郭春權(quán)

（西安市市政設(shè)施管理中心，陜西 西安 710016）

1 系統(tǒng)建設(shè)背景

1.1 技術(shù)應(yīng)用背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，西安市市政部門為推進(jìn)市政設(shè)施精細(xì)化管養(yǎng)，于近幾年已建設(shè)完成了物聯(lián)網(wǎng)+巡管、物聯(lián)網(wǎng)+排水（水質(zhì)）監(jiān)測、物聯(lián)網(wǎng)+車輛物資、物聯(lián)網(wǎng)+檢查井等系統(tǒng)，并集成在智慧市政平臺中，初步形成了市政設(shè)施數(shù)字體系，推動(dòng)了設(shè)施管養(yǎng)水平的提升。

1.2 需求研究

根據(jù)城市防汛工作的實(shí)際情況，進(jìn)一步提升突發(fā)洪澇事件的預(yù)測、預(yù)警和應(yīng)急能力，確保在汛期市政設(shè)施能夠正常運(yùn)行。城市低洼地、下穿隧道一直是主汛期內(nèi)澇的重點(diǎn)嚴(yán)防部位，特別是城市下穿隧道，由于特殊的空間環(huán)境，出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)極易造成嚴(yán)重后果。目前汛期下穿通道水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測與排水情況，主要依靠人工目測及經(jīng)驗(yàn)獲取，缺乏科學(xué)有效的監(jiān)測手段。因此，有必要利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來減少人員財(cái)產(chǎn)損失，提高防汛應(yīng)急的處置效率，實(shí)現(xiàn)積水處置透明化、數(shù)量化監(jiān)控，有效提升城市防汛工作的管理水平。

2 系統(tǒng)體系研究

2.1 系統(tǒng)框架

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市下穿隧道水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上采用應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層3 層體系架構(gòu)[1]。其中應(yīng)用層為系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用平臺，主要用于防汛信息的處理和管理。網(wǎng)絡(luò)層主要通過4G 無線網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)防汛信息的傳輸和交換。感知層主要是前端積水水位信息通過水位傳感器進(jìn)行采集，將數(shù)據(jù)通過GPRS 模塊發(fā)送回市政指揮中心后臺軟件平臺系統(tǒng)，同時(shí)將實(shí)時(shí)水位信息發(fā)布到LED 大屏上。

2.2 工作流程

下穿隧道水位監(jiān)測系統(tǒng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用信息化手段，結(jié)合GIS 展示，實(shí)現(xiàn)對下穿隧道積水點(diǎn)水位監(jiān)測指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，并在水位數(shù)據(jù)達(dá)到一定預(yù)警值后，將警示通行的信息發(fā)送至安裝在通道兩側(cè)的LED 顯示屏上，為廣大百姓提供出行指南。

該系統(tǒng)通過構(gòu)建積水水位預(yù)警平臺，提高下穿通道積水的應(yīng)急指揮及快速處置能力，提供科學(xué)、先進(jìn)的積水信息監(jiān)測、記錄、分析及統(tǒng)計(jì)功能，結(jié)合現(xiàn)有的智慧市政管理平臺、排水監(jiān)測管理系統(tǒng)、氣象雨量雨情情況，為城市排水、防汛預(yù)警、排水規(guī)劃、應(yīng)急指揮等提供決策依據(jù)。

2.3 技術(shù)要求

根據(jù)下穿隧道建設(shè)環(huán)境及積水、收水特點(diǎn)，首先，前端設(shè)備應(yīng)滿足以下3 個(gè)技術(shù)要求。1）水位傳感器應(yīng)便于安裝、維護(hù)且精度高。2） 數(shù)據(jù)采集設(shè)備應(yīng)具備模擬信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號的功能。3）前端設(shè)備應(yīng)具備無線傳輸?shù)腞TU 模塊。其次，戶外現(xiàn)場不具備有線上網(wǎng)條件，所以需要通過GSM 對LED大屏的控制卡進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)連接。再次，西安市近幾年空氣污染較嚴(yán)重，降雨成弱酸性，前端設(shè)備應(yīng)滿足防腐要求。然后，水位傳感器應(yīng)有防堵塞保護(hù)。最后，根據(jù)汛情發(fā)布需要（市防辦汛情標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)保證水位傳感器的探測精度。

