賈華峰 馬運成

（正元地理信息集團股份有限公司山東分公司，山東濟南 250000）

1 智慧排水系統(tǒng)需求及主要建設(shè)內(nèi)容

城市排水防澇是一個復(fù)雜關(guān)聯(lián)的工作，涉及應(yīng)急、建設(shè)、水利、市政等多個相關(guān)部門。在城市重點區(qū)域的排水管網(wǎng)安裝在線監(jiān)測設(shè)備，可以實時監(jiān)測排水系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，對長期運行的數(shù)據(jù)進行分析，通過量化分析城市積水風(fēng)險，對城市易積水地點進行提前預(yù)警，降低城市內(nèi)澇造成的損失，不斷積累相關(guān)數(shù)據(jù)，為建立數(shù)學(xué)模型、科學(xué)評估內(nèi)澇風(fēng)險及應(yīng)對措施奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，大幅度提高城市應(yīng)對排水內(nèi)澇事件的信息化管理能力。系統(tǒng)主要通過排水監(jiān)測設(shè)施建設(shè)、排水專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)、排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)、排水設(shè)施遠程監(jiān)控系統(tǒng)、防汛應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)、管網(wǎng)模型模擬系統(tǒng)等工作的建設(shè)實現(xiàn)排水管網(wǎng)的智能化監(jiān)測以及城市排水的應(yīng)急處理等，及時預(yù)警，防止城市內(nèi)澇的發(fā)生。

2 系統(tǒng)的總體框架

系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的總體框架

感知層：主要是物聯(lián)網(wǎng)感知設(shè)備，對排水管網(wǎng)各項參數(shù)進行實時的監(jiān)測。

傳輸層：通過物聯(lián)網(wǎng)專用網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，對物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)進行遠程傳輸。

平臺層：通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺進行數(shù)據(jù)的管理和服務(wù)的調(diào)用。

應(yīng)用層：各項功能應(yīng)用，包括在線監(jiān)測、預(yù)警信息、數(shù)據(jù)分析等。

統(tǒng)一門戶：各應(yīng)用系統(tǒng)，用戶通過各應(yīng)用系統(tǒng)對排水管網(wǎng)進行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和管理。

3 系統(tǒng)建設(shè)方案

3.1 排水監(jiān)測設(shè)備建設(shè)

窨井水位監(jiān)測設(shè)備：在排水管網(wǎng)的關(guān)鍵位置的窨井安裝部署在線水位監(jiān)測儀，實時監(jiān)測窨井水位情況，上報數(shù)據(jù)。

排水管網(wǎng)流量設(shè)備：在城市排水管網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點部位安裝排水流量設(shè)備，對排水管網(wǎng)的流量進行實時監(jiān)測。

雨量站：部署數(shù)量站對降雨情況進行實時監(jiān)測。

河道水位監(jiān)測設(shè)備：實時監(jiān)測河道的水位信息，通過數(shù)據(jù)上報功能將河道水位數(shù)據(jù)實時上報到平臺。

易積水點水位監(jiān)測設(shè)備：對城市重要積水點安裝積水監(jiān)測設(shè)備、無線通信設(shè)備（分為道路監(jiān)測點、立交橋底部監(jiān)測點），通過無線通信網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心傳輸積水水位信息。

3.2 排水專題數(shù)據(jù)庫建設(shè)

（1）空間數(shù)據(jù)。

空間數(shù)據(jù)指具有空間信息的矢量、柵格數(shù)據(jù)，包括基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、排水管網(wǎng)及附屬設(shè)施數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、監(jiān)測點數(shù)據(jù)等?；A(chǔ)地形數(shù)據(jù)主要包括居民地及設(shè)施、交通、植被與地質(zhì)、水系、地形地貌等數(shù)據(jù)。排水管網(wǎng)及附屬設(shè)施數(shù)據(jù)主要包括排水管網(wǎng)管線、節(jié)點、附屬物等數(shù)據(jù)。遙感影像數(shù)據(jù)主要為航空影像、衛(wèi)星影像。監(jiān)測點數(shù)據(jù)指部署的雨量站、積水點、河道水位、窨井液位、排水流量、河道水質(zhì)設(shè)備點位數(shù)據(jù)。

（2）排水模型數(shù)據(jù)。

排水模型數(shù)據(jù)指排水管網(wǎng)模型模擬分析的參數(shù)數(shù)據(jù)、結(jié)果數(shù)據(jù)，對排水模型進行數(shù)據(jù)展示。

（3）排水監(jiān)測數(shù)據(jù)。

排水監(jiān)測數(shù)據(jù)主要為部署在城區(qū)中的雨量站、積水點液位儀、河道水位儀、窨井液位計、排水管道流量計、河道水位水質(zhì)監(jiān)測站傳感器產(chǎn)生的歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)等，通過無線方式將監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿锫?lián)網(wǎng)平臺。物聯(lián)網(wǎng)平臺對數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理，排水系統(tǒng)可以直接調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的展示和分析。

4 物聯(lián)網(wǎng)平臺建設(shè)

物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)涉及多種形式物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括自建設(shè)備及已有設(shè)備，物聯(lián)網(wǎng)平臺將多種接入方式整合起來，提供多協(xié)議適配，統(tǒng)一互聯(lián)接入網(wǎng)絡(luò)。平臺提供AMQP、JMS、REST/HTTP、COAP、DDS、MQTT等物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議對接能力，連接全渠道網(wǎng)絡(luò)通信，多種網(wǎng)絡(luò)、多地域、多種類設(shè)備快速接入，通信協(xié)議提供MQTT、CoAP、HTTP、DOS、AMQP、JMS等協(xié)議支持。平臺實現(xiàn)排水監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)感知，保證采集數(shù)據(jù)的安全可靠傳輸，運用大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的協(xié)議解析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和提取，通過移動網(wǎng)絡(luò)、泛在網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，將各類數(shù)據(jù)安全、穩(wěn)定、可靠傳輸至數(shù)據(jù)中心。

