繆勤榮

(中新南京生態(tài)科技島投資發(fā)展有限公司 江蘇南京 210019)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各類(lèi)工程設(shè)備為人們提供越來(lái)越便捷舒適的生活，與此同時(shí)此類(lèi)設(shè)備的可靠性、穩(wěn)定性以及安全問(wèn)題也逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，以往單純依靠人力檢測(cè)保證設(shè)備的安全可靠已遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需求，近年來(lái)隨著“物聯(lián)網(wǎng)”概念的興起，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)迅速發(fā)展，在眾多工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，大幅提高了人各類(lèi)工程設(shè)備的管理效率及水平。

“智慧城市”是城市未來(lái)發(fā)展的必然方向，而智能化的市政設(shè)施是智慧城市的主要內(nèi)容。市政設(shè)施智能化即是通過(guò)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)市政設(shè)施的數(shù)字化、智能化調(diào)度和管理。本文主要對(duì)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀及其在市政領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析和總結(jié)，并探討在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在市政領(lǐng)域應(yīng)用的前景和發(fā)展方向，為市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)概述

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是指應(yīng)用傳感設(shè)備以及傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)待監(jiān)測(cè)目標(biāo)與控制中心的信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)的智能化識(shí)別、追蹤以及實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理的一種技術(shù)[1]。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際上是“物聯(lián)網(wǎng)”概念的一種實(shí)際體現(xiàn)，其在一定程度上實(shí)現(xiàn)了人與物體的實(shí)時(shí)溝通，某些在線監(jiān)測(cè)技術(shù)甚至也可以實(shí)現(xiàn)物體之間的交互。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)通常具有一般物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)典型的的系統(tǒng)架構(gòu)，即通常包含感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、應(yīng)用層三個(gè)層面，具體架構(gòu)參見(jiàn)(圖1)[2]。

圖1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)典型系統(tǒng)架構(gòu)圖

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)中的感知層一般由各類(lèi)傳感器或傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)物信息的采集、捕獲和識(shí)別[3]。網(wǎng)路傳輸層相當(dāng)于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)，其主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)信息傳輸和交換，它必須能夠?qū)崟r(shí)地、可靠地將感知層采集的信息進(jìn)行處理，并通過(guò)有線或無(wú)線方式發(fā)送給終端。應(yīng)用管理層主要負(fù)責(zé)信息的存儲(chǔ)、分析和顯示，其目標(biāo)就是實(shí)現(xiàn)用戶的簡(jiǎn)單便捷化的監(jiān)控和管理。

2 市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)早在上世紀(jì)中期就開(kāi)始應(yīng)用于各行業(yè)之中，近年來(lái)隨著無(wú)線傳輸技術(shù)及計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的快速發(fā)展，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用則更加多元化，普及化。在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在市政領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。目前，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在市政領(lǐng)域應(yīng)用較多的主要包括以下幾個(gè)方面:

(1)智能交通

智能交通區(qū)別于以往依靠人工實(shí)現(xiàn)交通管理的方式，主要通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通的智能化監(jiān)控和管理。智能交通的基礎(chǔ)就是通過(guò)對(duì)城市交通一系列實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、分析，建立起有針對(duì)性的、完善便捷的城市交通運(yùn)輸管理體系，實(shí)現(xiàn)城市交通高效、有序地運(yùn)行，提高車(chē)輛行人出行的便利程度和安全保障[4]，其應(yīng)用體系如(圖2)所示。可見(jiàn)，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是智能交通的核心，大量交通智能管理功能是建立在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)之上。

