基于物聯(lián)網(wǎng)的道路檢查井監(jiān)督管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)

林亦林

(福州市勘測院，福州 350108)

1 引言

本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)的道路檢查井監(jiān)督管理云平臺，將道路檢查井運維服務(wù)與智能井蓋、開蓋動態(tài)預(yù)警等業(yè)務(wù)進行有效結(jié)合， 建立新型的城市道路檢查井監(jiān)督運維服務(wù)模式，面對市政井蓋類型和數(shù)量眾多、日常維護繁瑣且復(fù)雜而造成的監(jiān)管困難， 實現(xiàn)城市檢查井維護由原有的片區(qū)、 道路式的粗顆粒度管理向單一設(shè)施的細顆粒度管理轉(zhuǎn)變， 采用開蓋報警技術(shù)盡量避免了由于井蓋被盜或井蓋損壞等而造成的人身安全事故及其經(jīng)濟損失。同時提高了城市信息化管理水平， 有效地降低了城市管理的經(jīng)濟成本，積極響應(yīng)了國家對于建設(shè)智慧城市、智慧市政的需要。

2 總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體框架

為了提高平臺的可維護性和健壯性， 系統(tǒng)設(shè)計按照逐層抽象、組件化架構(gòu)原則從下到上可以分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層4 個層次。系統(tǒng)總體框架設(shè)計如下(見圖1)：

圖1 系統(tǒng)總體框架

從下而上，第一層是基礎(chǔ)層：該層提供系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)及企業(yè)級數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件環(huán)境，提供檢查井監(jiān)督管理平臺運行所依賴的應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)器、防火墻、交換機、路由器及其他計算機，是信息化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施基礎(chǔ)，同時提供包含傳感設(shè)備，如存儲井蓋信息的RFID 標(biāo)簽信息[1]。

第二層是數(shù)據(jù)層，采用oracle11g，它是整個井蓋監(jiān)督平臺的信息資源核心[2]，主要分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和井蓋數(shù)據(jù)庫。 井蓋數(shù)據(jù)庫通過加工和數(shù)據(jù)遷移完成建庫，它與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫結(jié)合，構(gòu)成整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心。

第三層是服務(wù)業(yè)務(wù)支撐層， 在統(tǒng)一的GIS 核心平臺運行框架上，提供具體的服務(wù)功能，例如：數(shù)據(jù)交換服務(wù)、工作流服務(wù)、GIS 服務(wù)、用戶管理服務(wù)、消息服務(wù)、安全服務(wù)、表單服務(wù)和移動端服務(wù)、井蓋打開報警服務(wù)和電子標(biāo)簽掃描服務(wù)等。

第四層是應(yīng)用層， 在服務(wù)支撐層之上是四個功能模塊， 包含井蓋身份管理地理信息模塊、 井蓋監(jiān)督業(yè)務(wù)模塊、井蓋實時監(jiān)控模塊及井蓋數(shù)據(jù)分析模塊。

第五層是用戶層：該層包含用戶主要有管理員、運維人員以及監(jiān)督人員。

2.2 整體建設(shè)思路

(1)利用云計算技術(shù)搭建資源彈性可配置的平臺海量存儲基礎(chǔ)設(shè)施，形成“兩級平臺”架構(gòu)

①采用高性能的服務(wù)器， 以Windows Server2008 操作系統(tǒng)為平臺，提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)器運行環(huán)境；

②運用相關(guān)虛擬化技術(shù)將物理服務(wù)器集群虛擬化，快速搭建基礎(chǔ)云環(huán)境。

(2)基于工作流技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的城市管理處理流程，并綜合管理

①利用工作流快速搭建特定業(yè)務(wù)處理模板；

②開發(fā)處理流程注冊模塊， 統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)處理流程模塊，并依據(jù)真實業(yè)務(wù)需求快速構(gòu)建具體業(yè)務(wù)處理流程。

(3)物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速搭建無線物聯(lián)網(wǎng)感知體系

①利用物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理傳感器、觀測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)城市部件巡查的自動化、提升工作效率；

②井內(nèi)傳感設(shè)備通過安裝高性能鋰電池解決供電問題，同時通過設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率起到省電作用，日常低頻率上報， 發(fā)生險情時高頻率上報， 另外通過安裝新型井蓋，將開蓋報警、井下監(jiān)測等設(shè)備進行集成，提供一整套解決方案，解決防震防水問題。

2.3 業(yè)務(wù)流程

安裝智能設(shè)備的檢查井在設(shè)備報警后， 將報警信息傳輸?shù)奖O(jiān)督管理平臺， 平臺接收到報警信息后根據(jù)權(quán)屬單位進行派發(fā)，權(quán)屬明確的派發(fā)對應(yīng)權(quán)屬單位處置，權(quán)屬不明確的派發(fā)應(yīng)急機構(gòu)處置， 處置機構(gòu)到達現(xiàn)場進行處理并拍攝反饋，平臺接收并做相關(guān)記錄。

圖2 設(shè)備報警流程

3 系統(tǒng)功能設(shè)計

3.1 井蓋身份管理地理信息模塊

采集所實施道路上井蓋的身份信息(包括井蓋類型、材質(zhì)、規(guī)格尺寸、維護單位、聯(lián)系電話、聯(lián)系人、地理坐標(biāo)等)并編碼，建立井蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息庫。

通過整合井蓋地理坐標(biāo)信息及井蓋身份信息建立井蓋身份地理信息系統(tǒng)， 該系統(tǒng)通過視圖操作能夠進行地圖放大、縮小、漫游、圖層控制等操作，同時可通過地理信息系統(tǒng)在電子地圖上查詢井蓋基礎(chǔ)信息。

