城市排水智能化運行管理系統設計及應用分析

楊海巖

（濱州市城鄉水務發展服務中心 山東 濱州 256600）

在城市的可持續發展中，排水系統至關重要，因此，某市對現有排水系統進行改造與優化，打造智能化運行管理系統。該市的排水系統由泵站、排水管網等組成，但在長期發展過程中，受到天氣及其他外力因素影響，管道發生漏損現象，影響排水系統的正常運行。所以，該市決定建設運行管理系統，對排水系統進行有效監管，優化運行管理質量，更好地應對城市排水系統運行管理所面臨的各類挑戰。排水智能化運行管理是排水系統改造與優化的關鍵，也是提升排水系統整體運行水平、更好地服務城市發展的保障，要求在設計與應用期間，結合實際情況，強化城市排水智能化運行管理系統的實際作用。

1 城市排水運行管理現狀分析

某市城市排水系統的運行管理是由排水有限公司負擔，有主干管網、排水泵站、污水處理能力，分別為753km、78 座、7×105m3/d。排水管道、泵站等是城市排水系統的主要組成部分，在排水系統運行過程中，受到天氣、排水戶等各種因素的影響，會導致管網出現各類問題。同時，很多排水系統建設年代久遠，在20世紀80～90年代建設的排水系統標準較低、質量較差，排水系統錯綜復雜，也增加了運行管理難度。以人工經驗為主的傳統管理模式已經難以對排水系統進行有效管理，尤其是在雨季，排水系統發揮著重要作用，如果運行管理不當，就會增加城市洪澇災害的可能。隨著城市的擴建，排水系統承擔的壓力不斷增加，如何應對這些問題成為該城市關注與思考的重點。該市排水系統管理中存在比較突出的問題是忽略養護的重要性、缺少基礎數據、私接亂接現象嚴重、建設與管理存在盲目性。

2 城市排水智能化運行管理系統設計思路

在設計時，該市排水智能化運行管理系統與時俱進，創新思維理念，優化設計方法，將先進技術運用到系統設計中，物聯網、大數據、互聯網等綜合技術的應用能為排水智能化運行管理系統的設計提供技術支撐［1-2］。在智能化技術的應用下，積極打造城市排水智能化運行管理系統，對管網、泵站、污水處理廠進行整合，發揮不同環節的優勢與作用。系統的核心、基礎與支撐分別為數據、知識和智能化技術，能讓排水系統運行管理更加高效與信息化，能實現對排水系統的優化控制，轉變傳統系統設計中的不足。

3 城市排水智能化運行管理系統設計的結構

智能應用和數據中心共同組成智能化運行管理系統（見圖1）。該系統的基礎為以“排水物聯網”和“排水管網測繪”，可連接各排水運行管理部門與排水設施資源，這樣，城市排水系統的運行狀態就可以被有效感知。為對排水系統進行預測預警與優化調度，要合理應用管網仿真計算模型等技術，讓城市排水系統的運行與管理更加精細與高效。

圖1 城市排水系統智能化運行管理平臺總體框架

3.1 排水生產運行數據中心

智能化運行管理系統的基礎是排水生產運行數據中心，排水運行數據庫是其主要部件，同時還包括數據統一采集與管理等系統，大數據分析技術的應用關鍵為排水運行數據中心的建立。數據庫是由生產運行、設施/設備、地理空間三大類數據組成。排水運行管理在管網地理數據應用，能對空間進行定位，提供分析基礎［3］。排水系統運行狀況、設備操作等可通過排水系統實時運行數據予以記錄。設施/設備全生命周期的信息可由設施/設備數據進行記錄，如檢測評估信息、技術檔案信息等。統一數據管理軟件也發揮著重要作用，在實際應用中，能統一管理數據內容、數據接入等，將各類數據整合在一起，統一管理，確保智能系統的高效運行。

3.2 排水運行智能應用

為實現排水系統的智能化管理，就要強化排水運行智能應用。在具體運用中，主要有下面幾項內容。

3.2.1 集中在線監控

為對排水系統的運行全過程進行有效了解，可通過在線監控/監測與視頻監控系統對污水廠、泵站等進行實時監控，保證系統運行的安全性，降低能源消耗，集中監控排水泵站，且能在智能技術的應用下實現無人值守泵站［4］。

3.2.2 水力學仿真模擬

排水運行管理期間可通過水力學仿真模擬，對管網薄弱環節進行評價與分析。在線模擬系統的核心是在線模擬調度技術、智能建模技術及信息集成技術，在排水系統的運行期間，能實現預警報警等各項功能［5］。

3.2.3 精細化業務管理

生產過程管理、設施/設備生命周期管理等都是精細化業務管理的關鍵環節。管理模式可以各項“數據”為核心，對排水系統進行全過程、精細化管理，在管理中可追蹤、可量化，可對設備運行、水質分析等提供更加精細化的方式。同時，運行監控、檔案建立等，以設施/設備技術為基礎，能全面了解設施設備的運行狀況，并通過模型建立、智能化決策等，為設備維護與管理提供支持。

3.2.4 運行調度決策支持

運行調度決策要以在線監控、業務管理和仿真模擬結果為基礎，通過對運行監測、管網GIS等各類信息的整合，對排水系統的運行狀況進行全面分析，可對管網在運行期間發生的異常問題及時發現，并能為調度方案的優化提供支持［6］。

3.2.5 生產運行信息門戶

公司相關部門和領導能及時獲取生產運行信息，在互聯網技術的應用下，能讓排水運行與業務管理相融合，為管理新模式的建立提供技術支撐。

企業為了能在激烈殘酷的市場競爭下求生存始終以最新的科技成果作為支撐，而企業想要保持長久的競爭優勢必須保證其創造力，而創造力的來源就是高素質的技術人才，各大高等院校是各類人才培養的基地。因此，高校與企業合作共建實驗室無疑是實現 “優勢互補、合作雙贏、共同發展”目標的有效途徑[3]。