3 水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)的兼容性研究

綜合考慮物聯(lián)網(wǎng)+市政的建設(shè)要求，水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)需集成在智慧市政平臺中，軟硬件應(yīng)具備兼容性或通過中間設(shè)備實(shí)現(xiàn)兼容。西安市市政部門現(xiàn)有智慧市政平臺，已經(jīng)包含立交橋、高架橋、人行天橋、道路低洼地視頻監(jiān)控系統(tǒng)，井蓋、排水監(jiān)測系統(tǒng)，車輛人員物資管理系統(tǒng)等，是各類維護(hù)管理工作的主要系統(tǒng)平臺，為便于操作和使用，下穿隧道水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)與智慧市政的兼容，能夠發(fā)揮系統(tǒng)的最大功能。

3.1 數(shù)據(jù)GIS展示接口

實(shí)現(xiàn)與智慧市政GIS 系統(tǒng)進(jìn)行對接，將監(jiān)測數(shù)據(jù)在地圖上直觀展示出來，并在地圖上進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)的查詢操作。

數(shù)據(jù)GIS 展示接口功能可以實(shí)現(xiàn)基于電子地圖的GIS 平臺的可視化操作，支持監(jiān)測點(diǎn)位在地圖平臺的地圖縮放、漫游，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)取、數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)布、設(shè)備狀態(tài)查看、可視化統(tǒng)計(jì)等功能。實(shí)現(xiàn)水位預(yù)警監(jiān)測點(diǎn)的圖層輸出、用戶使用專題圖層輸出，也可選定指定區(qū)域，設(shè)定專題圖層參數(shù)，實(shí)現(xiàn)特定的圖層輸出。在GIS 平臺上通過點(diǎn)、線、面的形式對監(jiān)測點(diǎn)位進(jìn)行標(biāo)注，同時(shí)對標(biāo)注點(diǎn)位進(jìn)行預(yù)案綁定，同時(shí)，預(yù)案以列表的形式展示選擇。實(shí)現(xiàn)在GIS 平臺上對已發(fā)布預(yù)案的監(jiān)測點(diǎn)位的查詢，同時(shí)顯示預(yù)案名稱、預(yù)案編碼、建立時(shí)間、啟動(dòng)條件和使用范圍等信息?？蓪㈩A(yù)案、監(jiān)測點(diǎn)作為查詢條件，進(jìn)行GIS 平臺的信息查詢。

實(shí)現(xiàn)區(qū)域發(fā)布，在地圖上選取需發(fā)布的區(qū)域，右鍵啟動(dòng)發(fā)布后，該區(qū)域內(nèi)相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)位的LED 屏即可統(tǒng)一進(jìn)行信息發(fā)布。提供監(jiān)測點(diǎn)一覽表功能，選擇需要查看的監(jiān)測點(diǎn)，點(diǎn)擊后即可查看到監(jiān)測點(diǎn)的基本信息和監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可在地圖上進(jìn)行定位。

3.2 智慧市政綜合接口

實(shí)現(xiàn)水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)與智慧市政平臺其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的對接。通過該接口實(shí)現(xiàn)其他系統(tǒng)調(diào)用查看水位預(yù)警監(jiān)測數(shù)據(jù)，水位預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)也可以調(diào)用其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。實(shí)現(xiàn)組織機(jī)構(gòu)、用戶管理、角色權(quán)限依托智慧市政平臺提供的基礎(chǔ)模塊功能。記錄數(shù)據(jù)接口發(fā)送日志，統(tǒng)計(jì)日均接口請求數(shù)量請求次數(shù)。對接口信息進(jìn)行過濾，實(shí)時(shí)監(jiān)控接口數(shù)據(jù)內(nèi)容，屏蔽敏感詞。預(yù)留第三方接口地址，為天氣預(yù)報(bào)等信息的接入預(yù)留系統(tǒng)資源。

