網(wǎng)波智慧排水二三維一體化管理平臺(tái)的研究與建設(shè)

陳銅和，唐晏平

（上海網(wǎng)波軟件股份有限公司，上海，200090）

摘要: 隨著城市化進(jìn)程加快，城市配套地下管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠建設(shè)進(jìn)入高速發(fā)展階段，為科學(xué)有序、精準(zhǔn)高效、精簡(jiǎn)節(jié)約地監(jiān)管排水設(shè)施，提升突發(fā)事件、應(yīng)急搶險(xiǎn)的反應(yīng)速度和處理能力，保障城市排水安全穩(wěn)定運(yùn)行。采用二三維一體化GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等技術(shù)，建設(shè)智慧排水二三維一體化管理平臺(tái)迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：智慧排水；二三維一體化；應(yīng)急指揮；智能調(diào)度；

1引言

排水防澇對(duì)于城市建設(shè)、交通運(yùn)輸、市民出行影響巨大。當(dāng)前，我國(guó)地下管網(wǎng)、雨污水泵站、污水處理廠等設(shè)施因建設(shè)年代不同、分布距離較廣、設(shè)備多樣化，存在工藝水平與實(shí)際處理水量參差不齊、人工監(jiān)管效果不理想、缺乏統(tǒng)一監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)等問(wèn)題。而隨著污水排放單位數(shù)量不斷增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的人工監(jiān)管方式逐漸難以滿足污水排放監(jiān)管需求，借助數(shù)字化手段建設(shè)智慧排水信息化監(jiān)控平臺(tái)，成為解決上述問(wèn)題的重要途徑。各級(jí)主管部門以此為契機(jī)，積極推動(dòng)城市智慧排水項(xiàng)目建設(shè)，利用數(shù)字技術(shù)解決城市排水行業(yè)難題、提升城市排水管理效。

隨著智慧城市建設(shè)的進(jìn)一步推進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施的問(wèn)題日益凸顯，而排水設(shè)施作為智慧城市的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)智慧排水和智慧管理是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)^［1-2］。

2解決思路

目前面向排水管網(wǎng)排查、溯源、檢測(cè)和修復(fù)工作主要是通過(guò)摸排方式掌握區(qū)域排水設(shè)施底數(shù)，借助CCTV/QV方式對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行探測(cè)，徹底摸清掌握排水設(shè)施的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施“靜態(tài)數(shù)據(jù)”+“動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)”的全面管理，從而完成對(duì)整個(gè)排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀摸底 ^[3]。

根據(jù)國(guó)家層面關(guān)于城市排水設(shè)施智慧化管理的相關(guān)政策要求，從管理與維護(hù)的需求出發(fā)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、GIS、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，搭建智慧排水管理平臺(tái)以數(shù)據(jù)資產(chǎn)為核心，以信息化手段為抓手，以精細(xì)化管理為導(dǎo)向，全面掌握排水設(shè)施要素?cái)?shù)據(jù)，搭建排水設(shè)施一張圖，實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施管理由主動(dòng)向被動(dòng)、由粗狂向精細(xì)的轉(zhuǎn)變，破解排水設(shè)施數(shù)據(jù)分散化管理的局面，既保障排水設(shè)施的健康運(yùn)行，同時(shí)又能為新建排水設(shè)施設(shè)計(jì)提供輔助支持，從而實(shí)現(xiàn)排水設(shè)施全周期管理，提高城市智慧排水系統(tǒng)運(yùn)行和管理效率 ^[4-5]。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

按照排水管網(wǎng)信息化建設(shè)目標(biāo)和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，網(wǎng)波智慧排水二三維一體化管理平臺(tái)采用SOA架構(gòu)開(kāi)發(fā)，總體架構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖所示：

圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1）實(shí)體監(jiān)測(cè)對(duì)象：主要對(duì)管網(wǎng)、泵站、污水廠、易積水點(diǎn)、排水戶等監(jiān)管對(duì)象部署感知監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)流量、液位、水質(zhì)、積水、視頻等信息采集和傳輸。預(yù)留數(shù)據(jù)服務(wù)接口，為后期排水感知監(jiān)測(cè)體系建設(shè)和完善后提供數(shù)據(jù)接入通道。

2）硬件平臺(tái)：涵蓋對(duì)排水管理系統(tǒng)系統(tǒng)所需基本運(yùn)行環(huán)境配置內(nèi)容，包括計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲(chǔ)資源、傳輸資源以及安全設(shè)備等。

