張麗虹

摘 要：作為城市運(yùn)行配套的基礎(chǔ)性工程，城市排水防澇設(shè)施是應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇問題的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。加強(qiáng)城市排水防澇設(shè)施管理，對(duì)于提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，具有非常重要的作用。在城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)，劃分了4個(gè)層級(jí)，7大模塊，并分析了系統(tǒng)各模塊特征，對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；排水防澇；動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.084

1 引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市用地范圍越來越大，與之配套的排水防澇設(shè)施越來越多。目前，面對(duì)日益復(fù)雜、遍布城區(qū)的排水防澇設(shè)施，政府相關(guān)管理部門一般采取人工勘察、圖紙查閱等手段進(jìn)行普查統(tǒng)計(jì)。雖然，有些城市會(huì)將這些人工普查所得的資料輸入數(shù)字化城市管理平臺(tái)，但是，靠人工普查的資料往往存在粗略、滯后、不準(zhǔn)確等問題。這些會(huì)導(dǎo)致一些比較嚴(yán)重的社會(huì)問題，諸如需要大量人力、物力、財(cái)力的投入，因普查不準(zhǔn)確而造成現(xiàn)狀管道被誤挖斷，檢查井蓋丟失而造成行人跌入受傷或喪命，遇雨洪時(shí)排水防澇設(shè)施調(diào)度不及時(shí)導(dǎo)致內(nèi)澇損失等。這種傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗(yàn)、圖紙的管理手段，已難以適應(yīng)現(xiàn)代信息化城市建設(shè)與管理的要求。因此，在城市排水防澇設(shè)施管理工作中，應(yīng)由“被動(dòng)響應(yīng)”逐步轉(zhuǎn)向“主動(dòng)干預(yù)”，運(yùn)用“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，建立數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化系統(tǒng)和動(dòng)態(tài)監(jiān)管平臺(tái)，夯實(shí)數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)，初步實(shí)現(xiàn)設(shè)施監(jiān)管、數(shù)據(jù)采集以及運(yùn)行狀況的分析管控，為城市排水防澇設(shè)施管理部門提供直觀、及時(shí)、系統(tǒng)的信息支持，以利于更加科學(xué)、準(zhǔn)確地管理決策。

2 動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)層級(jí)劃分

城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)是通過城市區(qū)域內(nèi)安置排水防澇設(shè)施調(diào)度設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、人員巡查登記設(shè)備和警報(bào)設(shè)備等，在現(xiàn)場(chǎng)采集到相關(guān)信息資料，發(fā)送到協(xié)調(diào)服務(wù)器，再經(jīng)過GPRS/Internet公共網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程終端，實(shí)現(xiàn)對(duì)排水防澇設(shè)施的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理；它由現(xiàn)場(chǎng)層、控制層、信息層、管理層等四部分組成，從現(xiàn)場(chǎng)底層硬件開始，由下而上逐步構(gòu)建。

（1）現(xiàn)場(chǎng)層：由排水防澇設(shè)施調(diào)度設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、人員巡查登記設(shè)備、警報(bào)設(shè)備、無線收發(fā)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備和綜合布線等組成；這些設(shè)備和管線對(duì)外提供相關(guān)接口，為設(shè)施運(yùn)行、數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、視訊通信以及系統(tǒng)外部設(shè)備的接入或輸出信息提供快捷服務(wù)。

（2）控制層：由協(xié)調(diào)服務(wù)器和路由器等組成，如網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、視訊處理設(shè)備等；這些設(shè)備形成一個(gè)實(shí)時(shí)控制網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備之間的信息傳遞要求較高的實(shí)時(shí)性。

（3）信息層：由通信模塊、GPRS和Internet組成，為整個(gè)系統(tǒng)的信息流層，通過一系列協(xié)議或標(biāo)準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)中各設(shè)備的狀態(tài)信息與信息網(wǎng)中控制和決策信息之間的雙向傳遞。

（4）管理層：由數(shù)據(jù)庫、后臺(tái)數(shù)據(jù)處理軟件和操作展示平臺(tái)組成，實(shí)現(xiàn)信息處理、共享和圖形化顯示，并根據(jù)綜合信息進(jìn)行決策和自動(dòng)化控制。

3 動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)各模塊特征

城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（B/W/D）架構(gòu)，具備集中管理、分布控制等功能，同時(shí)將控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)較好地整合在系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)兩者之間的信息有機(jī)互連、雙向傳遞。城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)架構(gòu)示意如圖2。

