基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS技術(shù)的“數(shù)字市政”助力濟(jì)南市政公用事業(yè)快速發(fā)展

周永利 馬述杰 譚文

1.山東大學(xué)機(jī)械工程博士后科研流動站，濟(jì)南 250013

2.山東泰華電訊有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250101

3.濟(jì)南高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，濟(jì)南 250101

基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS技術(shù)的
“數(shù)字市政”助力濟(jì)南市政公用事業(yè)快速發(fā)展

周永利1,3馬述杰2譚文2

1.山東大學(xué)機(jī)械工程博士后科研流動站，濟(jì)南 250013

2.山東泰華電訊有限責(zé)任公司，濟(jì)南 250101

3.濟(jì)南高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)博士后科研工作站，濟(jì)南 250101

本文闡述了濟(jì)南市市政公用設(shè)施管理現(xiàn)狀和存在的問題，圍繞市政公用行業(yè)“安全、服務(wù)、管理”三個(gè)主題，提出了“數(shù)字市政”的建設(shè)目標(biāo)，論述了濟(jì)南數(shù)字市政“118工程”的建設(shè)方案。

數(shù)字市政；物聯(lián)網(wǎng)；GIS；管網(wǎng)

引言

濟(jì)南，又稱“泉城”，是中國東部沿海經(jīng)濟(jì)大省——山東省的省會，是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科技、教育和金融中心，也是國家批準(zhǔn)的沿海開放城市和副省級城市。濟(jì)南是“全國城市綜合實(shí)力50強(qiáng)”和“全國投資硬環(huán)境40優(yōu)”的城市之一。隨著城市化進(jìn)程的加快，市政公用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速，設(shè)施管理和安全運(yùn)行也日益復(fù)雜，維護(hù)城市的安全運(yùn)行，已成為城市管理者的一項(xiàng)重要任務(wù)。目前，濟(jì)南市城區(qū)內(nèi)已形成大規(guī)模錯(cuò)綜復(fù)雜的地下管網(wǎng)和地上城市基礎(chǔ)設(shè)施，由于管理手段的相對落后，缺乏完整的、權(quán)威的設(shè)施信息資料和有效的安全監(jiān)測預(yù)警機(jī)制，許多事故和險(xiǎn)情不能提前被發(fā)現(xiàn)和處置，給人民正常生活和城市安全運(yùn)行帶來了隱患。

1、市政公用設(shè)施管理現(xiàn)狀

1.1 管線設(shè)施規(guī)模龐大

近年來，濟(jì)南市城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，尤其是2009年迎全運(yùn)以來，市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)突飛猛進(jìn)，配套建設(shè)或改造的地下管線設(shè)施種類和數(shù)量迅猛增加，公用事業(yè)保障能力顯著提升。濟(jì)南市現(xiàn)有供電、給水、燃?xì)?、熱力、雨水、污水、通訊、消防、路燈、交警信號、有線電視、寬帶等20余種地下管線，總長度約1萬公里，規(guī)模龐大，錯(cuò)綜復(fù)雜，尤其是城市建成區(qū)地下管網(wǎng)更是交織密布，像一個(gè)龐大的迷宮；同時(shí)管線建設(shè)年代、管道材質(zhì)各不相同，如最早供水管道建于上世紀(jì)30年代。

1.2 管理方式相對粗放落后

在地下管網(wǎng)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，也暴露了濟(jì)南市城市地下資源管理政策缺失、地下管線建設(shè)規(guī)劃管理不足及施工監(jiān)管不到位等問題，導(dǎo)致因施工造成地下管線受損事故頻繁發(fā)生。如2009年濟(jì)南市發(fā)生的“7.28”液化氣主管道被挖斷、“3.27”漿水泉路中壓燃?xì)夤艿辣煌跀唷?010年9月和10月分別發(fā)生在燕子山西路和旅游路城建學(xué)院校內(nèi)的直徑200毫米的天然氣中壓管線被挖斷等燃?xì)庑孤┦鹿?，險(xiǎn)些釀成重大災(zāi)難。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2009年，濟(jì)南市供水、供氣、供熱管道被挖斷千余次。同時(shí)，由于相當(dāng)部分地下管線缺乏完整準(zhǔn)確的位置和狀況資料，而且現(xiàn)有資料不能共享，很難做到有效管理，防患于未然，也使得搶險(xiǎn)搶修中無法快速反應(yīng)、應(yīng)急處置。

1.3 管線情況復(fù)雜，協(xié)調(diào)管理難度大

由于地下管線種類繁多，建設(shè)時(shí)多以直埋為主，且各管線產(chǎn)權(quán)分屬不同單位，難以實(shí)現(xiàn)有序協(xié)調(diào)。而且，地下管線施工缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，各種管線存在交叉、疊加現(xiàn)象，既不符合安全運(yùn)行規(guī)范，又增加了管道維修難度。

