基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的城市排水防澇智慧管控平臺

童麗閨

摘 要：針對排水防澇綜合監(jiān)管、安全運(yùn)行、指揮調(diào)度等需求，該文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，建立普查、維護(hù)、監(jiān)測、應(yīng)急、評估為一體的城市排水防澇智慧管控平臺，實(shí)現(xiàn)城市排水監(jiān)測和預(yù)警，為城市排水防澇提供全方位技術(shù)支撐，提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平。

關(guān)鍵詞：排水防澇 智慧管控 物聯(lián)網(wǎng) GIS

中圖分類號：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0010-03

近年來，受全球氣候變化影響，暴雨等極端天氣對社會(huì)管理、城市運(yùn)行和人民群眾生產(chǎn)生活造成了巨大影響，加之部分城市排水防澇等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后、調(diào)蓄雨洪和應(yīng)急管理能力不足，出現(xiàn)了嚴(yán)重的暴雨內(nèi)澇災(zāi)害。城市排水管網(wǎng)是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要基礎(chǔ)設(shè)施。城市排水管網(wǎng)的管理是一項(xiàng)復(fù)雜且困難的工作，由于管網(wǎng)設(shè)施處在地下，因此無法通過常規(guī)的地上巡視進(jìn)行觀察，而且各類地下管網(wǎng)數(shù)量眾多，維修、搶修作業(yè)時(shí)有可能造成其他權(quán)屬管線損壞，對環(huán)境造成的影響也無從評估[1]。近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)整合在一起的應(yīng)用是目前比較新的信息化管網(wǎng)建設(shè)方向。如果能將物聯(lián)網(wǎng)與GIS技術(shù)集成起來，用于信息系統(tǒng)的集成與開發(fā)，就可以充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)目標(biāo)身份快速識別的特點(diǎn)，以及GIS空間管理與分析的優(yōu)勢，大幅度改善管理信息系統(tǒng)的工作效率[2]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

該文將利用物聯(lián)網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)、通信等多種技術(shù)集成，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)和地理信息技術(shù)的優(yōu)勢整合，為排水防澇的智慧化管控提供信息實(shí)時(shí)獲取、快速處理、自動(dòng)化管理、指揮調(diào)度等信息化服務(wù)。在摸清排水防澇設(shè)施現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，復(fù)用物聯(lián)傳感網(wǎng)絡(luò)，采集海量、動(dòng)態(tài)智能感知數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)，基于空間位置關(guān)聯(lián)的一體化，構(gòu)建城市排水防澇智慧管控平臺。見圖1。

2 擬采取的解決方法

2.1 排水防澇信息立體感知與監(jiān)控

排水防澇信息立體感知及監(jiān)控是排水防澇智慧管控平臺的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一，其功能是為城市排水防澇調(diào)度決策提供可靠、穩(wěn)定、先進(jìn)的外部感知層和反饋層。所謂立體感知，是指對從空間到地面、地下，對城市排水防澇相關(guān)信息的全方位監(jiān)測和監(jiān)視。采用先進(jìn)的信息采集裝置作為感知前端，實(shí)現(xiàn)對空間雨情、街區(qū)（特別是易澇點(diǎn)）、河道及地下（管網(wǎng)、地下空間） 水情以及水利工程狀態(tài)的全方位監(jiān)測。見圖2。

2.2 天地一體智能化融合

排水防澇智慧管控平臺將利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)、無線遠(yuǎn)程智能監(jiān)控技術(shù)結(jié)合各種物聯(lián)傳感終端實(shí)現(xiàn)了天、地傳感器協(xié)同作用，并克服傳統(tǒng)排水普查平臺僅實(shí)現(xiàn)多源空間數(shù)據(jù)融合，以及傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)不能實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合的弊端，實(shí)現(xiàn)了快速多源空間數(shù)據(jù)融合和智能化多源數(shù)據(jù)融合，并能同步獲取天地信息為各種定量反演提供所需參數(shù)。包括遙感數(shù)據(jù)之間的融合、矢量數(shù)據(jù)之間的融合、遙感數(shù)據(jù)與矢量數(shù)據(jù)的融合、矢量數(shù)據(jù)與GNSS數(shù)據(jù)的融合、地理信息數(shù)據(jù)與智能感知數(shù)據(jù)的融合等融合方式。見圖3。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 排水設(shè)施管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)導(dǎo)入、地圖操作、數(shù)據(jù)編輯、設(shè)施查詢、空間分析、統(tǒng)計(jì)分析等功能，實(shí)現(xiàn)普查數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、更新與質(zhì)量控制，形成排水防澇“一張圖”。見圖4。