4 系統(tǒng)主要功能

4.1 數(shù)據(jù)采集功能

通過水位傳感器采集下穿隧道的實(shí)時(shí)水位、雨量等信息，并對結(jié)果進(jìn)行分析[2]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用最新的微控制器、超低功耗設(shè)計(jì)、接市電電源，使設(shè)備能夠長期穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)系統(tǒng)采用GPRS 模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程無線傳輸。采用進(jìn)水口采樣，內(nèi)部水位測試設(shè)計(jì)，避免外界環(huán)境對水位測量產(chǎn)生影響，提高了水位的測量精度。

同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有下穿隧道視頻監(jiān)控系統(tǒng)（下穿隧道一般設(shè)置2 處）采集下穿隧道的實(shí)時(shí)圖像信息。這些汛情數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至智慧市政平臺，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置存儲(chǔ)時(shí)限。在主汛期（6 ～9 月）將作為防汛指揮的現(xiàn)場數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.2 水位預(yù)警功能

通過在前端下穿隧道易積水位置安裝積水監(jiān)測設(shè)備，經(jīng)無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)回傳積水監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)置預(yù)警水位，一旦前端水位超過預(yù)警水位，系統(tǒng)立即產(chǎn)生報(bào)警信息，提醒相關(guān)部門采取相應(yīng)的措施。地圖上能夠直接顯示積水監(jiān)測的報(bào)警位置、實(shí)時(shí)水位信息，為市政防汛提供了準(zhǔn)確、有效的情報(bào)信息。預(yù)警功能提高了市政防汛的響應(yīng)速度，降低了城市內(nèi)澇的發(fā)生概率。下穿隧道積水報(bào)警流程如圖1 所示。

圖1 下穿隧道積水報(bào)警流程

4.3 信息發(fā)布功能

信息發(fā)布系統(tǒng)以LED 大屏作為信息發(fā)布的載體，大屏支持戶外運(yùn)行，具有防水功能。支持GPRS 數(shù)據(jù)傳輸，能夠接受指揮中心發(fā)送的顯示信息。在水位超過預(yù)警值時(shí)，大屏顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示水位信息，為車輛行人提供實(shí)時(shí)信息。在平時(shí)無水的情況下，信息發(fā)布系統(tǒng)可作為市政部門的宣傳信息屏，顯示市政宣傳信息，為市政工作提供宣傳支持。

4.4 手機(jī)端軟件平臺

基于安卓系統(tǒng)開發(fā)，利用無線網(wǎng)絡(luò)傳輸與智慧市政平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)辦公，將市政日常辦公延伸到第一線。并能實(shí)時(shí)定位人員位置，一鍵上報(bào)巡視工單，實(shí)現(xiàn)基本的業(yè)務(wù)處理及數(shù)據(jù)查詢。主要包括3 個(gè)方面。1）信息查詢。對監(jiān)測設(shè)備的基本信息、已發(fā)布信息進(jìn)行查詢，并可以結(jié)合手機(jī)端地圖對地理位置進(jìn)行查詢。2） 信息發(fā)布。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，實(shí)現(xiàn)對選中的監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行LED 信息發(fā)布。3）信息提示接收水位處理指令，包括App 消息提示和短信提示。

5 結(jié)語

城市下穿隧道水位預(yù)警系統(tǒng)借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了積水點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、預(yù)警等功能，與市政部門原有的各子系統(tǒng)集成后，最大限度地發(fā)揮了智慧市政平臺在城市防汛、搶險(xiǎn)方面的作用，確保了主汛期易積水路段、低洼地及下穿隧道信息化管控的全覆蓋，降低了巡管人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，為防災(zāi)減災(zāi)提供了有力保障。