徐州经济技术开发区智慧排水综合监管平台建设

陈铜和

（上海网波软件股份有限公司，上海，200090）

摘要:近年来，伴随气候变化和城市化进程加快，极端暴雨频发，造成城市内涝事件频繁出现，城市排水问题越来越受到人们的关注。为解决城市排水信息化程度低、监测体系不完善、信息孤岛等问题，提出了在智慧城市建设大背景下，利用GIS、云计算、物联网等先进技术，构建智慧排水综合监管平台的方法。本文对徐州经济技术开发区智慧排水综合监管平台的建设内容与建设方案进行详细论述。

关键词：智慧排水；应急指挥；排水模型；数字化转型

1 引言

近年来，随着我国城市化进程加速，城市规模越来越大，城市排水管网设施也越来越多，与此同时带来了城市排水管理难度的增加^[1]。为了实现城市排水工作信息化、科学化和精细化管理，全国许多城市开展了城市排水信息化建设，取得了一定的成绩和效果^[2]。但在城市排水监控管理方面的信息化建设较为滞后，存在如下问题:一是城市排水监控体系缺失或不完善;二是城市排水监控仍采用传统人工巡查监控方式，管理方式落后且信息化低;三是城市排水工作涉及不同权属单位，未实现统一管理，导致数据不能共享，形成“信息孤岛”^[3]，因此，利用现有GIS、云计算、物联网等先进技术和理念，搭建城市智慧排水综合监控平台势在必行。徐州经济技术开发区农业农村水务局以“源头治理、中间截断、末端控制”的思想为指导，以“厂站网河”一条线的技术路线为导向^[4]，开展了智慧排水综合监管平台建设，实现了排水“一张图”展示、排水监控管理和内涝应急管理等功能，全面提高了城市排水监控管理能力和服务水平。

本文针对徐州经济技术开发区智慧排水综合监管平台的建设进行论述，介绍了平台的建设内容与总体框架，并对平台的建设方案与关键技术进行详细阐述。

2 建设内容

平台建设目标以“1+1+1+N”（一套智慧排水监控体系，一个数据中心，一个应用支撑平台，N个应用）模式为基础，主要包括以下几方面内容：

一是开展城市智慧排水监控体系建设，实现科学、高效、节约地对城市排水从排水户、管网到污水处理厂一体化全方位监控，提升业务监控、应急保障和风险管控能力；

二是建设排水数据中心，实现数据统一共享交换；

三是依托数据中心，搭建统一的应用支撑平台，提供统一的用户会话、业务服务、计算处理、数据管理等应用支撑服务，实现基础地理信息数据、排水设施数据、排水监测数据、巡查数据等数据的统一处理、管理以及查询统计，进一步为城市排水管理工作提供数据支撑；

四是搭建智慧排水综合监管平台，打造一套可展示、可监控、可辅助决策的平台，将全区的排水监控业务全部纳入智慧排水监控管理平台中，从而实现城市排水业务信息化、精细化以及科学化，提升城市排水业务治理能力。

3 总体设计

智慧排水综合监管平台基于SOA架构，采用B/S+M/S结构进行搭建。平台架构设计包括感知层、基础设施层、数据资源层、支撑层、应用层以及用户层6个核心部分。       

1)感知层是利用物联网技术，对城市排水设施加装采集、监测设备，如雨量监测设备、水质监测设备、液位监测设备、道路积水监测设备以及视频监测设备等，实时监测排水各项数据^[5]。

2)基础设施层包括软硬件设施和网络。软硬件设施是利用云管理平台将服务器、存储、安全等设备进行了虚拟化，形成统一的计算、存储、网络和安全资源池，为平台提供软硬件服务。

3)数据资源层是对城市排水的各类数据资源进行统一组织管理，将数据分类成内部数据和外部数据，包括排水管网、排水用户、污水厂、排水泵站、基础地理以及水文数据等，通过整理和入库后，形成智慧排水监控大数据资源中心。

4)支撑层是为应用层通过应用支撑平台提供功能服务，包括统一用户认证、地图服务、数据服务、监控服务以及权限服务等。

5)应用层是平台业务监控、数据展示的窗口，包括排水“一张图”展示、厂站网河监测告警、养护巡检、管网检测及内涝应急管理等功能模块。

6)用户层是平台主要用户，包括供排水监督管理部门、政府监督部门、管网运维单位以及污水厂运维公司等。

7)两侧是保障平台稳定运行的标准规范体系、政府法律法规体系、保障体系以及信息安全体系等。

4 数据库设计

数据中心设计遵循扩展性、可靠性以及维护性等原则，将资源中心分成六大核心数据库，即地理信息数据库、排水设施数据库、监测数据库、业务数据库、管理数据库和其他数据库。其中地理信息数据库包括电子地图、影像数据、地名地址以及行政区划等。排水设施数据库包括排水管网、污水厂、排水泵站、排水井盖以及各种感知设备等；监测数据库包括管网监测数据、污水厂监测数据、排水泵站监测数据、河道水质监测数据以及内涝点监测数据；业务数据库包括排水审批许可数据、巡检数据、上报数据以及工单数据等；管理数据库包括指挥调度数据、应急管理数据、生产运营数据以及人员管理数据等；其他数据库包括水文数据、气象数据、人文数据以及多媒体数据等。

