基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排水管網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

何智華，甘慶華（中國四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司，重慶　400700）

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排水管網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)

何智華，甘慶華
（中國四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司，重慶400700）

摘要：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對排水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了研究。先進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，再對對系統(tǒng)的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，最后實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的功能，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)有一定的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；排水管網(wǎng)監(jiān)控；信息系統(tǒng)

1　引言

隨著科技的進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展，我國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市排水管網(wǎng)建設(shè)也有了較大的發(fā)展，但是隨著而來的排水管網(wǎng)的管理問題也日漸增多，尤其近年來暴雨頻發(fā)，我國己有連續(xù)多個(gè)城市出現(xiàn)內(nèi)澇的問題，這對城市排水管網(wǎng)的升級改造、防汛應(yīng)急搶險(xiǎn)、日常養(yǎng)護(hù)維修管理提出了更為迫切的信息化管理要求。

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在排水管網(wǎng)監(jiān)測是目前較為熱門的研究方向，國外對于這方面的研究成果主要體現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)底層的傳感器上面。隨著近年來模型技術(shù)、GIS技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等的發(fā)展，將管網(wǎng)模型和GIS以及物聯(lián)網(wǎng)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。2013年，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部提出了全面物聯(lián)的“智慧城市”概念，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與GIS技術(shù)和SWMM模型等水動(dòng)力模型相結(jié)合將會(huì)成為智慧管網(wǎng)建設(shè)的新趨勢?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)的排水管網(wǎng)監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究具有重大意義。

2　需求分析及總體設(shè)計(jì)

2.1需求分析

排水設(shè)施管理處對排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)的建設(shè)要求主要有以下幾點(diǎn):

（1）系統(tǒng)需采集不同點(diǎn)位的液位、流量、流速、雨量等管網(wǎng)信啟、，并實(shí)現(xiàn)信自、數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)更新顯示。

（2）系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、報(bào)表統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)急決策支持等功能，并能通過與集合了3D技術(shù)和SWMM技術(shù)的下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)對街下穿隧道暴雨時(shí)積水情況的模擬預(yù)警。

（3）系統(tǒng)需支持用戶自定義的報(bào)警規(guī)則，如液位、流速、流量等閨值，并能夠?qū)?bào)警數(shù)據(jù)推送至已有管網(wǎng)GIS平臺，同時(shí)需具備用戶接警管理的功能。

（4）系統(tǒng)功能需通過網(wǎng)頁展示，同時(shí)要求系統(tǒng)訪問便捷、維護(hù)方便，需支持多種移動(dòng)設(shè)備如手機(jī)、Ipad等的訪問。

2.2總體設(shè)計(jì)

2.2.1管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案設(shè)計(jì)

為了監(jiān)控排水管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，需要采集管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，排水管網(wǎng)的主要數(shù)據(jù)指標(biāo)有:水管管徑、下水井井深、管道內(nèi)液位高度、污水管道內(nèi)流速、污水管道內(nèi)流量。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)雨、洪預(yù)警功能，還需采集雨量數(shù)據(jù)，建立雨量與管網(wǎng)內(nèi)部液位數(shù)據(jù)關(guān)系。管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集方案選用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，底層的感知層是各類水信自、傳感器，中間的網(wǎng)絡(luò)層考慮了地下管網(wǎng)的復(fù)雜地理環(huán)境，選取GPRS尤線傳輸方案，而最終的應(yīng)用層就是本文的排水管網(wǎng)信自、管理系統(tǒng)，將采集到的管網(wǎng)數(shù)據(jù)處理分析，為排水設(shè)施管理處等管理部門提供管網(wǎng)建設(shè)的決策依據(jù)。

2.2.2GIS和下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的接口設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)為管網(wǎng)已有GIS平臺和下穿隧道積水模擬系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)接口，在系統(tǒng)的信息集成平臺中實(shí)現(xiàn)對下穿隧道積水模擬系統(tǒng)的接口，系統(tǒng)與管網(wǎng)GIS平臺的通信采用報(bào)警服務(wù)集成平臺和通訊服務(wù)器實(shí)現(xiàn)。下穿隧道積水模擬系統(tǒng)由下穿隧道3D仿真模型和SWMM暴雨洪水管理模型結(jié)合實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)是以成都市羊市街下穿隧道為原型設(shè)計(jì)，可以根據(jù)羊市街雨量站監(jiān)測的雨量數(shù)據(jù)，結(jié)合SWMM模型計(jì)算得出下穿隧道積水情況。由于該系統(tǒng)己經(jīng)開發(fā)完成，所以本文設(shè)計(jì)的排水管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)需提供接口與之集成。本文的接口設(shè)計(jì)采用ApacheCamel+ActiveMQ實(shí)現(xiàn)。

