要素在一張圖展示，包括氣象、水情、視頻監(jiān)控、氣象預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、布防情況、積水點(diǎn)情況、重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)等內(nèi)澇相關(guān)業(yè)務(wù)的一圖總覽。

設(shè)施數(shù)據(jù)管理：提供排水設(shè)施“數(shù)據(jù)上報(bào)-數(shù)據(jù)審核-數(shù)據(jù)反饋-數(shù)據(jù)更新”全流程管理服務(wù)。排水設(shè)施巡檢人員與數(shù)據(jù)采集人員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)有需要校核、修正、新增的排水設(shè)施數(shù)據(jù)，利用移動(dòng)端手持設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新采集并上傳到PC端系統(tǒng)，再由專門的管理人員對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)審核與反饋，最后將審核通過的數(shù)據(jù)更新到排水設(shè)施一張圖與數(shù)據(jù)庫中。

水質(zhì)數(shù)據(jù)管理：污水處理廠進(jìn)、排水口和重點(diǎn)河道斷面水質(zhì)各參數(shù)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔，由設(shè)備自動(dòng)上報(bào)。監(jiān)管平臺(tái)可隨時(shí)調(diào)取查看不同時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)差超出一定范圍，監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行預(yù)警，增強(qiáng)監(jiān)管能力。

預(yù)警預(yù)報(bào)處置：為實(shí)現(xiàn)市區(qū)泵站、管網(wǎng)、調(diào)蓄池及全市污水廠運(yùn)行動(dòng)態(tài)一屏“觀、管、防”^[6]，選取管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，安裝水位監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控排水系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)雨量、水位、水質(zhì)等關(guān)鍵運(yùn)行信息^[7–8]。監(jiān)管平臺(tái)后臺(tái)設(shè)置閾值，一旦有指標(biāo)超過預(yù)警值，系統(tǒng)以聲光方式彈出報(bào)警信息^[9]，工作人員接警后根據(jù)實(shí)際情況，按照不同類型事件，進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)處置。

巡檢養(yǎng)護(hù)管理：提供“巡檢單元?jiǎng)澐?巡檢計(jì)劃制定-人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢-巡檢問題上報(bào)-問題處置-問題交辦-問題反饋處理”等全流程、規(guī)范化排水巡檢管理服務(wù)。巡檢管理人員利用地圖工具劃分不同的巡檢單元片區(qū)，制定年月巡檢計(jì)劃，并將巡檢計(jì)劃與任務(wù)下發(fā)給不同的片區(qū)與相關(guān)責(zé)任人，巡檢人員在接收到巡檢任務(wù)之后進(jìn)行巡檢并對(duì)巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題通過APP進(jìn)行問題上報(bào)，巡檢管理人員通過PC端系統(tǒng)對(duì)上報(bào)問題進(jìn)行逐一處置、交辦，再由相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行整改處理并將整改結(jié)果上傳到系統(tǒng)，最后由巡檢管理人員給出反饋意見。為了使管理者能清晰、準(zhǔn)確了解排水設(shè)施巡檢的整體情況，系統(tǒng)將提供數(shù)據(jù)可視化圖表功能，將排水設(shè)施情況、問題上報(bào)情況、數(shù)據(jù)上報(bào)情況、人員巡檢情況、人員簽到情況等以統(tǒng)計(jì)圖表的形式直觀展示，并提供不同的篩選條件可供查詢不同組合狀態(tài)下排水設(shè)施巡檢狀況。

內(nèi)澇應(yīng)急管理：當(dāng)發(fā)生暴雨事件時(shí)，利用各種電子終端主動(dòng)聯(lián)合發(fā)布相關(guān)的預(yù)警信息，得到用戶請(qǐng)求的事件處理方案，為部門決策人員提供決策依據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)決策方案的跟蹤管理。系統(tǒng)提供涵蓋“應(yīng)急響應(yīng)-布防啟動(dòng)-積水事件處置”在內(nèi)的內(nèi)澇應(yīng)急管理服務(wù)，以內(nèi)澇處置為核心，以發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、總結(jié)提升為總體綱領(lǐng)，使內(nèi)澇積水更加快速的被發(fā)現(xiàn)、更加及時(shí)的被處理。

6總結(jié)

本文綜述了利用目前先進(jìn)的GIS，云計(jì)算，物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，搭建智慧排水監(jiān)控管理平臺(tái)的方法，對(duì)推動(dòng)智慧化排水管理具有十分重要的價(jià)值。平臺(tái)的搭建，取得了以下幾點(diǎn)成效:一是實(shí)現(xiàn)了城市排水精細(xì)化、信息化和科學(xué)化治理，構(gòu)建了“廠站網(wǎng)河”一體化監(jiān)控體系；二是對(duì)城市排水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行了收集、整理、處理和入庫，構(gòu)建了智慧排水?dāng)?shù)據(jù)中心；三是利用平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)成果展示、查詢和統(tǒng)計(jì)，城市排水實(shí)時(shí)監(jiān)控和內(nèi)澇應(yīng)急管理等功能，有效地提高城市排水的管理水平，下一步將繼續(xù)完善數(shù)據(jù)和平臺(tái)功能，構(gòu)建集物聯(lián)網(wǎng)、模型、數(shù)據(jù)、知識(shí)于一體的排水系統(tǒng)數(shù)字孿生體系^[10]，通過排水系統(tǒng)工程管理、運(yùn)行維護(hù)、預(yù)測(cè)決策、應(yīng)急管理及資源調(diào)度等應(yīng)用開發(fā)，服務(wù)于排水系統(tǒng)全生命周期管理，為新階段排水系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展提供有力支撐和強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)。

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作者簡介：陳銅和，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事智慧水務(wù)信息化規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、軟件平臺(tái)研發(fā)等工作，通訊地址：上海市楊浦區(qū)隆昌路619號(hào)8號(hào)樓北區(qū)C01室，聯(lián)系電話：13917397459，郵箱：chenth@wavenet.com.cn