1.4 安全運(yùn)行形勢嚴(yán)峻

當(dāng)前，濟(jì)南市城市建設(shè)進(jìn)入跨越提升的關(guān)鍵時(shí)期，各項(xiàng)建設(shè)任務(wù)特別是城市基礎(chǔ)設(shè)施改造提升的任務(wù)非常繁重。但在濟(jì)南市地下管線保護(hù)政策法規(guī)尚不健全，現(xiàn)有地下管線信息完備率、準(zhǔn)確率不高的情況下，在管道維修中，挖掘機(jī)械常常是“盲挖”，需要維修的管道找不到，其他管道又被挖斷的情況時(shí)有發(fā)生；另外，高強(qiáng)度的城市建設(shè)也將給復(fù)雜的地下管線保護(hù)工作帶來極大的難度，地下管線安全運(yùn)行形勢面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

2、數(shù)字市政建設(shè)目標(biāo)

基于上述管理現(xiàn)狀，今年，市政公用局緊緊圍繞“安全、服務(wù)、管理”三個(gè)方面，牢固樹立“民生為先，服務(wù)為本”的從業(yè)理念，利用物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代化信息產(chǎn)業(yè)技術(shù)，實(shí)施“數(shù)字市政”信息化建設(shè),全力推進(jìn)市政公用事業(yè)的科學(xué)發(fā)展。數(shù)字市政能夠監(jiān)管并預(yù)測城市運(yùn)行變化，有效地幫助管理者建立起全局觀念，從而提高城市管理的有效性和城市資源優(yōu)化配置水平。

數(shù)字市政系統(tǒng)是充分利用物聯(lián)網(wǎng)、GIS等技術(shù)，對局屬各行業(yè)的市政公用設(shè)施進(jìn)行全方位、全時(shí)段監(jiān)控管理、運(yùn)行調(diào)度、應(yīng)急指揮的綜合信息系統(tǒng)。系統(tǒng)主要圍繞行業(yè)安全、服務(wù)、管理三方面，實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)目標(biāo)：

2.1 建設(shè)一張完整的運(yùn)行安全監(jiān)控預(yù)警網(wǎng)絡(luò)

通過科技創(chuàng)新和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對市政公用重點(diǎn)設(shè)施的全過程、全時(shí)段監(jiān)控預(yù)警。通過對管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算分析，給出風(fēng)險(xiǎn)評估等級，對風(fēng)險(xiǎn)等級較高的管道早期報(bào)警，先期處警，及早維修，避免次生災(zāi)害發(fā)生，降低社會影響。

2.2 建設(shè)一張健全的服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測監(jiān)管網(wǎng)絡(luò)

對產(chǎn)品服務(wù)質(zhì)量信息即時(shí)感知、智能評價(jià)，有效互動，實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)管和穩(wěn)定供應(yīng)。

通過在管網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)和末端安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測供水水壓、供氣流量和供熱溫度等，變被動服務(wù)為主動服務(wù)，一旦發(fā)現(xiàn)服務(wù)不達(dá)標(biāo)即啟動相應(yīng)的管理處置流程，監(jiān)督企業(yè)進(jìn)行整改。

2.3 建設(shè)一個(gè)完善的面向用戶的服務(wù)體系

通過建立完整的用戶信息庫,將與用戶關(guān)聯(lián)的各系統(tǒng)、各業(yè)務(wù)流程連接在一起。通過健全客戶服務(wù)中心和維修隊(duì)伍，增設(shè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，優(yōu)化服務(wù)流程，提供產(chǎn)品報(bào)裝、繳費(fèi)、維修、咨詢、用戶通知（短信、自動語音、電臺、電視臺、社區(qū)通知等）等全方位、多載體的市政公用服務(wù)體系，提高市民對市政公用信息的知情率。

2.4 建設(shè)一個(gè)創(chuàng)新的行業(yè)管理體系

通過科技管理手段，強(qiáng)化行業(yè)運(yùn)行監(jiān)控監(jiān)管、電子政務(wù)建設(shè)，建立面向全行業(yè)，覆蓋全過程的信息化管理系統(tǒng)，形成縱向貫通、橫向集成、上下聯(lián)動的市政公用管理體系。實(shí)現(xiàn)“四個(gè)轉(zhuǎn)變”，即由經(jīng)驗(yàn)管理轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)管理；由靜態(tài)監(jiān)管轉(zhuǎn)變?yōu)閯討B(tài)透明監(jiān)管；由被動受理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃臃?wù)；由事后處理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃宇A(yù)警。實(shí)現(xiàn)市政公用管理模式的創(chuàng)新。

