城市原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺開發(fā)研究

石 磊

(上海新地海洋工程技術(shù)有限公司，上海 200000)

1 立項概況

1.1 項目背景

城市原水、排水類管涵是一個城市的生命線，原水、排水類管涵監(jiān)測在施工影響期間進(jìn)行有效的變形監(jiān)測，但對變形監(jiān)測的數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一數(shù)據(jù)化儲存、分析，常規(guī)施工及違章施工對原水、排水類管涵的影響結(jié)果缺乏系統(tǒng)的歷史性的累積處理，使得管理部門不能及時適時掌握管渠的已變形變，導(dǎo)致同一路段不同時間和空間的影響變形不能有效的累加計算，從而造成管渠的多次變形影響不能疊加記錄，導(dǎo)致日常的監(jiān)護(hù)巡視管理工作對違規(guī)點的影響不能形成有效的系統(tǒng)的歷史記錄。

為了徹底改變以上現(xiàn)狀，引入GIS系統(tǒng)來管理原水、排水類管涵監(jiān)測數(shù)據(jù)，以便全面、直觀地掌握原水、排水類管涵設(shè)施狀況，對設(shè)備的歷史形變進(jìn)行客觀有效的信息積累，為設(shè)施的長期維護(hù)、保養(yǎng)、檢查、維修提供依據(jù)和方向；在日常管理和應(yīng)對突發(fā)事件所進(jìn)行的分析、決策中，及時提供數(shù)據(jù)支持；從而提高原水、排水類管涵基礎(chǔ)設(shè)施的管理水平和工作效率。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

本項目是在基于WEB GIS的智能管網(wǎng)技術(shù)的監(jiān)測平臺，借鑒國內(nèi)外同行及其他相關(guān)行業(yè)、領(lǐng)域的先進(jìn)模式和經(jīng)驗，為全市管網(wǎng)健康監(jiān)測和管理提供一個統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的平臺，實現(xiàn)管網(wǎng)健康監(jiān)測管理的信息化、數(shù)字化、智能化管理；提高管網(wǎng)的整體運行、運維效率、服務(wù)水平、服務(wù)質(zhì)量以及居民滿意度，同時滿足行政管理需求，滿足城市和區(qū)域的發(fā)展需求，推動“智慧城市”的發(fā)展進(jìn)程。

為提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的長效積累和利用，發(fā)揮信息化、數(shù)字化的特點，本項目的建設(shè)目標(biāo)是：

(1)利用最新的信息技術(shù)手段，建立原水、排水類管涵監(jiān)測平臺，同時制定原水、排水類管涵數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和動態(tài)更新機(jī)制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和現(xiàn)勢性，為城市原水、排水類管涵的科學(xué)管理和決策打下基礎(chǔ)。

(2)管涵GIS系統(tǒng)提供靈活的信息管理和共享手段，為其他企事業(yè)單位或社會公眾提供翔實、豐富的原水、排水類管涵信息服務(wù)。

(3)管涵發(fā)生事故后，能在短時間內(nèi)提供處理方案，發(fā)生新情況后能迅速調(diào)整方案，減少的經(jīng)濟(jì)損失。

1.3 建設(shè)內(nèi)容

原水、排水類管涵監(jiān)測平臺以基于WEB GIS的智能管網(wǎng)技術(shù)開發(fā)的監(jiān)測平臺，向上可接入權(quán)屬單位的管網(wǎng)信息綜全管理系統(tǒng)成為管網(wǎng)監(jiān)測服務(wù)子系統(tǒng)，也可獨立以監(jiān)測信息化平臺運行，通過平臺進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)集成和整合，實現(xiàn)監(jiān)測信息共享交換，歷史形變數(shù)據(jù)有機(jī)的綜合分析。

2 需求分析

2.1 現(xiàn)狀分析

(1)條線管理、信息孤島：目前原水、排水類管涵對施工影響進(jìn)行的監(jiān)測及對原水、排水類管涵的運維變形監(jiān)測，均是各監(jiān)測單位提供的紙質(zhì)成果，對原水、排水類管涵的變形數(shù)據(jù)缺乏系統(tǒng)的歷史性的累積處理，使得管理部門不能及時適時掌握管渠的已變形變。