圖2 智能交通應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)圖

國(guó)外在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在交通領(lǐng)域的應(yīng)用起步較早。早在1995年，美國(guó)交通部就提出了“國(guó)家智能交通系統(tǒng)項(xiàng)目規(guī)劃”，該規(guī)劃提出到2025年建成基于智能傳感器網(wǎng)路和衛(wèi)星定位技術(shù)的智能交通系統(tǒng)，系統(tǒng)通過(guò)對(duì)交通系統(tǒng)的智能化管理，可以實(shí)時(shí)地提供車(chē)輛的最佳路線，提高車(chē)輛的行駛效率，降低能源消耗;通過(guò)車(chē)距的監(jiān)控，可以更好地保障出行安全[5]。智能交通在我國(guó)的發(fā)展起步相對(duì)較晚，上世紀(jì)末期國(guó)家才開(kāi)始關(guān)注智能化交通系統(tǒng)的建設(shè)，近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，智能交通已成為交通領(lǐng)域發(fā)展的熱點(diǎn)。上海市率先實(shí)現(xiàn)了智能交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)利用部署于道路路口處的視頻監(jiān)控和各類(lèi)傳感器掌握實(shí)時(shí)的城市交通信息，并在特定車(chē)輛上設(shè)置衛(wèi)星定位系統(tǒng)和信息接收終端以便于控制中心實(shí)時(shí)地調(diào)度和管理[6]。中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化設(shè)計(jì)的智能交通監(jiān)控系統(tǒng)也取得了良好的應(yīng)用效果，該系統(tǒng)主要通過(guò)視頻監(jiān)控設(shè)備和溫度、濕度傳感器對(duì)道路的能見(jiàn)度和路面狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并及時(shí)向過(guò)往車(chē)輛給出提醒，有效地保障了道路交通的安全[7]。

(2)橋梁安全監(jiān)測(cè)

橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是應(yīng)用傳感設(shè)備對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)和評(píng)估，并在橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)出現(xiàn)異常時(shí)提供及時(shí)的預(yù)警信息，輔助橋梁的安全管理與維護(hù)[8]。近年來(lái)，隨著人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的重視程度不斷提高，橋梁安全監(jiān)測(cè)也隨之快速發(fā)展，各項(xiàng)研究及應(yīng)用工作不斷展開(kāi)，也取得了豐碩的成果。

國(guó)外橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的大規(guī)模建設(shè)起源于上世紀(jì)八十年代。英國(guó)的Foyle大橋、美國(guó)的Sunshine Skyway Bridge大橋，墨西哥的Tampico大橋等都在此期間建設(shè)了橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)在橋身上布設(shè)的各類(lèi)傳感器對(duì)大橋主梁及其它部位在荷載作用下的結(jié)構(gòu)變化信息進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)安全的實(shí)時(shí)、全方位監(jiān)測(cè)[9～10]。國(guó)內(nèi)對(duì)于橋梁的結(jié)構(gòu)安全同樣非常重視，橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究及應(yīng)用在全世界也位于前列。至今，我國(guó)的潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋、江陰長(zhǎng)江大橋、蘇通大橋等大型橋梁均已建立了針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，而城市內(nèi)的中小型橋梁也在逐步推進(jìn)結(jié)構(gòu)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)。(圖3)為蘇通大橋安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，其應(yīng)用固定式監(jiān)測(cè)和移動(dòng)式監(jiān)測(cè)兩種監(jiān)測(cè)方式對(duì)大橋的結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)進(jìn)行評(píng)估。如今，橋梁的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為橋梁設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮的內(nèi)容，杭州灣跨海大橋、杭州錢(qián)塘江四橋、蘇通大橋等在初期就設(shè)計(jì)了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，顯然橋梁安全的在線監(jiān)測(cè)已成為橋梁建設(shè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

圖3 橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

(3)管道監(jiān)測(cè)

傳統(tǒng)的管道病害檢測(cè)主要通過(guò)人工排查來(lái)解決，不僅檢測(cè)效率低，而且無(wú)法實(shí)現(xiàn)病害的實(shí)時(shí)檢測(cè)和預(yù)警。近年來(lái)隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的成熟，及各類(lèi)傳感設(shè)備的發(fā)展，更多的管道采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行管理。目前，我國(guó)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在石油、供水、燃?xì)?、電力等多種管道領(lǐng)域得到應(yīng)用。