4.1 排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)

排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)采用B/S系統(tǒng)模式，主要對排水管網(wǎng)運行狀態(tài)進行24 h連續(xù)監(jiān)測，將智能在線監(jiān)測設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)與GIS平臺集成，實時展現(xiàn)管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點液位、流量等在線監(jiān)測信息，實現(xiàn)運行異常狀況預(yù)警報警。支持監(jiān)測信息的實時查詢顯示和歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲管理，使管理人員能夠準(zhǔn)確掌握管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點的液位、流量、水質(zhì)等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。系統(tǒng)能夠幫助管理人員隨時掌握排水設(shè)施的動態(tài)運行情況，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險，有效降低內(nèi)澇、淤積等現(xiàn)象的發(fā)生，為管理決策提供數(shù)據(jù)支持。

排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠整體展示現(xiàn)有在線監(jiān)測設(shè)備信息，包括監(jiān)測設(shè)備類型、數(shù)量、設(shè)備報警情況、電量、通信情況等，對于較為關(guān)注的在線監(jiān)測點位監(jiān)測信息，可以查看其監(jiān)測詳情。通過設(shè)備地圖實現(xiàn)對排水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點運行狀態(tài)在線監(jiān)測，掌握其流量、液位、異常報警等信息，支持地圖瀏覽、設(shè)施地圖查詢展示、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)展示等多種顯示模式。系統(tǒng)提供設(shè)備信息查看功能，針對每臺監(jiān)測設(shè)備，可查看其歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)表及數(shù)據(jù)曲線，對報警限值進行自定義配置，支持歷史報警詳情查看。統(tǒng)計功能提供相應(yīng)的設(shè)備日志信息包括設(shè)備運行狀態(tài)、設(shè)備報警信息等數(shù)據(jù)的統(tǒng)計。

排水監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 排水監(jiān)測系統(tǒng)

4.2 排水設(shè)施遠程監(jiān)控系統(tǒng)

排水設(shè)施遠程監(jiān)控系統(tǒng)基于客戶端的B/S架構(gòu)開發(fā)，實現(xiàn)排水泵站的實時監(jiān)控。管理人員可以對泵站的狀態(tài)進行實時監(jiān)測，出現(xiàn)內(nèi)澇情況時，可以遠程自動或人工啟動排水泵站，提升城市的排水能力，減少內(nèi)澇造成的損失。

4.3 排水防汛應(yīng)急指揮系統(tǒng)

排水防汛應(yīng)急指揮系統(tǒng)充分應(yīng)用模型模擬、在線監(jiān)測等技術(shù)手段，與防汛具體環(huán)節(jié)進行結(jié)合，實現(xiàn)高效防汛、科學(xué)防汛。系統(tǒng)包括防汛準(zhǔn)備、指揮調(diào)度和汛后評估等模塊，為防汛預(yù)警和應(yīng)急調(diào)度工作提供有效的管理平臺和決策依據(jù)。

排水防汛應(yīng)急指揮系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)對汛前人員、物資和設(shè)備的管理以及警情點等信息的管理，支持查看相關(guān)的設(shè)備、物資準(zhǔn)備情況，支持查看在線監(jiān)測設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)；對汛期發(fā)生的警情進行綜合指揮調(diào)度管理，如預(yù)警發(fā)布以及發(fā)布預(yù)警后的防汛部署、派單處理等；汛期過后回顧全年防汛工作，對警情數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，為后續(xù)的工作提供數(shù)據(jù)支撐。

排水防汛應(yīng)急指揮系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 排水防汛應(yīng)急指揮系統(tǒng)

4.4 排水管網(wǎng)模型模擬系統(tǒng)

城市排水管網(wǎng)模型模擬系統(tǒng)為模型構(gòu)建提供工具和平臺，系統(tǒng)提供管網(wǎng)數(shù)據(jù)的批量導(dǎo)入導(dǎo)出、方便快捷的屬性及空間編輯功能，支持數(shù)據(jù)的查詢統(tǒng)計、網(wǎng)絡(luò)分析等，實現(xiàn)對各類排水設(shè)施的有序、高效和規(guī)范合理的綜合管理，是各業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立的基礎(chǔ)。排水管網(wǎng)模型模擬系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)不同情景分析和模擬，為城市的防止城市內(nèi)澇提供參考依據(jù)，提前預(yù)防，降低城市內(nèi)澇的影響，系統(tǒng)可以模擬5年、10年、20年一遇的洪水情況。內(nèi)澇風(fēng)險分析需要基于模擬結(jié)果，提供不同降雨模擬情景下區(qū)域的內(nèi)澇風(fēng)險可視化展示，包括城市積水位置、面積、深度等，為城市排水的改造提供依據(jù)。

5 結(jié)語

隨著人口增多和城市規(guī)模的擴大，城市排水能力的過載造成城市雨季內(nèi)澇的情況，對城市的發(fā)展產(chǎn)生不良影響。通過信息化和智慧化的手段可以為城市排水改造和提升提供科學(xué)的依據(jù)，提升排水工作的信息化和智能化水平。