通過定位查詢能夠?qū)w進行快速查詢定位， 包括地名定位、道路定位、書簽定位等。 通過信息管理能夠?qū)w信息進行錄入、刪除、修改、分類統(tǒng)計等操作。

3.2 井蓋監(jiān)督業(yè)務(wù)模塊

系統(tǒng)包括應(yīng)急處置監(jiān)督模塊及日常巡查維護監(jiān)督模塊。 結(jié)合井蓋地理信息系統(tǒng)及移動信息通信技術(shù)，實時對井蓋日常維護、應(yīng)急處置進行監(jiān)督管理[3]。 主要實現(xiàn)功能有：日常巡查、應(yīng)急處置管理，案件管理、考核。日常巡查和應(yīng)急處置管理可實時對巡查人員基本信息及其日常巡查軌跡、 應(yīng)急處置時效、 應(yīng)急處置實時流程、 應(yīng)急處置前后效果等進行監(jiān)督并顯示在井蓋地理信息系統(tǒng)上。

案件管理可記錄案件接案時間、 派遣時間、 派遣單位、結(jié)案等信息并通過列表形式展示，同時可對案件進行歸檔、查閱等操作。

考核功能可按照井蓋問題處置辦法對應(yīng)急單位、權(quán)屬單位處理井蓋問題的情況進行判定打分， 并自動生成統(tǒng)計表。

3.3 井蓋實時監(jiān)控模塊

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無線傳輸技術(shù)，采用在井蓋上安裝實時監(jiān)控設(shè)備將井蓋實時狀態(tài)信息發(fā)送到接收器上，當(dāng)井蓋出現(xiàn)缺失情況后， 立即向系統(tǒng)報警并將井蓋具體位置、屬性等信息在電子地圖上進行準確顯示。

3.4 井蓋數(shù)據(jù)分析模塊

利用井蓋巡查維護數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)對井蓋健康度運行情況進行分析，分析井蓋高維護路段、易盜風(fēng)險路段、開蓋頻率、井蓋事件平均處理周期，同時可結(jié)合業(yè)務(wù)流程進行分析， 另外接入液位計等其他傳感設(shè)備進行數(shù)據(jù)處理分析。

平臺根據(jù)接收的設(shè)備進行分類統(tǒng)計， 統(tǒng)計出易損耗路段和類型輔助檢查井維護。 同時根據(jù)處置數(shù)量和時限進行考核。

4 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新

4.1 智能井蓋打開報警技術(shù)

智能井蓋中的井蓋打開報警器以STM8 單片機為控制核心， 采用了永磁鐵加干簧管為基礎(chǔ)的傳感器來采集井蓋開啟狀態(tài)。 通過在道路檢查井內(nèi)安裝探測傾斜狀態(tài)的裝置，此裝置安裝在井蓋下，不與井下液體接觸，同時不含有毒物質(zhì)，不會對原有井下環(huán)境造成影響，在井蓋打開情況下，報警器通過監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)發(fā)出井蓋報警的信號，對井蓋發(fā)生異常時可自動發(fā)現(xiàn)、上報并啟動應(yīng)急預(yù)案，實現(xiàn)道路檢查井的遠程異地的監(jiān)測預(yù)警與應(yīng)急處置[4]。

4.2 基于RFID 的井蓋電子標(biāo)簽技術(shù)

利用RFID 唯一性， 進行城市道路檢查井安全生命周期管理，同時建立一井一號一檔，基于RFID 唯一標(biāo)識號，實現(xiàn)城市道路檢查井安裝、巡查、養(yǎng)護、廢棄的身份信息、位置信息、運維信息的全生命周期的管理。

4.3 智能液位監(jiān)測報警

智能液位監(jiān)測報警配備井下液壓式液位監(jiān)測傳感器[5]，設(shè)備安裝在井下，同時投入水中，適應(yīng)井下復(fù)雜的水位環(huán)境，實時監(jiān)控井下水位變化，同時設(shè)置水位閾值和上傳頻率， 監(jiān)測出的水位數(shù)據(jù)通過物聯(lián)網(wǎng)上傳到云端服務(wù)器進行保存[6]，建立液位數(shù)據(jù)庫，再根據(jù)水位模型，預(yù)測水位走勢，對城市防澇搶險工作提供指導(dǎo)說明。

4.4 創(chuàng)新特色

提出了一種城市道路檢查井的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模型，實現(xiàn)在暴雨情況下的道路檢查井水位和流量數(shù)據(jù)檢測，分析未來水位走勢，形成智能監(jiān)測分析結(jié)果，實現(xiàn)道路或積水點的預(yù)警，為市政管理與決策提供分析支撐。

基于RFID 為城市道路檢查井蓋建立 “一井一號一檔”，基于RFID 唯一標(biāo)識號，實現(xiàn)城市道路檢查井蓋安裝、巡查、養(yǎng)護、廢棄的身份信息、位置信息、運維信息的全生命周期的管理， 創(chuàng)新城市道路檢查井運維管理與服務(wù)模式。

5 結(jié)語

項目相關(guān)成果已經(jīng)陸續(xù)在福州市供排水管理中心、成都市井蓋中心、 南昌市市政工程管理處得到了成功的應(yīng)用，取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。系統(tǒng)為每個城市道路檢查井建立詳細身份信息、維護全生命周期數(shù)據(jù)、所有維修保養(yǎng)記錄，形成城市井蓋大數(shù)據(jù)庫，通過城市井蓋大數(shù)據(jù)庫，再結(jié)合不同模型，不同維度，挖掘出更有利于提升市政管理水平和效率的有價值數(shù)據(jù)。