(2)信息滯后、數(shù)據(jù)不完整：同一路段不同時間和空間的影響變形不能有效的累加計算，從而造成管渠的多次變形影響不能疊加記錄。日常的監(jiān)護(hù)巡視管理工作對違規(guī)點的影響已不能形成有效的系統(tǒng)的歷史記錄。建立有效的動態(tài)的日常監(jiān)測及監(jiān)護(hù)的信息管理系統(tǒng)已迫在眉睫，是現(xiàn)代化管理的必要手段。

2.2 功能需求

專業(yè)監(jiān)測機(jī)構(gòu)的需求：提高監(jiān)測質(zhì)量、效率的需要；針對性的服務(wù)開展、管渠健康管理的系統(tǒng)化方面的需要；有效、合理利用資源的需要。

設(shè)施管理機(jī)構(gòu)的需求：加強(qiáng)管渠健康管理、有效資源整合、提高監(jiān)督能力、加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)督、減少重復(fù)投資、支持行政管理決策、化解事故風(fēng)險以及實現(xiàn)跨業(yè)務(wù)跨系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享利用的需要。

其他相關(guān)單位和部門的需求：協(xié)同管理、協(xié)同服務(wù)、風(fēng)險管理、學(xué)術(shù)研究等方面的需要。

3 總體架構(gòu)

原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺，集成數(shù)字化展示、運維、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)融合于一體的綜合管理一張圖、多模型一體化平臺。總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺總體架構(gòu)

總體架構(gòu)從下至上分6個層次：基礎(chǔ)層、接入層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層，總體架構(gòu)還包括安全、運維、運營和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系建設(shè)等內(nèi)容。

基礎(chǔ)層：平臺的基礎(chǔ)軟硬件資源建設(shè)，包括操作系統(tǒng)軟件、應(yīng)用服務(wù)器、存儲服務(wù)器、第三方軟件(中間件軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等)等，三維模型輕量化引擎的技術(shù)支持。

接入層：數(shù)據(jù)接入、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測設(shè)備接入為主，實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全管理、設(shè)備安全管理。確保數(shù)據(jù)接入的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和安全。

數(shù)據(jù)層：以各專業(yè)數(shù)據(jù)匯總、融合建設(shè)大數(shù)據(jù)中心，經(jīng)過信息資源梳理完成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系之后，進(jìn)行針對性的數(shù)據(jù)規(guī)整，形成基礎(chǔ)資源庫、管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫、權(quán)限數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫等。

支撐層：充分利用二三維GIS平臺，將監(jiān)測數(shù)據(jù)、管網(wǎng)數(shù)據(jù)、報警信號、設(shè)備信息、等相關(guān)地理信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化融合，將共性資源進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的匯總構(gòu)建大數(shù)據(jù)平臺，基于智能分析技術(shù)建設(shè)AI平臺開展態(tài)勢監(jiān)控、預(yù)測預(yù)警。

應(yīng)用層：提供監(jiān)測單位進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)。對輔助決策、運維管理、應(yīng)急指揮、面對政府部門、管線權(quán)屬單位、臨近施工的建設(shè)單位及相關(guān)參建單位等用戶開展個性化的數(shù)字化應(yīng)用開發(fā)。

渠道層：提供多元化服務(wù)渠道，PC端瀏覽器、智能終端APP、微信平臺(微信公眾號和微信小程序)、大屏、API接口等多種服務(wù)渠道，滿足未來不同業(yè)務(wù)場景和用戶要求。

用戶層：平臺面向的終端用戶，主要包括政府部門、管網(wǎng)權(quán)屬單位(如排水公司、原水公司、水務(wù)公司等)、各類施工項目建設(shè)項目業(yè)主單位和相關(guān)參建單位等。

4 平臺功能簡介

原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺可獨立運行，亦可做為其管網(wǎng)權(quán)屬單位管網(wǎng)運維信息綜合管理系統(tǒng)的之系統(tǒng)運行，平臺基于WEB GIS地圖應(yīng)用的二次開發(fā)，以地圖的形式展現(xiàn)管線基本信息。平臺分為兩類監(jiān)測類型：管網(wǎng)全線日常運維監(jiān)測即長期監(jiān)測項目；區(qū)域?qū)ｍ棻O(jiān)測為臨近施工的管線專項監(jiān)測項目。平臺功能層級結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 平臺功能層級結(jié)構(gòu)