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1實(shí)時(shí)監(jiān)測

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測菜單需具備管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測和站點(diǎn)狀態(tài)監(jiān)測功能，以管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測功能為例進(jìn)行驗(yàn)證說明，管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測功能需顯示管網(wǎng)中各個(gè)站點(diǎn)在距離當(dāng)前時(shí)一刻4個(gè)小時(shí)以內(nèi)的最新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果站點(diǎn)在超過4個(gè)小時(shí)內(nèi)都沒有收到數(shù)據(jù)則不在此頁顯示，該功能是用來體現(xiàn)管網(wǎng)整體的最新工作狀態(tài)，同時(shí)還要求數(shù)據(jù)可以根據(jù)用戶設(shè)制的報(bào)警顏色級別區(qū)分顯示。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)監(jiān)測，在彈出的下拉菜單中選擇管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測，進(jìn)入管網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測界面，可以看一出系統(tǒng)成功的實(shí)現(xiàn)了對管網(wǎng)狀態(tài)的監(jiān)測。

3.2數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)查詢主要分為以下六個(gè)子模塊:逐條審核、批量審核。由于篇幅所限，驗(yàn)證測試。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)、報(bào)警數(shù)據(jù)、選取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)和逐條審核功能進(jìn)行驗(yàn)證測試。

3.3接警管理

接警管理功能中包括警情列表、警情處理和警情結(jié)果，三個(gè)子功能項(xiàng)目，該功能主要實(shí)現(xiàn)對異常情況的報(bào)警和接警功能，是為了方便排水設(shè)施管理處人員處理管網(wǎng)險(xiǎn)情而做的設(shè)計(jì)。其中警情列表功能需實(shí)現(xiàn)查詢當(dāng)前時(shí)間內(nèi)的警報(bào)情況，同時(shí)還可以新增警報(bào):警情處理功能可以使用戶查看當(dāng)前警情處理的狀態(tài);警情結(jié)果則應(yīng)查詢到最終警情處理的結(jié)果。

3.4數(shù)據(jù)報(bào)表

數(shù)據(jù)報(bào)表模塊主要分為以下幾個(gè)子模塊:日報(bào)表，周報(bào)表，月報(bào)表，季報(bào)表，年報(bào)表。以日報(bào)表功能為例進(jìn)行功能驗(yàn)證，日報(bào)表功能需分析當(dāng)前站點(diǎn)一天內(nèi)的數(shù)據(jù)。得出一天內(nèi)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、均值，同時(shí)對數(shù)據(jù)和分析結(jié)果提供導(dǎo)出功能。

3.5數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析模塊主要分為以下幾個(gè)子模塊:單站多參，多站單參，趨勢分析，環(huán)比分析，因子K線圖。以單站多參功能為例進(jìn)行功能驗(yàn)證。單站多參功能需顯示一個(gè)站點(diǎn)的若干因子在一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的原始數(shù)據(jù)的曲線變動(dòng)情況，通過該功能可以洋細(xì)分析、對比具體站點(diǎn)的各因子波動(dòng)情況。

3.6報(bào)警管理

報(bào)警管理功能包括報(bào)警參數(shù)、羊市街仿真、羊市街模擬三個(gè)子菜單功項(xiàng)，這里選能取報(bào)警參數(shù)功能和羊市街模擬功能進(jìn)行功能驗(yàn)證說明。

3.7系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理功能主要包括以下幾個(gè)子功能:菜單管理，角色管理，用戶管理，因子管理，站點(diǎn)管理，設(shè)備管理，站點(diǎn)因子配置。由于篇幅限制只對站點(diǎn)管理子功能進(jìn)行驗(yàn)證說明。站點(diǎn)管理功能的實(shí)現(xiàn)對站點(diǎn)信息的管理功能，還可以新建站點(diǎn)，更新站點(diǎn)信息，包括對站點(diǎn)因子，站點(diǎn)圖片進(jìn)行編輯，處理，以及刪除站點(diǎn)功能。

作者簡介：何智華（1982-），男，江西撫州人，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的開發(fā)工作。