中心城區積水監測信息系統在天津市防汛中的應用

魏博洋

（天津市排水管理事務中心，天津 300202）

天津市地處華北平原北部，東臨渤海，北依燕山，有“海河要沖”和“畿輔門戶”之稱。由于所處的地理環境的原因，天津地下水位較高，土壤以黏土、粉土為主且滲透性差，年均降水量在500～600 mm，多集中在6月中旬至9月中旬，占全年總降水量的73%，導致城市內澇災害發生概率及頻度增加。城市排水工作主要依靠人工和機械方式，降低城市內澇災害影響，為城市居民的出行提供方便。

近年來，由強降雨引起的城市下穿隧道及城市內低洼地區大量積水現象時有發生，且有愈演愈烈的趨勢。天津2018年因臺風“安比”的登陸，中心城區短時造成77處地區淹泡、18處地道交通管制，日平均降水量達到182.2 mm。“城市觀海”也成為近些年來的熱門詞語，城市內澇現象已經引起了黨中央及國務院的高度重視。

1 中心城區積水監測信息系統概述

天津市排水管理事務中心作為天津市中心城區防汛排水工作的主要職能部門，為更好地完成中心城區的防汛排水工作、提高信息化管理水平和增加工作效率，從2005年開始建設積水視頻監測系統，2017年開始建設電子水尺，并逐步搭建了天津市中心城區積水監測信息系統。該系統在每年汛期都為防汛調度指揮工作提供了部分數據和圖像信息，對全市排水工作起到了一定的輔助作用。

中心城區積水監測信息系統由現場點位、數據鏈路和中心軟件平臺組成。其中，現場點位包含積水深度采集設備和視頻監控設備、監測數據及視頻圖像上傳設備等，數據鏈路包含現場監測設備的數據上傳及監測中心數據接收，中心軟件平臺包含服務器數據采集子系統、積水視頻監控平臺、用戶應用系統集成、巡檢管理子系統4個部分。

2 前端設備

2.1 電子水尺

電子水尺和水位監測終端監測現場水位，并通過4 G網絡將水位數據傳送給管理中心。為靈活布設監測點、不受供電條件限制，選用太陽能供電型水位監測終端。電子水尺積水監測子系統包括采集終端、通信模塊和供電單元3個部分，如圖1所示。

圖1 電子水尺積水監測子系統

電子水尺是一種以先進微處理器芯片為控制器、內置通信電路的數字式水位傳感器，具備高可靠性及抗干擾性能；采用不銹鋼防護外殼，內部用高性能的密封材料進行特殊處理，產品具有防腐、防凍、耐熱、耐老化的特點，可在泥漿、污液和腐蝕性液體、冰凍等多種惡劣的環境中使用，即不受大氣壓力、濕度、含沙量、冰凍等外界因素的影響；采樣精度與傳感器的測量體長度無關，不同變幅的電子水尺的測量精度保持不變，均為1 cm；采樣頻率為1次/20 s，工作溫度為-20～60℃，采用4 G網絡通信和太陽能供電。

2.2 監控攝像機

攝像機選用200萬像素，分辨率為1 920×1 080@25fps的高清球型攝像機。該攝像機具備22倍光學變倍，16倍數字變倍能力；采用高效紅外陣列，低功耗，照射距離最遠可達180 m；具備星光級超低照度能力，最低照度為0.001 Lux/F1.6（彩色）、0.001 Lux/F1.6（黑白）。

2.3 安裝地點及安裝方式

監測設備安裝在易積水地區，根據安裝位置和使用需求采取不同的安裝方式。

（1）地道區域安裝方式。為保證水位測量的實用性及準確性，電子水尺安裝位置選擇在地道中的最低處；為了監測攝像機有最大的觀察范圍，需要在積水片附近安裝監控立桿，桿體為4 m直桿。同時，在攝像機附近安裝階梯水位尺，用以讀取有效水位數據，便于建立水位數據對比系統。

（2）道路區域安裝方式。道路區域安裝相對簡單，根據高程測量結果，選擇在低洼積水處建設水位測量電子水尺及監控點位，采用太陽能供電系統。電子水尺安裝在保護管內。

3 系統功能

3.1 分屏顯示

為滿足不同使用場景需求，系統軟件界面增加分屏切換功能，可在單屏、雙屏、三屏3種顯示模式之間進行切換，用戶可根據使用現場條件切換到適合的模式。

3.2 點位分布顯示

系統在點位分布圖上增加積水點相關排水泵站、雨量、河道的點位圖層，并可以單獨顯示和隱藏；同時，在點位分布圖的積水點詳情標簽中增加積水視頻查看鏈接功能，可以直接在彈窗中查看該點位的實時視頻。

3.3 云臺控制

系統支持云臺方向控制，調節云臺控制速度，可通過用戶級別進行云臺搶占和鎖定。

3.4 通過排水模型進行退水方案指導

基于統一的天津市暴雨模型公式、城市基礎地形數據、高程數據、雨水管網數據、泵站數據、歷史降雨及積水數據，系統進行內澇排水預測分析。

3.5 水位報警

系統使用人員可以為每個積水點單獨設置警戒水位和報警方式。

3.6 積水片區報表

系統后臺設定任務，每月底自動匯總各積水監測點當月的積水發生次數、積水日期、最大積水深度、退水歷時等信息并生成報表顯示。

3.7 水位數據比對、故障自診斷

在建設電子水尺獲取水位數據的同時，在同區域內建設視頻監測攝像機用來識別積水深度，系統將2組數據在軟件平臺中進行對比，在誤差合理數值之內以電子水尺的數據為準；超過合理數值時，則以視頻識別數據為準。同時，平臺會發出報警信息提醒操作人員，通知設備維護單位現場排除設備故障。

3.8 視頻資源專網共享

在原有自建視頻的基礎上，系統共享技防網（接入14萬余路視頻資源），既增加了大量視頻資源，又節約了工作成本。

4 結語

傳統的工作方式因數據不準，更多地依靠指揮調度人員的從業經驗，往往導致排水設備和人力資源分配不均，造成全市排水退水速度的不均衡和人力物力資源的浪費。通過該系統的建立，改變了天津中心城區排水工作以往需通過人工匯報、經驗估算的粗放式管理調度手段。通過該系統的使用，指揮調度人員根據精確的水位數據制定排水計劃，合理調配人員及排水設備，加快城市積水的退水速度，保障城市人民出行便利和生產生活安全。