基于物聯網和GIS技術的“數字市政”助力濟南市政公用事業(yè)快速發(fā)展

周永利 馬述杰 譚文

1.山東大學機械工程博士后科研流動站，濟南 250013

2.山東泰華電訊有限責任公司，濟南 250101

3.濟南高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，濟南 250101

基于物聯網和GIS技術的
“數字市政”助力濟南市政公用事業(yè)快速發(fā)展

周永利1,3馬述杰2譚文2

1.山東大學機械工程博士后科研流動站，濟南 250013

2.山東泰華電訊有限責任公司，濟南 250101

3.濟南高新技術產業(yè)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，濟南 250101

本文闡述了濟南市市政公用設施管理現狀和存在的問題，圍繞市政公用行業(yè)“安全、服務、管理”三個主題，提出了“數字市政”的建設目標，論述了濟南數字市政“118工程”的建設方案。

數字市政；物聯網；GIS；管網

引言

濟南，又稱“泉城”，是中國東部沿海經濟大省——山東省的省會，是全省政治、經濟、文化、科技、教育和金融中心，也是國家批準的沿海開放城市和副省級城市。濟南是“全國城市綜合實力50強”和“全國投資硬環(huán)境40優(yōu)”的城市之一。隨著城市化進程的加快，市政公用基礎設施建設發(fā)展迅速，設施管理和安全運行也日益復雜，維護城市的安全運行，已成為城市管理者的一項重要任務。目前，濟南市城區(qū)內已形成大規(guī)模錯綜復雜的地下管網和地上城市基礎設施，由于管理手段的相對落后，缺乏完整的、權威的設施信息資料和有效的安全監(jiān)測預警機制，許多事故和險情不能提前被發(fā)現和處置，給人民正常生活和城市安全運行帶來了隱患。

1、市政公用設施管理現狀

1.1 管線設施規(guī)模龐大

近年來，濟南市城市規(guī)模不斷擴大，尤其是2009年迎全運以來，市政基礎設施建設突飛猛進，配套建設或改造的地下管線設施種類和數量迅猛增加，公用事業(yè)保障能力顯著提升。濟南市現有供電、給水、燃氣、熱力、雨水、污水、通訊、消防、路燈、交警信號、有線電視、寬帶等20余種地下管線，總長度約1萬公里，規(guī)模龐大，錯綜復雜，尤其是城市建成區(qū)地下管網更是交織密布，像一個龐大的迷宮；同時管線建設年代、管道材質各不相同，如最早供水管道建于上世紀30年代。

1.2 管理方式相對粗放落后

在地下管網建設快速發(fā)展的同時，也暴露了濟南市城市地下資源管理政策缺失、地下管線建設規(guī)劃管理不足及施工監(jiān)管不到位等問題，導致因施工造成地下管線受損事故頻繁發(fā)生。如2009年濟南市發(fā)生的“7.28”液化氣主管道被挖斷、“3.27”漿水泉路中壓燃氣管道被挖斷、2010年9月和10月分別發(fā)生在燕子山西路和旅游路城建學院校內的直徑200毫米的天然氣中壓管線被挖斷等燃氣泄漏事故，險些釀成重大災難。據不完全統(tǒng)計，2009年，濟南市供水、供氣、供熱管道被挖斷千余次。同時，由于相當部分地下管線缺乏完整準確的位置和狀況資料，而且現有資料不能共享，很難做到有效管理，防患于未然，也使得搶險搶修中無法快速反應、應急處置。

1.3 管線情況復雜，協調管理難度大

由于地下管線種類繁多，建設時多以直埋為主，且各管線產權分屬不同單位，難以實現有序協調。而且，地下管線施工缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各種管線存在交叉、疊加現象，既不符合安全運行規(guī)范，又增加了管道維修難度。

1.4 安全運行形勢嚴峻

當前，濟南市城市建設進入跨越提升的關鍵時期，各項建設任務特別是城市基礎設施改造提升的任務非常繁重。但在濟南市地下管線保護政策法規(guī)尚不健全，現有地下管線信息完備率、準確率不高的情況下，在管道維修中，挖掘機械常常是“盲挖”，需要維修的管道找不到，其他管道又被挖斷的情況時有發(fā)生；另外，高強度的城市建設也將給復雜的地下管線保護工作帶來極大的難度，地下管線安全運行形勢面臨更加嚴峻的挑戰(zhàn)。

2、數字市政建設目標

基于上述管理現狀，今年，市政公用局緊緊圍繞“安全、服務、管理”三個方面，牢固樹立“民生為先，服務為本”的從業(yè)理念，利用物聯網等現代化信息產業(yè)技術，實施“數字市政”信息化建設,全力推進市政公用事業(yè)的科學發(fā)展。數字市政能夠監(jiān)管并預測城市運行變化，有效地幫助管理者建立起全局觀念，從而提高城市管理的有效性和城市資源優(yōu)化配置水平。

