楊海巖

（濱州市城鄉(xiāng)水務(wù)發(fā)展服務(wù)中心 山東 濱州 256600）

在城市的可持續(xù)發(fā)展中，排水系統(tǒng)至關(guān)重要，因此，某市對現(xiàn)有排水系統(tǒng)進行改造與優(yōu)化，打造智能化運行管理系統(tǒng)。該市的排水系統(tǒng)由泵站、排水管網(wǎng)等組成，但在長期發(fā)展過程中，受到天氣及其他外力因素影響，管道發(fā)生漏損現(xiàn)象，影響排水系統(tǒng)的正常運行。所以，該市決定建設(shè)運行管理系統(tǒng)，對排水系統(tǒng)進行有效監(jiān)管，優(yōu)化運行管理質(zhì)量，更好地應(yīng)對城市排水系統(tǒng)運行管理所面臨的各類挑戰(zhàn)。排水智能化運行管理是排水系統(tǒng)改造與優(yōu)化的關(guān)鍵，也是提升排水系統(tǒng)整體運行水平、更好地服務(wù)城市發(fā)展的保障，要求在設(shè)計與應(yīng)用期間，結(jié)合實際情況，強化城市排水智能化運行管理系統(tǒng)的實際作用。

1 城市排水運行管理現(xiàn)狀分析

某市城市排水系統(tǒng)的運行管理是由排水有限公司負擔，有主干管網(wǎng)、排水泵站、污水處理能力，分別為753km、78 座、7×105m3/d。排水管道、泵站等是城市排水系統(tǒng)的主要組成部分，在排水系統(tǒng)運行過程中，受到天氣、排水戶等各種因素的影響，會導致管網(wǎng)出現(xiàn)各類問題。同時，很多排水系統(tǒng)建設(shè)年代久遠，在20世紀80～90年代建設(shè)的排水系統(tǒng)標準較低、質(zhì)量較差，排水系統(tǒng)錯綜復(fù)雜，也增加了運行管理難度。以人工經(jīng)驗為主的傳統(tǒng)管理模式已經(jīng)難以對排水系統(tǒng)進行有效管理，尤其是在雨季，排水系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用，如果運行管理不當，就會增加城市洪澇災(zāi)害的可能。隨著城市的擴建，排水系統(tǒng)承擔的壓力不斷增加，如何應(yīng)對這些問題成為該城市關(guān)注與思考的重點。該市排水系統(tǒng)管理中存在比較突出的問題是忽略養(yǎng)護的重要性、缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、私接亂接現(xiàn)象嚴重、建設(shè)與管理存在盲目性。

2 城市排水智能化運行管理系統(tǒng)設(shè)計思路

在設(shè)計時，該市排水智能化運行管理系統(tǒng)與時俱進，創(chuàng)新思維理念，優(yōu)化設(shè)計方法，將先進技術(shù)運用到系統(tǒng)設(shè)計中，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等綜合技術(shù)的應(yīng)用能為排水智能化運行管理系統(tǒng)的設(shè)計提供技術(shù)支撐［1-2］。在智能化技術(shù)的應(yīng)用下，積極打造城市排水智能化運行管理系統(tǒng)，對管網(wǎng)、泵站、污水處理廠進行整合，發(fā)揮不同環(huán)節(jié)的優(yōu)勢與作用。系統(tǒng)的核心、基礎(chǔ)與支撐分別為數(shù)據(jù)、知識和智能化技術(shù)，能讓排水系統(tǒng)運行管理更加高效與信息化，能實現(xiàn)對排水系統(tǒng)的優(yōu)化控制，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計中的不足。

3 城市排水智能化運行管理系統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)

智能應(yīng)用和數(shù)據(jù)中心共同組成智能化運行管理系統(tǒng)（見圖1）。該系統(tǒng)的基礎(chǔ)為以“排水物聯(lián)網(wǎng)”和“排水管網(wǎng)測繪”，可連接各排水運行管理部門與排水設(shè)施資源，這樣，城市排水系統(tǒng)的運行狀態(tài)就可以被有效感知。為對排水系統(tǒng)進行預(yù)測預(yù)警與優(yōu)化調(diào)度，要合理應(yīng)用管網(wǎng)仿真計算模型等技術(shù)，讓城市排水系統(tǒng)的運行與管理更加精細與高效。