3.1 iCUBE管控柜

iCUBE管控柜是根據(jù)項(xiàng)目任務(wù)要求，由可編程處理器和電氣接線來管理控制設(shè)施/設(shè)備運(yùn)行的控制柜，采用嵌入式控制器/服務(wù)器平臺(tái)，提供互聯(lián)網(wǎng)連接和Web服務(wù)，具有數(shù)據(jù)記錄、警報(bào)、歷史記錄、網(wǎng)絡(luò)管理以及過載、短路、缺相保護(hù)等功能，并通過大量的設(shè)備和協(xié)議集成來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)層與管理層的聯(lián)動(dòng)邏輯控制。在本項(xiàng)目中可據(jù)此管控城市排水防澇設(shè)施和監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)控、警報(bào)與巡查，公眾參與等，最終展現(xiàn)在動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)中心；管理人員可通過該中心的綜合管理軟件對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行編輯、分析與管控。

3.2 設(shè)施管理系統(tǒng)

設(shè)施管理系統(tǒng)由城市排水防澇設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備、傳感器件和控制組件等組成。該系統(tǒng)控制端集成于管控柜，以此控制水泵、閘站等的啟閉操作以及讀取和傳輸水位計(jì)、流速儀等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.3 警報(bào)監(jiān)控系統(tǒng)

警報(bào)監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控和防盜警報(bào)兩部分。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)（攝像機(jī)）、傳輸系統(tǒng)（視頻、控制信號(hào)傳輸設(shè)備）、控制系統(tǒng)（數(shù)字矩陣控制單元）和顯示系統(tǒng)（顯示與記錄設(shè)備）組成；采用模塊化設(shè)計(jì)的嵌入式數(shù)字矩陣監(jiān)控系統(tǒng)，集音頻、視頻為一體，具有信號(hào)編碼、傳輸、解碼、控制、管理等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多路音視頻信號(hào)同時(shí)解碼和分組切換；在本項(xiàng)目中可實(shí)現(xiàn)對(duì)排水防澇設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備、管網(wǎng)、河道等的在線監(jiān)控，并提供視頻動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)、歷史畫面回放、網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)擴(kuò)容等功能。

防盜警報(bào)系統(tǒng)由報(bào)警控制管理網(wǎng)關(guān)、內(nèi)置式報(bào)警主機(jī)、外置式報(bào)警主機(jī)和報(bào)警模塊組成；各報(bào)警主機(jī)通過CAN總線連接多個(gè)報(bào)警模塊，各報(bào)警模塊直接與報(bào)警開關(guān)相連；突破了傳統(tǒng)的路數(shù)限制，引入了超大路數(shù)的概念；所有的警報(bào)信息最終將通過動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)全部顯示出來，實(shí)時(shí)的反映所有設(shè)施、設(shè)備以及器具等的警報(bào)信息，并通過電話、郵件、即時(shí)通訊、手機(jī)短信等方式通知相關(guān)負(fù)責(zé)人，從而使得相關(guān)負(fù)責(zé)人能夠?qū)瘓?bào)信息作出最快的響應(yīng)，最大程度地減少損失。在本項(xiàng)目中可實(shí)現(xiàn)對(duì)排水防澇設(shè)施、設(shè)備以及器具等的故障和防盜監(jiān)管。

3.4 巡查管理系統(tǒng)

巡查管理系統(tǒng)由巡查控制管理網(wǎng)關(guān)、管理主機(jī)、巡查模塊和巡查登記卡（或棒或按鈕）等組成；各管理主機(jī)通過CAN總線連接多個(gè)巡查登記模塊，各巡查登記模塊可響應(yīng)多個(gè)巡查登記卡（或棒或按鈕）；可實(shí)現(xiàn)巡查人員的規(guī)范化管理；可對(duì)巡查點(diǎn)、巡查線路、巡查人員進(jìn)行設(shè)置，巡查人員通過巡查登記卡（或棒或按鈕）采集巡查點(diǎn)信息，將巡查信息傳輸給巡查登記模塊，再由巡查登記模塊傳輸給巡查登記管理主機(jī)，最終傳輸至巡查登記管理網(wǎng)關(guān)，接入動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)中心，并對(duì)巡查信息進(jìn)行自動(dòng)化處理，包括檢查核對(duì)、結(jié)果存儲(chǔ)、結(jié)果查詢和打印報(bào)表等功能。

3.5 自動(dòng)化集成系統(tǒng)