數字市政系統(tǒng)是充分利用物聯網、GIS等技術，對局屬各行業(yè)的市政公用設施進行全方位、全時段監(jiān)控管理、運行調度、應急指揮的綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)主要圍繞行業(yè)安全、服務、管理三方面，實現以下四個目標：

2.1 建設一張完整的運行安全監(jiān)控預警網絡

通過科技創(chuàng)新和物聯網技術，實現對市政公用重點設施的全過程、全時段監(jiān)控預警。通過對管網運行參數的計算分析，給出風險評估等級，對風險等級較高的管道早期報警，先期處警，及早維修，避免次生災害發(fā)生，降低社會影響。

2.2 建設一張健全的服務質量監(jiān)測監(jiān)管網絡

對產品服務質量信息即時感知、智能評價，有效互動，實現全方位監(jiān)管和穩(wěn)定供應。

通過在管網主要節(jié)點和末端安裝傳感器，實時監(jiān)測供水水壓、供氣流量和供熱溫度等，變被動服務為主動服務，一旦發(fā)現服務不達標即啟動相應的管理處置流程，監(jiān)督企業(yè)進行整改。

2.3 建設一個完善的面向用戶的服務體系

通過建立完整的用戶信息庫,將與用戶關聯的各系統(tǒng)、各業(yè)務流程連接在一起。通過健全客戶服務中心和維修隊伍，增設服務網點，優(yōu)化服務流程，提供產品報裝、繳費、維修、咨詢、用戶通知（短信、自動語音、電臺、電視臺、社區(qū)通知等）等全方位、多載體的市政公用服務體系，提高市民對市政公用信息的知情率。

2.4 建設一個創(chuàng)新的行業(yè)管理體系

通過科技管理手段，強化行業(yè)運行監(jiān)控監(jiān)管、電子政務建設，建立面向全行業(yè)，覆蓋全過程的信息化管理系統(tǒng)，形成縱向貫通、橫向集成、上下聯動的市政公用管理體系。實現“四個轉變”，即由經驗管理轉變?yōu)榭茖W管理；由靜態(tài)監(jiān)管轉變?yōu)閯討B(tài)透明監(jiān)管；由被動受理轉變?yōu)橹鲃臃?；由事后處理轉變?yōu)橹鲃宇A警。實現市政公用管理模式的創(chuàng)新。

3、“數字市政”建設內容

3.1 總體設計

濟南數字市政采用“市政公用行業(yè)一體化”設計思想和“自頂向下”的設計方法，實現市政公用地上、地下基礎設施的數字化和智能化管理，將市政公用相關水、氣、暖等各個不同行業(yè)的基礎設施、安全生產、監(jiān)測信息、指揮調度、客戶服務通過數字化手段緊密聯結到一個統(tǒng)一和標準的平臺上，實現數據、業(yè)務、應急、調度、決策、分析、服務等不同層面信息的一體化共享、交互和集成式管理，以最小的資金投入和最高效的信息共享機制，實現全市市政各行業(yè)的以安全為前提下的統(tǒng)一管理、調度和服務。

同時，基于物聯網技術，采用科技創(chuàng)新手段對市政各行業(yè)設施運行進行實時監(jiān)測和監(jiān)控，并將分布在各專項業(yè)務系統(tǒng)的獨立運行運營的業(yè)務數據按照統(tǒng)一的數據標準和業(yè)務流程規(guī)則，集成匯總到統(tǒng)一的中央數據倉庫中，有效管理并動態(tài)集成城市市政運行運營數據，為市政全行業(yè)管理和規(guī)劃提供決策依據。

圖1 數字市政總體框架

數字市政總體上包括：

1）一個標準體系：數字市政標準體系；

2）一個安全保障體系；

3）三個平臺：市政資源基礎數據管理平臺、市政運行運營數據集成平臺、市政綜合監(jiān)管指揮決策平臺。

4）一個市政專項業(yè)務管理應用系統(tǒng)群：城市防汛綜合管理信息系統(tǒng)、城市照明綜合管理信息系統(tǒng)、城市道橋綜合管理信息系統(tǒng)、城市排水綜合管理信息系統(tǒng)、數字供水業(yè)務應用系統(tǒng)、數字燃氣業(yè)務應用系統(tǒng)、數字熱力業(yè)務應用系統(tǒng)、水質監(jiān)測業(yè)務應用系統(tǒng)。

3.2 業(yè)務系統(tǒng)與平臺建設

說明：在認知沖突中激發(fā)學生的創(chuàng)造性思維，產生新知并加以鞏固.探究的方式有利于學生對新知的理解，也有利于學生素養(yǎng)的發(fā)展.