5 平台实现

智慧排水综合监管平台以智慧排水数据中心为基础，通过GIS技术，基于J2EE平台规范和SOA的Web服务技术，开发了一张图展示、排水设施数据管理、巡检养护、管网检测及内涝应急管理等多方面的应用。

设施一张图：将排水管网、污水厂以及监测点等信息在地图上集中展示，一是可以利用 GIS 基本地图工具，对数据进行放大、缩小、全图以及平移等操作；二是可以通过点选查询，可以查看排水设施的详细属性；三是可以通过空间查询和属性查询，查询到符合要求的排水设施分布情况，点击查询结果中的某条管线数据，可以快速进行定位，且高亮显示；四是可以通过空间统计和属性统计，统计排水设施相关信息，如排水管网总长度、污水处理厂数量等。

内涝一张图：以总览式、全局式视角展示内涝总览信息，实现各要素在一张图展示，包括气象、水情、视频监控、气象预警、应急响应、布防情况、积水点情况、重点关注点等内涝相关业务的一图总览。

设施数据管理：提供排水设施“数据上报-数据审核-数据反馈-数据更新”全流程管理服务。排水设施巡检人员与数据采集人员在巡检过程中发现有需要校核、修正、新增的排水设施数据，利用移动端手持设备对数据进行重新采集并上传到PC端系统，再由专门的管理人员对上传数据进行数据审核与反馈，最后将审核通过的数据更新到排水设施一张图与数据库中。

水质数据管理：污水处理厂进、排水口和重点河道断面水质各参数根据设置的时间间隔，由设备自动上报。监管平台可随时调取查看不同时间段的历史数据。将实验室检测结果和在线监测数据进行比对，当实时监测数据指标差超出一定范围，监管平台进行预警，增强监管能力。

预警预报处置：为实现市区泵站、管网、调蓄池及全市污水厂运行动态一屏“观、管、防”^[6]，选取管网关键节点，安装水位监测设备，实时监控排水系统关键节点雨量、水位、水质等关键运行信息^[7–8]。监管平台后台设置阈值，一旦有指标超过预警值，系统以声光方式弹出报警信息^[9]，工作人员接警后根据实际情况，按照不同类型事件，进行及时响应处置。

巡检养护管理：提供“巡检单元划分-巡检计划制定-人员现场巡检-巡检问题上报-问题处置-问题交办-问题反馈处理”等全流程、规范化排水巡检管理服务。巡检管理人员利用地图工具划分不同的巡检单元片区，制定年月巡检计划，并将巡检计划与任务下发给不同的片区与相关责任人，巡检人员在接收到巡检任务之后进行巡检并对巡检过程中发现的问题通过APP进行问题上报，巡检管理人员通过PC端系统对上报问题进行逐一处置、交办，再由相关责任人进行整改处理并将整改结果上传到系统，最后由巡检管理人员给出反馈意见。为了使管理者能清晰、准确了解排水设施巡检的整体情况，系统将提供数据可视化图表功能，将排水设施情况、问题上报情况、数据上报情况、人员巡检情况、人员签到情况等以统计图表的形式直观展示，并提供不同的筛选条件可供查询不同组合状态下排水设施巡检状况。

内涝应急管理：当发生暴雨事件时，利用各种电子终端主动联合发布相关的预警信息，得到用户请求的事件处理方案，为部门决策人员提供决策依据，并实现对决策方案的跟踪管理。系统提供涵盖“应急响应-布防启动-积水事件处置”在内的内涝应急管理服务，以内涝处置为核心，以发现问题、解决问题、总结提升为总体纲领，使内涝积水更加快速的被发现、更加及时的被处理。

6总结

本文综述了利用目前先进的GIS，云计算，物联网等技术，搭建智慧排水监控管理平台的方法，对推动智慧化排水管理具有十分重要的价值。平台的搭建，取得了以下几点成效:一是实现了城市排水精细化、信息化和科学化治理，构建了“厂站网河”一体化监控体系；二是对城市排水数据进行了收集、整理、处理和入库，构建了智慧排水数据中心；三是利用平台，实现了数据成果展示、查询和统计，城市排水实时监控和内涝应急管理等功能，有效地提高城市排水的管理水平，下一步将继续完善数据和平台功能，构建集物联网、模型、数据、知识于一体的排水系统数字孪生体系^[10]，通过排水系统工程管理、运行维护、预测决策、应急管理及资源调度等应用开发，服务于排水系统全生命周期管理，为新阶段排水系统高质量发展提供有力支撑和强力驱动。

参考文献

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作者简介：陈铜和，男，硕士，高级工程师，主要从事智慧水务信息化规划、顶层设计、软件平台研发等工作，通讯地址：上海市杨浦区隆昌路619号8号楼北区C01室，联系电话：13917397459，邮箱：chenth@wavenet.com.cn