3、“數(shù)字市政”建設(shè)內(nèi)容

3.1 總體設(shè)計(jì)

濟(jì)南數(shù)字市政采用“市政公用行業(yè)一體化”設(shè)計(jì)思想和“自頂向下”的設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)市政公用地上、地下基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)字化和智能化管理，將市政公用相關(guān)水、氣、暖等各個(gè)不同行業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施、安全生產(chǎn)、監(jiān)測信息、指揮調(diào)度、客戶服務(wù)通過數(shù)字化手段緊密聯(lián)結(jié)到一個(gè)統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)的平臺上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、應(yīng)急、調(diào)度、決策、分析、服務(wù)等不同層面信息的一體化共享、交互和集成式管理，以最小的資金投入和最高效的信息共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)全市市政各行業(yè)的以安全為前提下的統(tǒng)一管理、調(diào)度和服務(wù)。

同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用科技創(chuàng)新手段對市政各行業(yè)設(shè)施運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和監(jiān)控，并將分布在各專項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行運(yùn)營的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)流程規(guī)則，集成匯總到統(tǒng)一的中央數(shù)據(jù)倉庫中，有效管理并動態(tài)集成城市市政運(yùn)行運(yùn)營數(shù)據(jù)，為市政全行業(yè)管理和規(guī)劃提供決策依據(jù)。

圖1 數(shù)字市政總體框架

數(shù)字市政總體上包括：

1）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體系：數(shù)字市政標(biāo)準(zhǔn)體系；

2）一個(gè)安全保障體系；

3）三個(gè)平臺：市政資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理平臺、市政運(yùn)行運(yùn)營數(shù)據(jù)集成平臺、市政綜合監(jiān)管指揮決策平臺。

4）一個(gè)市政專項(xiàng)業(yè)務(wù)管理應(yīng)用系統(tǒng)群：城市防汛綜合管理信息系統(tǒng)、城市照明綜合管理信息系統(tǒng)、城市道橋綜合管理信息系統(tǒng)、城市排水綜合管理信息系統(tǒng)、數(shù)字供水業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)字燃?xì)鈽I(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)字熱力業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2 業(yè)務(wù)系統(tǒng)與平臺建設(shè)

說明：在認(rèn)知沖突中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，產(chǎn)生新知并加以鞏固.探究的方式有利于學(xué)生對新知的理解，也有利于學(xué)生素養(yǎng)的發(fā)展.

濟(jì)南市“數(shù)字市政”建設(shè)規(guī)模為一個(gè)數(shù)字市政監(jiān)控中心、一個(gè)資源管理平臺和八大業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)。

3.2.1 數(shù)字市政監(jiān)控監(jiān)管中心

數(shù)字市政監(jiān)控中心由網(wǎng)絡(luò)中心、運(yùn)行運(yùn)營數(shù)據(jù)集成中心和監(jiān)控指揮調(diào)度中心組成。

圖2 監(jiān)控監(jiān)管中心

1）網(wǎng)絡(luò)中心：將市政公用局、氣象局、水文局、市交警、各區(qū)有關(guān)部門、局屬各單位連接為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，資源共享。

2）運(yùn)行運(yùn)營數(shù)據(jù)集成中心：實(shí)時(shí)采集八大行業(yè)、42個(gè)數(shù)據(jù)類、近500個(gè)指標(biāo)項(xiàng)，并對這500項(xiàng)目進(jìn)行統(tǒng)一集成處理和分析。

3）監(jiān)控指揮調(diào)度中心：對市政公用設(shè)施進(jìn)行全過程的安全監(jiān)測和監(jiān)控；給出超負(fù)荷預(yù)警、超限預(yù)警和趨勢分析、預(yù)警等；發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，系統(tǒng)生成應(yīng)急預(yù)案，各單位快速響應(yīng)，及時(shí)處置，避免次生災(zāi)害發(fā)生。同時(shí)，對服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)管。

3.2.2 資源管理平臺

完成濟(jì)南市建成區(qū)范圍內(nèi)的市政公用地下管線、地上市政設(shè)施收集、普查、整理、建庫工作，以城市市政公用基礎(chǔ)設(shè)施為對象，采用空間地理信息技術(shù)（GIS），建設(shè)統(tǒng)一的市政基礎(chǔ)資源管理平臺。

市政數(shù)據(jù)資源管理平臺作為數(shù)字市政的基礎(chǔ)，為各項(xiàng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)提供二維、三維、空間、影像數(shù)據(jù)及地理編碼、空間處理服務(wù)功能支撐，實(shí)現(xiàn)最大化的資源利用和共享。市政公用局各單位根據(jù)各自管理數(shù)據(jù)需求和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，構(gòu)建專業(yè)設(shè)施數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，作為日常管理、運(yùn)行維護(hù)工具。數(shù)字市政監(jiān)控監(jiān)管中心將所有的基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)通過動態(tài)更新的方式，納入局統(tǒng)一的集成管理平臺，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)設(shè)施數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用、服務(wù)共享。