3）數(shù)據(jù)接入層：本系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫(kù)主要包括物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)接入、已建信息系統(tǒng)共享接入和用戶手工錄入三種方式，根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)源設(shè)定數(shù)據(jù)入庫(kù)接口，提供數(shù)據(jù)接入渠道。

4）數(shù)據(jù)集成平臺(tái)：構(gòu)建統(tǒng)一排水行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)排水行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)一、規(guī)范化管理，按照業(yè)務(wù)應(yīng)用需求提供數(shù)據(jù)服務(wù)和數(shù)據(jù)應(yīng)用接口。

5）基礎(chǔ)服務(wù)：采用商業(yè)軟件、中間件、定制服務(wù)等方式開(kāi)發(fā)智慧排水基礎(chǔ)服務(wù)模塊，支撐上層業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)需求。

6）應(yīng)用層：按照排水業(yè)務(wù)管理需求建立在線互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、決策支持的業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊，滿足不同用戶、不同場(chǎng)景下業(yè)務(wù)管理需求，支持大屏展示、PC端業(yè)務(wù)處置等多種表現(xiàn)方式。

7）用戶層：按照“統(tǒng)一用戶、統(tǒng)一接口、統(tǒng)一權(quán)限、統(tǒng)一服務(wù)”的要求對(duì)用戶及業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行配置管理，滿足不同部門、不同用戶對(duì)本系統(tǒng)訪問(wèn)和應(yīng)用需求。

4主要功能設(shè)計(jì)

平臺(tái)功能圍繞排水管網(wǎng)管理、動(dòng)態(tài)更新、內(nèi)澇應(yīng)急、巡查養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)全部排水設(shè)施要素?cái)?shù)據(jù)統(tǒng)一集成管理。

設(shè)施一張圖：將排水管網(wǎng)、污水廠以及監(jiān)測(cè)點(diǎn)等信息在地圖上集中展示，一是可以利用 GIS 基本地圖工具，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、縮小、全圖以及平移等操作；二是可以通過(guò)點(diǎn)選查詢，可以查看排水設(shè)施的詳細(xì)屬性；三是可以通過(guò)空間查詢和屬性查詢，查詢到符合要求的排水設(shè)施分布情況，點(diǎn)擊查詢結(jié)果中的某條管線數(shù)據(jù)，可以快速進(jìn)行定位，且高亮顯示；四是可以通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)和屬性統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)排水設(shè)施相關(guān)信息，如排水管網(wǎng)總長(zhǎng)度、污水處理廠數(shù)量等。

內(nèi)澇一張圖：以總覽式、全局式視角展示內(nèi)澇總覽信息，實(shí)現(xiàn)各要素在一張圖展示，包括氣象、水情、視頻監(jiān)控、氣象預(yù)警、應(yīng)急響應(yīng)、布防情況、積水點(diǎn)情況、重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)等內(nèi)澇相關(guān)業(yè)務(wù)的一圖總覽。

設(shè)施數(shù)據(jù)管理：提供排水設(shè)施“數(shù)據(jù)上報(bào)-數(shù)據(jù)審核-數(shù)據(jù)反饋-數(shù)據(jù)更新”全流程管理服務(wù)。排水設(shè)施巡檢人員與數(shù)據(jù)采集人員在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有需要校核、修正、新增的排水設(shè)施數(shù)據(jù)，利用移動(dòng)端手持設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新采集并上傳到PC端系統(tǒng)，再由專門的管理人員對(duì)上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)審核與反饋，最后將審核通過(guò)的數(shù)據(jù)更新到排水設(shè)施一張圖與數(shù)據(jù)庫(kù)中。

水質(zhì)數(shù)據(jù)管理：污水處理廠進(jìn)、排水口和重點(diǎn)河道斷面水質(zhì)各參數(shù)根據(jù)設(shè)置的時(shí)間間隔，由設(shè)備自動(dòng)上報(bào)。監(jiān)管平臺(tái)可隨時(shí)調(diào)取查看不同時(shí)間段的歷史數(shù)據(jù)。將實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果和在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指標(biāo)差超出一定范圍，監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行預(yù)警，增強(qiáng)監(jiān)管能力。