4.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)展示

監(jiān)測數(shù)據(jù)展示模塊應(yīng)可以顯示所有測點的點號、位置、監(jiān)測項目類型、日變化量、累計變化量等監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，點擊相應(yīng)測點能顯示該測點的歷時變化曲線圖及測點位置。下載相關(guān)成果如監(jiān)測日報表、周報、月報、季報及總結(jié)報告。如圖3所示。

圖3 監(jiān)測數(shù)據(jù)展示

4.2 監(jiān)測風(fēng)險管控

監(jiān)測風(fēng)險管控模塊分為監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警、監(jiān)測數(shù)據(jù)報警信息、現(xiàn)場施工處理措施上報等功能。監(jiān)測數(shù)據(jù)報警分為紅、橙、藍(lán)3種在地圖上顯示，點擊相應(yīng)測點能顯示該測點的歷時變化曲線圖及測點位置，監(jiān)測布點圖上做不同顏色的報警閃爍提示。

4.3 監(jiān)測點管理

監(jiān)測點管理模塊分為監(jiān)測項目管理、監(jiān)測布點圖管理。監(jiān)測布點圖：可查看二維矢量、三維模型，對與長線路項目監(jiān)測點還可以展示在地圖上，監(jiān)測點可以多選、單選，選擇后顯示其監(jiān)測數(shù)據(jù)，近一步可查看歷時曲線，監(jiān)測點布設(shè)情況的現(xiàn)場照片的上傳。自動化監(jiān)測傳感器特別標(biāo)識在圖上，支持三維漫游查看。如圖4所示。

圖4 平臺監(jiān)測點位示意圖及布設(shè)情況照片

4.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)維護(hù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)維護(hù)模塊分為監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳、自動化監(jiān)測傳感器接入、監(jiān)測巡視等。監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳：監(jiān)測點號為項目唯一標(biāo)識，根據(jù)監(jiān)測點號上傳原始數(shù)據(jù)或測值，平臺根據(jù)上傳數(shù)據(jù)的點號自動分類處理。數(shù)據(jù)上傳完成后，平臺根據(jù)內(nèi)置計算公式生成監(jiān)測日報表，超出報警值的當(dāng)及提醒，人工檢查無誤后發(fā)布數(shù)據(jù)以供前端下載、瀏覽；自動化傳感器由相應(yīng)廠家提供的轉(zhuǎn)發(fā)端口接入平臺；巡視記錄：日期、巡視人、圖片、描述、備注。如圖5所示。

4.5 施工區(qū)域管理

施工區(qū)域管理模塊應(yīng)可做臨近施工填報、上傳施工范圍、相關(guān)文件上傳(設(shè)計方案、施工方案、監(jiān)測方案及專家評審記錄等)、項目審批等。

4.6 監(jiān)測單位管理

監(jiān)測單位管理模塊主要是對管網(wǎng)整體分段委托監(jiān)測單位的區(qū)域劃分、委托周期等。

4.7 用戶權(quán)限管理

對平臺相使用單位、部門的用戶權(quán)限管理和分發(fā)。通過權(quán)限分配功能，對前端用戶管理并配置與其相關(guān)項目，可以一對一或一對多項目。

5 結(jié)語

原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺完成了監(jiān)測數(shù)據(jù)信息化、數(shù)據(jù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和變形數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理及安全分析，施工對管涵的影響結(jié)果系統(tǒng)的累積進(jìn)行了處理，管理部門掌握管渠的已變形變，掌握了不同時間和空間的影響變形以及累加分析。同時滿足行政管理需求，滿足城市和區(qū)域的發(fā)展需求，推動“智慧城市”的發(fā)展進(jìn)程。

原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺的開發(fā)與運行有助于監(jiān)測單位提供實時的、動態(tài)的、遠(yuǎn)程的變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)信息化，無紙化，自動化管理。

原水、排水類管涵監(jiān)測信息化平臺是對監(jiān)測工程項目中所有的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一入庫、管理、分析和展示的平臺，同時集成實時查看，報警提醒等實用的項目管理功能。用戶可以用本系統(tǒng)對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、分析、圖形化顯示，生成報表和圖表等，并對報警點進(jìn)行標(biāo)注，提醒和監(jiān)控，從而有效對工程項目中可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(jìn)行管理和預(yù)報，并積極采取相應(yīng)的預(yù)防措施，提高各部門協(xié)同辦公的效率。