圖1 城市排水系統(tǒng)智能化運行管理平臺總體框架

3.1 排水生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)中心

智能化運行管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)是排水生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)中心，排水運行數(shù)據(jù)庫是其主要部件，同時還包括數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集與管理等系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用關(guān)鍵為排水運行數(shù)據(jù)中心的建立。數(shù)據(jù)庫是由生產(chǎn)運行、設(shè)施/設(shè)備、地理空間三大類數(shù)據(jù)組成。排水運行管理在管網(wǎng)地理數(shù)據(jù)應(yīng)用，能對空間進行定位，提供分析基礎(chǔ)［3］。排水系統(tǒng)運行狀況、設(shè)備操作等可通過排水系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)予以記錄。設(shè)施/設(shè)備全生命周期的信息可由設(shè)施/設(shè)備數(shù)據(jù)進行記錄，如檢測評估信息、技術(shù)檔案信息等。統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理軟件也發(fā)揮著重要作用，在實際應(yīng)用中，能統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)接入等，將各類數(shù)據(jù)整合在一起，統(tǒng)一管理，確保智能系統(tǒng)的高效運行。

3.2 排水運行智能應(yīng)用

為實現(xiàn)排水系統(tǒng)的智能化管理，就要強化排水運行智能應(yīng)用。在具體運用中，主要有下面幾項內(nèi)容。

3.2.1 集中在線監(jiān)控

為對排水系統(tǒng)的運行全過程進行有效了解，可通過在線監(jiān)控/監(jiān)測與視頻監(jiān)控系統(tǒng)對污水廠、泵站等進行實時監(jiān)控，保證系統(tǒng)運行的安全性，降低能源消耗，集中監(jiān)控排水泵站，且能在智能技術(shù)的應(yīng)用下實現(xiàn)無人值守泵站［4］。

3.2.2 水力學仿真模擬

排水運行管理期間可通過水力學仿真模擬，對管網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)進行評價與分析。在線模擬系統(tǒng)的核心是在線模擬調(diào)度技術(shù)、智能建模技術(shù)及信息集成技術(shù)，在排水系統(tǒng)的運行期間，能實現(xiàn)預(yù)警報警等各項功能［5］。

3.2.3 精細化業(yè)務(wù)管理

生產(chǎn)過程管理、設(shè)施/設(shè)備生命周期管理等都是精細化業(yè)務(wù)管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。管理模式可以各項“數(shù)據(jù)”為核心，對排水系統(tǒng)進行全過程、精細化管理，在管理中可追蹤、可量化，可對設(shè)備運行、水質(zhì)分析等提供更加精細化的方式。同時，運行監(jiān)控、檔案建立等，以設(shè)施/設(shè)備技術(shù)為基礎(chǔ)，能全面了解設(shè)施設(shè)備的運行狀況，并通過模型建立、智能化決策等，為設(shè)備維護與管理提供支持。

3.2.4 運行調(diào)度決策支持

運行調(diào)度決策要以在線監(jiān)控、業(yè)務(wù)管理和仿真模擬結(jié)果為基礎(chǔ)，通過對運行監(jiān)測、管網(wǎng)GIS等各類信息的整合，對排水系統(tǒng)的運行狀況進行全面分析，可對管網(wǎng)在運行期間發(fā)生的異常問題及時發(fā)現(xiàn)，并能為調(diào)度方案的優(yōu)化提供支持［6］。

3.2.5 生產(chǎn)運行信息門戶

公司相關(guān)部門和領(lǐng)導能及時獲取生產(chǎn)運行信息，在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用下，能讓排水運行與業(yè)務(wù)管理相融合，為管理新模式的建立提供技術(shù)支撐。

企業(yè)為了能在激烈殘酷的市場競爭下求生存始終以最新的科技成果作為支撐，而企業(yè)想要保持長久的競爭優(yōu)勢必須保證其創(chuàng)造力，而創(chuàng)造力的來源就是高素質(zhì)的技術(shù)人才，各大高等院校是各類人才培養(yǎng)的基地。因此，高校與企業(yè)合作共建實驗室無疑是實現(xiàn) “優(yōu)勢互補、合作雙贏、共同發(fā)展”目標的有效途徑[3]。