國(guó)外對(duì)市政管線的監(jiān)測(cè)研究與應(yīng)用開(kāi)展的較早，尤其是石油、供水、燃?xì)獾裙艿赖脑诰€監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已相對(duì)比較成熟。對(duì)于燃?xì)庖约笆痛祟?lèi)具有很高安全要求的管道美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)立法必須對(duì)管道可能存在的泄漏情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)[11]。而供水、排水、電力等市政管線方面，既可以遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)城市管道參數(shù)，又可以遠(yuǎn)程控制相關(guān)設(shè)備的管線SCADA系統(tǒng)在各大城市得到了廣泛的應(yīng)用。國(guó)內(nèi)關(guān)于管道監(jiān)測(cè)方面的研究起步相對(duì)較晚，但近幾年來(lái)發(fā)展迅速。上世紀(jì)末期，我國(guó)的一些城市開(kāi)始認(rèn)識(shí)到應(yīng)用信息化技術(shù)管理市政管道的重要性，城市供水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)等城市管道信息管理系統(tǒng)在全國(guó)各大城市陸續(xù)得到建設(shè)，這些系統(tǒng)的建設(shè)有效改善了市政管網(wǎng)的管理模式[12]。此類(lèi)系統(tǒng)通過(guò)在管道及相關(guān)設(shè)施內(nèi)布設(shè)的傳感器和遠(yuǎn)程控制設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)管道信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、設(shè)備的遠(yuǎn)程控制以及危險(xiǎn)狀況預(yù)警等功能。北京、大連、濟(jì)南等城市均建立了供水管網(wǎng)、電力管線等市政管道的SCADA系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管線的遠(yuǎn)程調(diào)度和管理[13]。(圖2)所示為大連市旅順口區(qū)建成的給水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)，系統(tǒng)承擔(dān)了旅順口區(qū)20km2范圍的輸水管道及設(shè)備的監(jiān)控管理，有效保障了區(qū)域的供水安全。

圖4 旅順口區(qū)給水管網(wǎng)管理信息系統(tǒng)架構(gòu)圖

(4)其他

除上述幾種領(lǐng)域之外，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測(cè)與保護(hù)、城市燈光照明、災(zāi)害預(yù)警、治安管理等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用?？梢哉f(shuō)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，其未來(lái)還將會(huì)成為市政領(lǐng)域不可缺少的一部分。

3 市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)是未來(lái)“智慧城市”建設(shè)的基礎(chǔ)。應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)城市進(jìn)行實(shí)時(shí)地智能化的管理是城市發(fā)展的必然趨勢(shì)，2011年交通運(yùn)輸部發(fā)布的《道路運(yùn)輸業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃綱要》中明確提出“在未來(lái)五年中國(guó)要按照適度超前的原則，推進(jìn)交通信息化建設(shè)，大力發(fā)展智能交通，提升交通運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)代化水平”。2014年國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)城市地下管線建設(shè)管理的指導(dǎo)意見(jiàn)》中也明確提出“要在地下管線中廣泛應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)和隱患事故預(yù)警等先進(jìn)技術(shù)”?？梢灶A(yù)見(jiàn)未來(lái)幾年智能化市政將步入快速發(fā)展的周期，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)將更多地應(yīng)用在城市建設(shè)中去。

目前在線監(jiān)測(cè)在市政領(lǐng)域的應(yīng)用功能還主要是設(shè)備的監(jiān)測(cè)和災(zāi)害的預(yù)警，實(shí)質(zhì)上在線監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用方向和價(jià)值還有很多，未來(lái)市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)還需向以下幾個(gè)方向進(jìn)一步發(fā)展:

(1)建立綜合性的市政設(shè)施管理平臺(tái)。

現(xiàn)有針對(duì)各類(lèi)市政設(shè)施的監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)建設(shè)還較為分散，尚未建立針對(duì)整個(gè)城市市政設(shè)施的綜合市政管理平臺(tái)，甚至一個(gè)城市不同區(qū)域的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也不相同?！爸腔凼姓钡哪繕?biāo)就是建立綜合性的城市管理平臺(tái)，綜合性市政管理平臺(tái)不僅有利于增加管理效率，也有助于城市資源分配管理的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

(2)實(shí)現(xiàn)市政在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的共享。

目前我國(guó)交通、橋梁等各類(lèi)市政設(shè)施監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所取得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)還主要由其管理部門(mén)掌握，信息的共享通道還不通暢，數(shù)據(jù)的分享機(jī)制也不健全，在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的價(jià)值還很局限。只有數(shù)據(jù)的合理共享，才可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于行業(yè)建設(shè)管理的推進(jìn)，才可以有助于在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及推廣。