3.2 巡查養(yǎng)護(hù)管理子系統(tǒng)

系統(tǒng)可對管網(wǎng)設(shè)施管理分公司養(yǎng)護(hù)部門的日常巡查養(yǎng)護(hù)工作提供工具，支持巡查計(jì)劃的制定，巡查養(yǎng)護(hù)信息的查詢與顯示，巡查抽查情況的記錄與反饋；通過移動(dòng)設(shè)備對現(xiàn)場的巡查養(yǎng)護(hù)信息進(jìn)行記錄與反饋。

3.3 運(yùn)行監(jiān)控預(yù)警子系統(tǒng)

在獲取各類排水設(shè)施在線及歷史的運(yùn)行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，支持對排水設(shè)施在線的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視，并能夠自動(dòng)分析運(yùn)行狀況，做到報(bào)警與預(yù)警。系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)匯集、可視化顯示、在線監(jiān)控、查詢統(tǒng)計(jì)、預(yù)警分析等功能，實(shí)現(xiàn)積水情況、搶險(xiǎn)進(jìn)度一目了然。

3.4 應(yīng)急指揮調(diào)度子系統(tǒng)

在汛期期間，根據(jù)各類在線的汛情和運(yùn)行數(shù)據(jù)，及時(shí)的對汛情信息進(jìn)行反饋和發(fā)布，根據(jù)各類分析數(shù)據(jù)對排水設(shè)施的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)度，同相關(guān)單位進(jìn)行會(huì)商協(xié)調(diào)，支持各類防汛預(yù)案的制定。該子系統(tǒng)還應(yīng)支持應(yīng)急預(yù)案與重大活動(dòng)保障預(yù)案的制定。記錄汛期現(xiàn)場防汛搶險(xiǎn)的工作情況（采用各類PDA移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與情況記錄），并對防汛搶險(xiǎn)工作提供輔助的支持。見圖5。

3.5 排水管網(wǎng)評估子系統(tǒng)

排水管網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型是國際公認(rèn)的進(jìn)行排水管網(wǎng)性能診斷、效能評估的有力工具。系統(tǒng)將在排水設(shè)施普查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對管網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行深層次的加工處理，基于階段性實(shí)驗(yàn)或在線的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行模型水動(dòng)力學(xué)參數(shù)的驗(yàn)證，建立城市排水管網(wǎng)水動(dòng)力學(xué)模型，并進(jìn)行相應(yīng)的模型水動(dòng)力學(xué)參數(shù)驗(yàn)證，優(yōu)化排水管網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)及改造，有助于提高城市排水科學(xué)管理水平和運(yùn)行決策能力。

4 結(jié)語

通過物聯(lián)網(wǎng)、地理信息等技術(shù)在智慧排水防澇中的應(yīng)用，為城市排水防澇提供全方位技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)城市排水?dāng)?shù)據(jù)管理、運(yùn)行服務(wù)、監(jiān)測預(yù)警、綜合監(jiān)管、應(yīng)急決策一體化的管理，構(gòu)建排水行業(yè)監(jiān)管的新模式，提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平。

參考文獻(xiàn)

[1] 唐嶸，陳宏漢，馮潤.城市排水管網(wǎng)設(shè)施管理與信息共享機(jī)制研究[J].中國給水排水，2012（5）：84-87，92.

[2] 王立群，賈繼薇.基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS的環(huán)境質(zhì)量管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2012（3）：1-2.