圖3 資源管理平臺

3.2.3 八大業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)

1）城市水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集成國家水專項(xiàng)，建立濟(jì)南市從源頭到龍頭的水質(zhì)監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)和應(yīng)急處置信息化網(wǎng)絡(luò)平臺。

2）城市供水系統(tǒng)。建立供水設(shè)施管理系統(tǒng)、智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)、指揮調(diào)度系統(tǒng)和客戶服務(wù)體系，全面提升供水質(zhì)量、應(yīng)急處置能力和服務(wù)水平。

3）城市供氣系統(tǒng)。建立監(jiān)控、評估、預(yù)警與管網(wǎng)巡檢養(yǎng)護(hù)四位一體的供氣安全運(yùn)行體系。如在供氣設(shè)施、密閉空間和重要區(qū)域安裝視頻監(jiān)控和紅外檢測；在管網(wǎng)主要節(jié)點(diǎn)、重要部位安裝燃?xì)庑孤┍O(jiān)測儀；定期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，確定管線腐蝕程度、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域等。

4）城市供熱系統(tǒng)。通過供熱設(shè)施管理、生產(chǎn)運(yùn)行調(diào)度和完善用戶信息等，提升供熱質(zhì)量和客戶服務(wù)水平。通過在管網(wǎng)末端和不熱點(diǎn)安裝溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測管網(wǎng)溫度，主動掌握用戶采暖情況。通過對熱源和換熱站的調(diào)度，調(diào)整熱網(wǎng)溫度和壓力，調(diào)配熱能，解決區(qū)域供熱不均問題。

5)城市防汛指揮調(diào)度系統(tǒng)。通過氣象預(yù)警系統(tǒng)、雨量遙測系統(tǒng)、水位監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)和指揮調(diào)度系統(tǒng)，全方位實(shí)時(shí)收集氣象、水位、水文、雨量、汛情和視頻監(jiān)控信息，為視頻會商和防汛指揮調(diào)度，提供直觀的決策依據(jù)，為汛前預(yù)測、汛中指揮、汛后處置提供科技支撐。

6)城市排水系統(tǒng)。通過排水設(shè)施管理、業(yè)務(wù)綜合監(jiān)管、設(shè)施在線監(jiān)測、應(yīng)急處置等系統(tǒng)，加強(qiáng)對城市排水設(shè)施安全運(yùn)行和防汛排澇、污水處理排放的監(jiān)管。動態(tài)掌握城市雨、污水收集、處理和排放量。實(shí)時(shí)監(jiān)測污水處理廠站污水處理情況，監(jiān)測cod等指標(biāo)狀況。

7)城市照明系統(tǒng)。利用智能控制、單燈控制等技術(shù)，建立一個(gè)連接整個(gè)城市的照明設(shè)施監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)分時(shí)控制，按需照明。對路燈運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)自動報(bào)警等功能。

8)道橋管理系統(tǒng)。建立道橋管理、視頻監(jiān)控、道橋健康監(jiān)測等系統(tǒng)，有效預(yù)防橋梁安全事故的發(fā)生。通過在橋梁重要部位埋設(shè)應(yīng)變、張力、位移等傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集橋梁結(jié)構(gòu)狀況的數(shù)據(jù)，識別損傷位置與程度，評估、預(yù)測結(jié)構(gòu)安全性，對橋梁做出預(yù)警。

4、結(jié)語

“百尺竿頭，更進(jìn)一步”，濟(jì)南市數(shù)字市政系統(tǒng)緊緊圍繞市政公用安全、管理、服務(wù)三個(gè)方面，通過建設(shè)118工程，實(shí)現(xiàn)“四個(gè)一”奮斗目標(biāo)，對于保障城市安全運(yùn)行，促進(jìn)濟(jì)南市市政公用事業(yè)的健康發(fā)展、科學(xué)發(fā)展，提升城市管理服務(wù)水平，構(gòu)建和諧濟(jì)南將發(fā)揮重要的作用。該項(xiàng)目已通過國家住建部專家嚴(yán)格評審，被住建部列為信息化應(yīng)用示范推廣項(xiàng)目向全國市政行業(yè)推廣。

[1]丁烈云.軌道交通工程建設(shè)數(shù)字化管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)研究[D].武漢：華中科技大學(xué).2002.12-14

[2]承繼成，林揮，周成虎,等.數(shù)字地球?qū)д揫M].北京:科學(xué)出版社.2000.28-29

[3]周均清.中國數(shù)字城市發(fā)展及其綜合問題研究[D].武漢：華中科技大學(xué).2003.30-31

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.041