3.3 技術(shù)架構(gòu)

現(xiàn)場控制設(shè)備、單體泵站監(jiān)控系統(tǒng)、中央監(jiān)控管理系統(tǒng)是泵站監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)的3個層次，PLC控制器為水泵監(jiān)控系統(tǒng)的核心，通過PLC協(xié)調(diào)，完成數(shù)據(jù)采集與控制［7］。組態(tài)軟件與數(shù)據(jù)采集服務(wù)器IOServer 共同組成數(shù)據(jù)監(jiān)控服務(wù)器，參數(shù)畫面與操作畫面可由組態(tài)軟件負責，在OPC通訊協(xié)議下，可實現(xiàn)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)與輸出控制指令。信息交換鏈路可在VPN 光纖網(wǎng)絡(luò)與控制中心的管理服務(wù)器共同完成。

數(shù)據(jù)層、中間層與表示層共同組成控制中心系統(tǒng)架構(gòu)。第一，數(shù)據(jù)層。主要由數(shù)據(jù)存儲與和它交互的組件構(gòu)成，可與中間層相互獨立。第二，中間層。多個件服務(wù)組成中間層，應(yīng)用程序運行所需要的數(shù)據(jù)處理可在這層完成，同時，數(shù)據(jù)存儲及發(fā)送給數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)由中間層完成。第三，表示層。這層能與用戶進行交互，收集到的信息由表示層顯示給用戶。

系統(tǒng)采取C/S與B/S相結(jié)合的方案，C/S架構(gòu)與B/S架構(gòu)分別運用在GIS 應(yīng)用部分與公共信息發(fā)布部分。同時，為滿足特定需求，需與WebGIS相結(jié)合［8］。

4 城市排水智能化運行管理系統(tǒng)設(shè)計的建設(shè)及應(yīng)用

智慧排水系統(tǒng)的建設(shè)要能對城市雨水、污水輸送等進行有效管理，發(fā)揮在水體污染和內(nèi)澇溢流等方面的作用，并能實現(xiàn)排水系統(tǒng)運行管理的自動化、智慧化與網(wǎng)格化。各項業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，實現(xiàn)各項數(shù)據(jù)的可視化處理。為對管網(wǎng)的各項數(shù)據(jù)進行實時掌握，需通過調(diào)度中心的應(yīng)用，強化自動化監(jiān)測，實現(xiàn)無人值守。同時，通過建模仿真技術(shù)、“移動和互聯(lián)網(wǎng)+”的應(yīng)用，能讓排水系統(tǒng)更加智能，且管理人員能在手機上了解排水系統(tǒng)的各項工作，也可以在手機上完成部分業(yè)務(wù)［9］。

4.1 建設(shè)框架

4.1.1 硬件基礎(chǔ)平臺

智慧排水系統(tǒng)的載體是硬件基礎(chǔ)平臺，智慧排水的正常運行依托于該載體。硬件基礎(chǔ)建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)是硬件基礎(chǔ)平臺的兩個主要部分，智慧排水的高質(zhì)量運行需要基礎(chǔ)硬件設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)通信的支持。

4.1.2 數(shù)據(jù)服務(wù)層

4.1.3 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

在智慧排水系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)系統(tǒng)是重要組成部分，由不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成，能在各項工作開展期間提供支持。為對原有系統(tǒng)集成的方式不斷完善，需新建系統(tǒng)，保證業(yè)務(wù)信息化的完整性。