濟南市“數字市政”建設規(guī)模為一個數字市政監(jiān)控中心、一個資源管理平臺和八大業(yè)務應用系統(tǒng)。

3.2.1 數字市政監(jiān)控監(jiān)管中心

數字市政監(jiān)控中心由網絡中心、運行運營數據集成中心和監(jiān)控指揮調度中心組成。

圖2 監(jiān)控監(jiān)管中心

1）網絡中心：將市政公用局、氣象局、水文局、市交警、各區(qū)有關部門、局屬各單位連接為一個網絡，實現互聯互通，資源共享。

2）運行運營數據集成中心：實時采集八大行業(yè)、42個數據類、近500個指標項，并對這500項目進行統(tǒng)一集成處理和分析。

3）監(jiān)控指揮調度中心：對市政公用設施進行全過程的安全監(jiān)測和監(jiān)控；給出超負荷預警、超限預警和趨勢分析、預警等；發(fā)生突發(fā)事件時，系統(tǒng)生成應急預案，各單位快速響應，及時處置，避免次生災害發(fā)生。同時，對服務質量進行監(jiān)管。

3.2.2 資源管理平臺

完成濟南市建成區(qū)范圍內的市政公用地下管線、地上市政設施收集、普查、整理、建庫工作，以城市市政公用基礎設施為對象，采用空間地理信息技術（GIS），建設統(tǒng)一的市政基礎資源管理平臺。

市政數據資源管理平臺作為數字市政的基礎，為各項業(yè)務系統(tǒng)提供二維、三維、空間、影像數據及地理編碼、空間處理服務功能支撐，實現最大化的資源利用和共享。市政公用局各單位根據各自管理數據需求和業(yè)務特點，構建專業(yè)設施數據管理系統(tǒng)，作為日常管理、運行維護工具。數字市政監(jiān)控監(jiān)管中心將所有的基礎設施數據通過動態(tài)更新的方式，納入局統(tǒng)一的集成管理平臺，實現各業(yè)務設施數據的綜合應用、服務共享。

圖3 資源管理平臺

3.2.3 八大業(yè)務應用系統(tǒng)

1）城市水質監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集成國家水專項，建立濟南市從源頭到龍頭的水質監(jiān)測、預警系統(tǒng)和應急處置信息化網絡平臺。

2）城市供水系統(tǒng)。建立供水設施管理系統(tǒng)、智能監(jiān)控網絡、指揮調度系統(tǒng)和客戶服務體系，全面提升供水質量、應急處置能力和服務水平。

3）城市供氣系統(tǒng)。建立監(jiān)控、評估、預警與管網巡檢養(yǎng)護四位一體的供氣安全運行體系。如在供氣設施、密閉空間和重要區(qū)域安裝視頻監(jiān)控和紅外檢測；在管網主要節(jié)點、重要部位安裝燃氣泄漏監(jiān)測儀；定期進行風險評估，確定管線腐蝕程度、風險區(qū)域等。

4）城市供熱系統(tǒng)。通過供熱設施管理、生產運行調度和完善用戶信息等，提升供熱質量和客戶服務水平。通過在管網末端和不熱點安裝溫度傳感器，實時監(jiān)測管網溫度，主動掌握用戶采暖情況。通過對熱源和換熱站的調度，調整熱網溫度和壓力，調配熱能，解決區(qū)域供熱不均問題。

5)城市防汛指揮調度系統(tǒng)。通過氣象預警系統(tǒng)、雨量遙測系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和指揮調度系統(tǒng)，全方位實時收集氣象、水位、水文、雨量、汛情和視頻監(jiān)控信息，為視頻會商和防汛指揮調度，提供直觀的決策依據，為汛前預測、汛中指揮、汛后處置提供科技支撐。

6)城市排水系統(tǒng)。通過排水設施管理、業(yè)務綜合監(jiān)管、設施在線監(jiān)測、應急處置等系統(tǒng)，加強對城市排水設施安全運行和防汛排澇、污水處理排放的監(jiān)管。動態(tài)掌握城市雨、污水收集、處理和排放量。實時監(jiān)測污水處理廠站污水處理情況，監(jiān)測cod等指標狀況。

7)城市照明系統(tǒng)。利用智能控制、單燈控制等技術，建立一個連接整個城市的照明設施監(jiān)控網絡，實現分時控制，按需照明。對路燈運行狀態(tài)實時監(jiān)測，實現自動報警等功能。

8)道橋管理系統(tǒng)。建立道橋管理、視頻監(jiān)控、道橋健康監(jiān)測等系統(tǒng)，有效預防橋梁安全事故的發(fā)生。通過在橋梁重要部位埋設應變、張力、位移等傳感設備，實時采集橋梁結構狀況的數據，識別損傷位置與程度，評估、預測結構安全性，對橋梁做出預警。

4、結語

“百尺竿頭，更進一步”，濟南市數字市政系統(tǒng)緊緊圍繞市政公用安全、管理、服務三個方面，通過建設118工程，實現“四個一”奮斗目標，對于保障城市安全運行，促進濟南市市政公用事業(yè)的健康發(fā)展、科學發(fā)展，提升城市管理服務水平，構建和諧濟南將發(fā)揮重要的作用。該項目已通過國家住建部專家嚴格評審，被住建部列為信息化應用示范推廣項目向全國市政行業(yè)推廣。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.041