(3)輔助市政規(guī)劃設(shè)計(jì)。

輔助市政規(guī)劃設(shè)計(jì)是未來(lái)市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)非常重要的發(fā)展方向?，F(xiàn)有市政設(shè)施的設(shè)計(jì)主要還是依靠理論計(jì)算以及經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)，有時(shí)與實(shí)際的使用狀態(tài)存在較大差異。通過(guò)對(duì)在線監(jiān)測(cè)得到的大量的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)前市政設(shè)計(jì)的不足和瓶頸，指導(dǎo)市政設(shè)計(jì)手段的更新，為科學(xué)的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)提供技術(shù)手段。

(4)其他

此外，市政領(lǐng)域在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在區(qū)域環(huán)境整治與保護(hù)、工程建設(shè)流程管理、市政資源分配等方向也具有很好的應(yīng)用前景。

4 總結(jié)

在線監(jiān)測(cè)技術(shù)一方面可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)概念的具體體現(xiàn)，另一方面它也是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，物聯(lián)網(wǎng)正是強(qiáng)調(diào)所有設(shè)施的實(shí)時(shí)在線的聯(lián)系及管理?？梢?jiàn)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)未來(lái)將有更加廣闊的發(fā)展機(jī)遇及應(yīng)用前景，尤其作為重點(diǎn)發(fā)展物聯(lián)網(wǎng)的市政領(lǐng)域，我們可以大膽的預(yù)見(jiàn)，將來(lái)各種形式的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將對(duì)城市進(jìn)行全天候管理，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將走入移動(dòng)終端并完全融入我們的生活，每一位市民都可以成為城市的管理者。當(dāng)然，在線監(jiān)測(cè)技術(shù)再市政領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用還需要克服很多困難，如成本、標(biāo)準(zhǔn)化、微型化、硬件安全、網(wǎng)絡(luò)安全等方面，這也需要多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)共同推進(jìn)發(fā)展。

[1]楊威.利用GPRS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[J].航空制造技術(shù)，2010，(20):123 －125.

[2]孫其博，劉杰，黎葬，等.物聯(lián)網(wǎng):概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33(3):1－9.

[3]劉勇，候榮旭.淺談物聯(lián)網(wǎng)的感知層[J].電腦學(xué)習(xí)，2010，(5):55－62.

[4]王愛(ài)民.智能交通系統(tǒng)中信息技術(shù)應(yīng)用的研究[D].浙江大學(xué)，2006.

[5]Hill J，Culler D.A Wireless Embedded Sensor Architecture For System－level Optimization.UC Berkeley Technical Report，2002.

[6]周雅琴，譚定忠.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用及研究現(xiàn)狀[J].傳感器世界，2009，(5):35－40.

[7]洪峰，褚紅偉，金宗科，等.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)最新進(jìn)展綜述[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2010，47(z2):81－87.

[8]馬俊.橋梁結(jié)構(gòu)安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)理論與工程應(yīng)用研究[D].浙江大學(xué)，2010.

[9]Muria Vila D，Gomez R，King C.Dynamics Structural Properties of Cable Stayed Tampico Bridge[J].Journal of Structural Engineering－ASCE，1991，117(1):3396 －3401.

[10]Shahawy M A，Arocklasamy M.Field Instrument to Study the Time Dependent Behavior in Sunshine Skyway Bridge.Journal of Bridge Engineering[J].Journal of Structural Engineering －ASCE，1996，1(2):2674 －2680.

[11]楊振濤，李曉東，李曉.管道沉降監(jiān)測(cè)與應(yīng)用研究[J].上海地質(zhì)，2006，(2):45 －47.

[12]邊際，牛晗.城市供水、用水、排水?dāng)?shù)據(jù)的信息化管理系統(tǒng)[J].工程勘察，2005，(6):24－27.

[13]張卉.基于SCADA系統(tǒng)的供水管網(wǎng)模擬與綜合管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)[D].西安建筑科技大學(xué)，2008.