3.3 技術架構

現場控制設備、單體泵站監控系統、中央監控管理系統是泵站監控系統架構的3個層次，PLC控制器為水泵監控系統的核心，通過PLC協調，完成數據采集與控制［7］。組態軟件與數據采集服務器IOServer 共同組成數據監控服務器，參數畫面與操作畫面可由組態軟件負責，在OPC通訊協議下，可實現實時監測數據與輸出控制指令。信息交換鏈路可在VPN 光纖網絡與控制中心的管理服務器共同完成。

數據層、中間層與表示層共同組成控制中心系統架構。第一，數據層。主要由數據存儲與和它交互的組件構成，可與中間層相互獨立。第二，中間層。多個件服務組成中間層，應用程序運行所需要的數據處理可在這層完成，同時，數據存儲及發送給數據存儲的數據由中間層完成。第三，表示層。這層能與用戶進行交互，收集到的信息由表示層顯示給用戶。

系統采取C/S與B/S相結合的方案，C/S架構與B/S架構分別運用在GIS 應用部分與公共信息發布部分。同時，為滿足特定需求，需與WebGIS相結合［8］。

4 城市排水智能化運行管理系統設計的建設及應用

智慧排水系統的建設要能對城市雨水、污水輸送等進行有效管理，發揮在水體污染和內澇溢流等方面的作用，并能實現排水系統運行管理的自動化、智慧化與網格化。各項業務數據要以數據中心為基礎，實現各項數據的可視化處理。為對管網的各項數據進行實時掌握，需通過調度中心的應用，強化自動化監測，實現無人值守。同時，通過建模仿真技術、“移動和互聯網+”的應用，能讓排水系統更加智能，且管理人員能在手機上了解排水系統的各項工作，也可以在手機上完成部分業務［9］。

4.1 建設框架

4.1.1 硬件基礎平臺

智慧排水系統的載體是硬件基礎平臺，智慧排水的正常運行依托于該載體。硬件基礎建設與網絡安全建設是硬件基礎平臺的兩個主要部分，智慧排水的高質量運行需要基礎硬件設施、網絡通信的支持。

4.1.2 數據服務層

4.1.3 業務應用層

在智慧排水系統中，業務系統是重要組成部分，由不同的業務系統組成，能在各項工作開展期間提供支持。為對原有系統集成的方式不斷完善，需新建系統，保證業務信息化的完整性。

4.1.4 人機交互層

即用戶使用PC或移動終端使用和瀏覽系統，使用用戶包括公司排水公司、運營中心團隊及員工等。

4.2 系統建設功能

4.2.1 排水綜合管理平臺

BS 系統架構的應用可讓排水綜合管理平臺更加完善，能提供有效的信息展示與管理服務。平臺的重心為監測點的信息展示，為實現集中展示，需要使用視頻監控、GIS 系統等多種技術。平臺的統一管理要求將全市排水管網、泵站等納入系統中。平臺logo、用戶登錄信息等在平臺首頁展示。排水管網、泵站等實時狀態可由該子系統實現，還可提供歷史狀態查詢與報警服務。在GIS 地圖服務上展示所有監測信息，要求地圖具備拓展性與三維地圖服務。管網管理（GIS）、水位監測等也是系統的重要組成部分，能對排水系統進行全面、精細化監控。在平臺上集合多個業務子系統，形成對城市排水系統的智能化管理。

4.2.2 排水生產監控平臺

“監”和“控”是排水生產監控平臺的兩個關鍵功能，通過對無人值守泵站的改造，能對廠站進行實時監控，能對廠站供電系統電量參數、液位等進行全面監控。監控中心人員針對調度需求，需實現遠程控制，可對水泵、格柵機等實現遠程控制。對于關鍵性設備的歷史數據等進行查詢，并能做好趨勢圖分析等功能。

4.2.3 移動終端應用

管理人員可通過移動終端的應用，不斷提升巡檢及監控管理能力。領導為了解日常工作，以應對各項突發性、應急性事件，也可在移動終端的幫助下，對各類信息進行調取與了解。第一，管網數據查詢。通過手持移動端的應用，可對附近排水管網進行查詢，并自動定位顯示在地圖上，管理人員可隨時隨地查看。第二，生產監測。排水管網、泵站等排水設施的數據可自動傳輸到移動端，實現實時查詢。第三，設備二維碼掃描。條形碼在設備上粘貼，系統可掃描條形碼，便于對設備檔案信息的查閱與了解，針對權限許可用戶，可提供轉存、編輯、上報等功能。第四，巡檢軌跡。巡檢人員的GPS 軌跡信息可由系統自動記錄，然后將其發送到服務器端，巡檢人員的實時位置及歷史巡檢軌跡可由管理人員隨時查看，了解巡檢具體情況。第五，巡檢報告。各類報告可在持移動端上瀏覽，且能對現場的各類信息進行上傳，如現場照片、問題反饋等。第六，數據報警。將各類報警信息推送到移動終端，方便手持移動端用戶及時掌握各種風險。

5 結語

城市排水智能化運行管理系統設計及應用是一項專業性較強的工作，要求能在結構設計時做好排水生產運行數據中心、排水運行智能應用與技術架構3 個方面的內容，同時，也要在建設與應用中做好建設框架、系統建設功能，充分發揮城市排水智能化運行管理系統的作用。城市排水智能化運行管理系統的應用實現了對整個排水系統的統一監控、聯合調度，實現了相關部門的生產業務協同，實現了防汛防臺預報預警管理，推動排水系統的自動化、智能化、標準化發展，確保能為城市發展提供高效服務。