自動(dòng)化集成系統(tǒng)由聯(lián)動(dòng)管理、報(bào)表管理、日志管理、預(yù)警管理和決策管理等組成。本項(xiàng)目中主要通過植入動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)的綜合管理軟件，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備、儀器儀表、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及其他技術(shù)以及控制理論等，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程實(shí)現(xiàn)監(jiān)控、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達(dá)到降低系統(tǒng)能耗、提高辦公效率、確保生產(chǎn)安全等目的。并且，通過外接打印設(shè)備等，可對(duì)報(bào)表等文檔進(jìn)行打印輸出。另外，通過自動(dòng)化集成系統(tǒng)也能夠大大緩解管理工作人員的工作量，有助于統(tǒng)籌管理。

3.6 公眾用戶系統(tǒng)

公眾用戶系統(tǒng)由電腦、手機(jī)用戶的接入和系統(tǒng)信息推送等功能組成。采用最新流行的JAVA技術(shù)開發(fā)，具備跨平臺(tái)的性能，能夠突破時(shí)間、地點(diǎn)限制，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，提高工作效率；如通過整合方便靈活的PDA移動(dòng)系統(tǒng)可以及時(shí)處理日常的現(xiàn)場(chǎng)巡查、設(shè)備巡檢等工作。通過控制管理網(wǎng)關(guān)和用戶模塊分類等，可引導(dǎo)、規(guī)范公眾用戶在城市排水防澇設(shè)施管理工作中的參與模式（文字評(píng)論、視頻反饋、方案提交等），進(jìn)而更好地汲取公眾監(jiān)督與管理的智慧。

3.7 綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)

城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)即綜合管理軟件平臺(tái)，采用嵌入式純硬件結(jié)構(gòu)，即將綜合管理軟件植入服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)可對(duì)任意子系統(tǒng)進(jìn)行控制和管理。該服務(wù)器與各子系統(tǒng)控制管理網(wǎng)關(guān)之間通過網(wǎng)線連接，在整個(gè)城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)中處于最高層，擁有最高權(quán)限，是實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)高度集成和互聯(lián)互控的核心部分，具有強(qiáng)大的控制和管理能力。本項(xiàng)目中城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理平臺(tái)系統(tǒng)功能主要包含：嵌入式視窗系統(tǒng)、本地操作管理、用戶權(quán)限管理、遠(yuǎn)程控制和管理各子系統(tǒng)、各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、日志添加和查詢、操作記錄查詢、防內(nèi)盜功能、鍵鼠操作和打印管理等。綜合管理系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)示意如圖3。

4 動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本項(xiàng)目中城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)主要采用了RFID傳感器技術(shù)、UWB無線載波技術(shù)、WiFi和近距信息傳輸技術(shù)以及合路傳輸技術(shù)；這些技術(shù)較好地解決了面對(duì)大量雜亂信息進(jìn)行有效識(shí)別的問題，避免了信息混淆，實(shí)現(xiàn)了信息的高效監(jiān)控和傳輸，使系統(tǒng)具備信息傳輸速度快、應(yīng)用范圍廣、運(yùn)行穩(wěn)定安全等優(yōu)點(diǎn)，并能將不同類型信息進(jìn)行鏈接，經(jīng)數(shù)字變換、編碼、合成，調(diào)制成符合IE標(biāo)準(zhǔn)的曼徹斯特碼型，使其可通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸。

在整合系統(tǒng)各模塊鏈接當(dāng)中，動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)主要應(yīng)用了Modbus、LonTalk、SNMP和私有協(xié)議等。其中，Modbus協(xié)議主要采用了Modbus ASCII/RTU/TCP，分別為異步串行傳輸和以太網(wǎng)對(duì)應(yīng)的通信傳輸協(xié)議；通過該協(xié)議，較好地解決了控制器之間、控制器經(jīng)由以太網(wǎng)和其他設(shè)備之間的通信問題。該協(xié)議信息互聯(lián)路徑示意如圖4。

5 結(jié)語

本文著重闡述在現(xiàn)代傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)以及目前較為成熟的云服務(wù)技術(shù)背景下城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的組織結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。在該動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)，劃分了4個(gè)層級(jí)，7大模塊；可實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水防澇設(shè)施、監(jiān)測(cè)設(shè)備等的在線監(jiān)控和運(yùn)行決策管理，對(duì)于提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平，保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，具有非常重要的作用。同時(shí)，也為未來城市排水防澇設(shè)施動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的技術(shù)支撐和推動(dòng)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]孟蓮蓉.某廣電單位大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)[J].科技資訊，2016，（7）：6-8.

[2]李俠，厲卡，陳發(fā)哲.物聯(lián)網(wǎng)控制中的信息傳輸技術(shù)淺析[J].信息與電腦（理論版），2014，6（6）：60-61.

[3]任磊，杜一，馬帥等.大數(shù)據(jù)可視分析綜述[J].軟件學(xué)報(bào)，2014，（9）：1909-1936.