4.1.4 人機交互層

即用戶使用PC或移動終端使用和瀏覽系統(tǒng)，使用用戶包括公司排水公司、運營中心團隊及員工等。

4.2 系統(tǒng)建設(shè)功能

4.2.1 排水綜合管理平臺

BS 系統(tǒng)架構(gòu)的應(yīng)用可讓排水綜合管理平臺更加完善，能提供有效的信息展示與管理服務(wù)。平臺的重心為監(jiān)測點的信息展示，為實現(xiàn)集中展示，需要使用視頻監(jiān)控、GIS 系統(tǒng)等多種技術(shù)。平臺的統(tǒng)一管理要求將全市排水管網(wǎng)、泵站等納入系統(tǒng)中。平臺logo、用戶登錄信息等在平臺首頁展示。排水管網(wǎng)、泵站等實時狀態(tài)可由該子系統(tǒng)實現(xiàn)，還可提供歷史狀態(tài)查詢與報警服務(wù)。在GIS 地圖服務(wù)上展示所有監(jiān)測信息，要求地圖具備拓展性與三維地圖服務(wù)。管網(wǎng)管理（GIS）、水位監(jiān)測等也是系統(tǒng)的重要組成部分，能對排水系統(tǒng)進行全面、精細化監(jiān)控。在平臺上集合多個業(yè)務(wù)子系統(tǒng)，形成對城市排水系統(tǒng)的智能化管理。

4.2.2 排水生產(chǎn)監(jiān)控平臺

“監(jiān)”和“控”是排水生產(chǎn)監(jiān)控平臺的兩個關(guān)鍵功能，通過對無人值守泵站的改造，能對廠站進行實時監(jiān)控，能對廠站供電系統(tǒng)電量參數(shù)、液位等進行全面監(jiān)控。監(jiān)控中心人員針對調(diào)度需求，需實現(xiàn)遠程控制，可對水泵、格柵機等實現(xiàn)遠程控制。對于關(guān)鍵性設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)等進行查詢，并能做好趨勢圖分析等功能。

4.2.3 移動終端應(yīng)用

管理人員可通過移動終端的應(yīng)用，不斷提升巡檢及監(jiān)控管理能力。領(lǐng)導為了解日常工作，以應(yīng)對各項突發(fā)性、應(yīng)急性事件，也可在移動終端的幫助下，對各類信息進行調(diào)取與了解。第一，管網(wǎng)數(shù)據(jù)查詢。通過手持移動端的應(yīng)用，可對附近排水管網(wǎng)進行查詢，并自動定位顯示在地圖上，管理人員可隨時隨地查看。第二，生產(chǎn)監(jiān)測。排水管網(wǎng)、泵站等排水設(shè)施的數(shù)據(jù)可自動傳輸?shù)揭苿佣?，實現(xiàn)實時查詢。第三，設(shè)備二維碼掃描。條形碼在設(shè)備上粘貼，系統(tǒng)可掃描條形碼，便于對設(shè)備檔案信息的查閱與了解，針對權(quán)限許可用戶，可提供轉(zhuǎn)存、編輯、上報等功能。第四，巡檢軌跡。巡檢人員的GPS 軌跡信息可由系統(tǒng)自動記錄，然后將其發(fā)送到服務(wù)器端，巡檢人員的實時位置及歷史巡檢軌跡可由管理人員隨時查看，了解巡檢具體情況。第五，巡檢報告。各類報告可在持移動端上瀏覽，且能對現(xiàn)場的各類信息進行上傳，如現(xiàn)場照片、問題反饋等。第六，數(shù)據(jù)報警。將各類報警信息推送到移動終端，方便手持移動端用戶及時掌握各種風險。

5 結(jié)語

城市排水智能化運行管理系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用是一項專業(yè)性較強的工作，要求能在結(jié)構(gòu)設(shè)計時做好排水生產(chǎn)運行數(shù)據(jù)中心、排水運行智能應(yīng)用與技術(shù)架構(gòu)3 個方面的內(nèi)容，同時，也要在建設(shè)與應(yīng)用中做好建設(shè)框架、系統(tǒng)建設(shè)功能，充分發(fā)揮城市排水智能化運行管理系統(tǒng)的作用。城市排水智能化運行管理系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了對整個排水系統(tǒng)的統(tǒng)一監(jiān)控、聯(lián)合調(diào)度，實現(xiàn)了相關(guān)部門的生產(chǎn)業(yè)務(wù)協(xié)同，實現(xiàn)了防汛防臺預(yù)報預(yù)警管理，推動排水系統(tǒng)的自動化、智能化、標準化發(fā)展，確保能為城市發(fā)展提供高效服務(wù)。