网波智慧排水二三维一体化管理平台的研究与建设

陈铜和，唐晏平

（上海网波软件股份有限公司，上海，200090）

摘要: 随着城市化进程加快，城市配套地下管网、雨污水泵站、污水处理厂建设进入高速发展阶段，为科学有序、精准高效、精简节约地监管排水设施，提升突发事件、应急抢险的反应速度和处理能力，保障城市排水安全稳定运行。采用二三维一体化GIS、大数据、云计算、数字孪生等技术，建设智慧排水二三维一体化管理平台迫在眉睫。

关键词：智慧排水；二三维一体化；应急指挥；智能调度；

1引言

排水防涝对于城市建设、交通运输、市民出行影响巨大。当前，我国地下管网、雨污水泵站、污水处理厂等设施因建设年代不同、分布距离较广、设备多样化，存在工艺水平与实际处理水量参差不齐、人工监管效果不理想、缺乏统一监管标准等问题。而随着污水排放单位数量不断增长，传统的人工监管方式逐渐难以满足污水排放监管需求，借助数字化手段建设智慧排水信息化监控平台，成为解决上述问题的重要途径。各级主管部门以此为契机，积极推动城市智慧排水项目建设，利用数字技术解决城市排水行业难题、提升城市排水管理效。

随着智慧城市建设的进一步推进，基础设施的问题日益凸显，而排水设施作为智慧城市的重要组成部分，实现智慧排水和智慧管理是未来的发展趋势^［1-2］。

2解决思路

目前面向排水管网排查、溯源、检测和修复工作主要是通过摸排方式掌握区域排水设施底数，借助CCTV/QV方式对管道内部进行探测，彻底摸清掌握排水设施的基础数据和检测数据，实现排水设施“静态数据”+“动态数据”的全面管理，从而完成对整个排水系统的现状摸底 ^[3]。

根据国家层面关于城市排水设施智慧化管理的相关政策要求，从管理与维护的需求出发，运用物联网、互联网、GIS、大数据、云计算等技术，搭建智慧排水管理平台以数据资产为核心，以信息化手段为抓手，以精细化管理为导向，全面掌握排水设施要素数据，搭建排水设施一张图，实现排水设施管理由主动向被动、由粗狂向精细的转变，破解排水设施数据分散化管理的局面，既保障排水设施的健康运行，同时又能为新建排水设施设计提供辅助支持，从而实现排水设施全周期管理，提高城市智慧排水系统运行和管理效率 ^[4-5]。

3系统设计

按照排水管网信息化建设目标和业务特点，网波智慧排水二三维一体化管理平台采用SOA架构开发，总体架构设计如下图所示：

图1系统总体设计

1）实体监测对象：主要对管网、泵站、污水厂、易积水点、排水户等监管对象部署感知监测设备，实现流量、液位、水质、积水、视频等信息采集和传输。预留数据服务接口，为后期排水感知监测体系建设和完善后提供数据接入通道。

2）硬件平台：涵盖对排水管理系统系统所需基本运行环境配置内容，包括计算资源、网络资源、存储资源、传输资源以及安全设备等。

3）数据接入层：本系统数据入库主要包括物联网数据接入、已建信息系统共享接入和用户手工录入三种方式，根据数据来源设定数据入库接口，提供数据接入渠道。

4）数据集成平台：构建统一排水行业数据库，实现排水行业数据统一、规范化管理，按照业务应用需求提供数据服务和数据应用接口。

5）基础服务：采用商业软件、中间件、定制服务等方式开发智慧排水基础服务模块，支撑上层业务应用和数据服务需求。

6）应用层：按照排水业务管理需求建立在线互联、数据共享、业务协同、决策支持的业务应用模块，满足不同用户、不同场景下业务管理需求，支持大屏展示、PC端业务处置等多种表现方式。

7）用户层：按照“统一用户、统一接口、统一权限、统一服务”的要求对用户及业务系统进行配置管理，满足不同部门、不同用户对本系统访问和应用需求。

4主要功能设计

平台功能围绕排水管网管理、动态更新、内涝应急、巡查养护等业务，实现全部排水设施要素数据统一集成管理。

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。

三维可视化场景：利用三维引擎对地形图和倾斜数据处理，建立三维应用场景。基于三维地图对泵站、水闸、管网等设施进行快速浏览，支持地图定位、放大缩小、设施快速切换、空间分析、查询统计、内涝模拟仿真等。

5总结

网波智慧排水二三维一体化平台以信息化手段为支撑，以二三维一体化地理信息技术为抓手，集成排水户、排水管网、泵站、闸站、污水处理厂、河湖排口等排水设施数据，梳理并厘清各类排水设施空间拓扑关系，提供排水设施一张图、排水设施动态更新、排水设施拓扑分析、内涝应急调度、设施巡查养护等业务功能，保证排水设施高效运行，最终实现城市排水一体化智慧管理。

参考文献

[1]佘林，王宁，邹俊，等. 数字赋能背景下厦门市排水智能化管理系统建设研究［J］.给水排水，2022，48（12）：84-88.

[2]乔志勇. 智慧排水平台在排水管网整治工作中的应用［J］.中国给水排水，2023，39（20）：110-114.

[3]吕永鹏.城镇污水处理提质增效“十步法”研究与应用[J].中国给水排水 ,2020,36(10):82-88.

[4]曹雁,张万辉,朱思为,等.城市排水设施智慧化管理系统的设计与应用[J]. 市政技术,2023,41(8):74-80.

[5]贾华峰,马运成.智慧排水系统设计与研究[J].智能城市,2021,7(24):10-11.

[6]白小晶，冯江，梁岩松，等．数学排水模型在管网养护中的应用[J]．水电能源科学，2020，38（10）：79-82．

[7]张彦晶．上海中心城区智慧排水管理平台构建[J]．城市道桥与防洪，2021（5）：146-148，19．

[8]郭效琛，李萌，杜鹏飞．排水管网在线监测布点数量的确定[J]．中国给水排水，2022，38（2）：122-131．

[9]尹海龙，张惠瑾，徐祖信．城市排水系统智慧决策技术研究综述[J]．同济大学学报（自然科学版），2021，49（10）：1426-1434．

作者简介：陈铜和，男，硕士研究生，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C13室，联系电话：13917397459，邮箱：chenth@wavenet.com.cn