預(yù)警預(yù)報(bào)處置：為實(shí)現(xiàn)市區(qū)泵站、管網(wǎng)、調(diào)蓄池及全市污水廠運(yùn)行動(dòng)態(tài)一屏“觀、管、防”^[6]，選取管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，安裝水位監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控排水系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)雨量、水位、水質(zhì)等關(guān)鍵運(yùn)行信息^[7–8]。監(jiān)管平臺(tái)后臺(tái)設(shè)置閾值，一旦有指標(biāo)超過(guò)預(yù)警值，系統(tǒng)以聲光方式彈出報(bào)警信息^[9]，工作人員接警后根據(jù)實(shí)際情況，按照不同類型事件，進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)處置。

巡檢養(yǎng)護(hù)管理：提供“巡檢單元?jiǎng)澐?巡檢計(jì)劃制定-人員現(xiàn)場(chǎng)巡檢-巡檢問(wèn)題上報(bào)-問(wèn)題處置-問(wèn)題交辦-問(wèn)題反饋處理”等全流程、規(guī)范化排水巡檢管理服務(wù)。巡檢管理人員利用地圖工具劃分不同的巡檢單元片區(qū)，制定年月巡檢計(jì)劃，并將巡檢計(jì)劃與任務(wù)下發(fā)給不同的片區(qū)與相關(guān)責(zé)任人，巡檢人員在接收到巡檢任務(wù)之后進(jìn)行巡檢并對(duì)巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題通過(guò)APP進(jìn)行問(wèn)題上報(bào)，巡檢管理人員通過(guò)PC端系統(tǒng)對(duì)上報(bào)問(wèn)題進(jìn)行逐一處置、交辦，再由相關(guān)責(zé)任人進(jìn)行整改處理并將整改結(jié)果上傳到系統(tǒng)，最后由巡檢管理人員給出反饋意見(jiàn)。為了使管理者能清晰、準(zhǔn)確了解排水設(shè)施巡檢的整體情況，系統(tǒng)將提供數(shù)據(jù)可視化圖表功能，將排水設(shè)施情況、問(wèn)題上報(bào)情況、數(shù)據(jù)上報(bào)情況、人員巡檢情況、人員簽到情況等以統(tǒng)計(jì)圖表的形式直觀展示，并提供不同的篩選條件可供查詢不同組合狀態(tài)下排水設(shè)施巡檢狀況。

內(nèi)澇應(yīng)急管理：當(dāng)發(fā)生暴雨事件時(shí)，利用各種電子終端主動(dòng)聯(lián)合發(fā)布相關(guān)的預(yù)警信息，得到用戶請(qǐng)求的事件處理方案，為部門決策人員提供決策依據(jù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)決策方案的跟蹤管理。系統(tǒng)提供涵蓋“應(yīng)急響應(yīng)-布防啟動(dòng)-積水事件處置”在內(nèi)的內(nèi)澇應(yīng)急管理服務(wù)，以內(nèi)澇處置為核心，以發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、總結(jié)提升為總體綱領(lǐng)，使內(nèi)澇積水更加快速的被發(fā)現(xiàn)、更加及時(shí)的被處理。

三維可視化場(chǎng)景：利用三維引擎對(duì)地形圖和傾斜數(shù)據(jù)處理，建立三維應(yīng)用場(chǎng)景?；谌S地圖對(duì)泵站、水閘、管網(wǎng)等設(shè)施進(jìn)行快速瀏覽，支持地圖定位、放大縮小、設(shè)施快速切換、空間分析、查詢統(tǒng)計(jì)、內(nèi)澇模擬仿真等。

5總結(jié)

網(wǎng)波智慧排水二三維一體化平臺(tái)以信息化手段為支撐，以二三維一體化地理信息技術(shù)為抓手，集成排水戶、排水管網(wǎng)、泵站、閘站、污水處理廠、河湖排口等排水設(shè)施數(shù)據(jù)，梳理并厘清各類排水設(shè)施空間拓?fù)潢P(guān)系，提供排水設(shè)施一張圖、排水設(shè)施動(dòng)態(tài)更新、排水設(shè)施拓?fù)浞治觥?nèi)澇應(yīng)急調(diào)度、設(shè)施巡查養(yǎng)護(hù)等業(yè)務(wù)功能，保證排水設(shè)施高效運(yùn)行，最終實(shí)現(xiàn)城市排水一體化智慧管理。

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作者簡(jiǎn)介：陳銅和，男，碩士研究生，高級(jí)工程師，主要從事智慧水務(wù)信息化規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、軟件平臺(tái)研發(fā)等工作，通訊地址：上海市楊浦區(qū)隆昌路619號(hào)8號(hào)樓北區(qū)C13室，聯(lián)系電話：13917397459，郵箱：chenth@wavenet.com.cn