城市井蓋智能化管理方法綜述

鄭豐收，周文，宋永明

(1.山東正元地理信息工程有限責任公司，山東濟南 250101; 2.山東建筑大學，山東濟南 250101)

1 引言

隨著我國城市基礎設施建設事業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，城市中給水、排水、燃氣、熱力、電力、通訊等各類市政公用設施日益增加。城市路面的各類地下管線設施的井蓋也相應增多。近年來，由于城市中井蓋管理不善，造成全國范圍內各類傷人、損車事件頻發(fā)，嚴重影響了市民的出行安全，造成不良的社會影響。2013年3月22日晚長沙3·22墜井事件，再一次讓城市井蓋管理問題成為社會關注的焦點。如何改善和加強城市井蓋管理已成為困擾全國各地市政設施管理部門的一個難點、熱點問題。各地政府先后頒布了一些針對井蓋管理的法律規(guī)定，以山東省濟南市為例，濟南市人民政府于2007年頒布了《濟南市城市道路井蓋設施管理規(guī)定》，按照市、區(qū)兩級管理體制，對各產權單位所屬井蓋設施管理責任做了明確規(guī)定，為井蓋設施的規(guī)范化、制度化管理提供了基礎性的法律依據，對道路井蓋設施管理曾起到了重要的促進作用，但隨著城市建設規(guī)模不斷擴大，現行規(guī)定在管理范圍、管理內容、管理方式等方面出現了一定的局限性和不適應性［1］。因此，為了切實改善城市路面井蓋設施管理狀況，還需要客觀、全面地分析和研究各方面存在的現實問題和原因，通過政府有關部門的統(tǒng)一領導、組織和協調，各相關責任管理單位和部門、乃至全社會加強協作配合，采用新的技術和新的管理模式，從各方面采取有針對性的管理對策和措施。以下將從幾個方面對城市井蓋管理存在的問題進行分析、研究和探討，提出了幾種井蓋智能管理的模式和方法。

2 井蓋設施的安全防護

2.1 現存缺陷

由于受利益驅動，一些不法分子鋌而走險偷盜路面井蓋的現象在全國各城市十分普遍。盡管全國各地在防止井蓋被盜和限制井蓋回收方面均制定了相關法規(guī)，但市政管理部門缺乏切實有效的管控手段和辦法來杜絕井蓋丟失現象的發(fā)生。對于大多數城市現狀的路面井蓋設施而言，由于缺乏補救性的二次安全防護設施，井蓋一旦丟失或損毀，路面上立刻形成了一個對行人和車輛隨時構成安全威脅的陷阱。

2.2 “防墜網”的使用

為強化路面井蓋設施的安全防護，一方面應采取各方面預防措施盡可能減少路面井蓋丟失損毀，另一方面也應加強檢查井的補救性二次安全防護措施，以確實保障公眾的生命及財產安全。如果能夠在檢查井的設計及建造時，考慮在井內加裝一些二次安全防護設施，一旦井蓋丟失或損毀的情況發(fā)生，這些預裝的安全防護設施就可以發(fā)揮應急安全防護的作用，減輕墜井事故對行人和車輛的傷害和損毀程度。建議首先在新建道路檢查井建設過程中在井內預裝專用防墜網，并逐步對已建成的檢查井加裝防墜網。目前，西安的一些市政排水管網建設已經安裝了安全防護網。濟南、哈爾濱等許多城市近年來也開始實施檢查井安裝“防墜網”的惠民措施，取得了良好的社會效果［2］。

3 數字城管－現行井蓋管理的重要模式

自從2004年北京東城區(qū)“數字化城管”模式取得成功之后，全國各地眾多的大中小城市先后采用了這一套管理模式來實現城市的精細化、現代化的管理，均取得了一定的管理效果。它以網格化管理法和部件事件管理法為精髓。井蓋作為城市部件的一部分，在現行的住建部城市部件劃分標準中井蓋有17種(雨水井蓋、污水井蓋、上水井蓋、電力井蓋等)，大約占據了城市部件種類的1/5。井蓋管理已經成為數字城管中部件管理中非常重要的一環(huán)。數字城管中對于井蓋的智能管理主要基于以下三點:

(1)井蓋的測繪普查。主要普查井蓋的種類、精確地理位置(X和Y坐標)、材質、形狀、規(guī)格、權屬單位、養(yǎng)護單位、使用單位以及現勢部件照片，建立完整的井蓋信息庫，對每個井蓋進行唯一編碼，頒發(fā)“身份證”。這個過程是井蓋的數字化、智能化管理的重要依據，為后續(xù)管理打下了堅實的基礎。

(2)“網格化”管理。將城市建成區(qū)按照一定的原則劃分為多個萬米單元網格，每位城市管理巡查員分配一定數量的網格作為責任區(qū)域。城市管理巡查員將統(tǒng)一配置帶有GPS定位功能、錄音、拍照功能的手機，在所屬的責任區(qū)域內進行定時巡查，每天至少定時巡查2遍，做到不漏查，不留死角。若發(fā)現井蓋問題(包括井蓋丟失、井蓋破損等)后，在第一時間、第一現場將包含該問題的圖片、聲音、位置、詳細內容等各類信息，通過無線網絡發(fā)送到城市管理監(jiān)督中心。城市管理監(jiān)督中心通過受理立案后發(fā)至指揮中心，指揮中心將問題派遣到該井蓋的權屬部門進行處理。井蓋權屬部門接到派遣通知后，立即派遣人員到現場進行處理，處理完畢后將處理結果反饋給監(jiān)督中心，監(jiān)督中心對處理結果核查無誤后進行結案。這樣一來，城市井蓋的問題得到了快速反應，實現了“第一時間發(fā)現、第一時間處置、第一時間解決”。平均處理時間大大縮短，井蓋問題存在的安全隱患將大大減少。在以上井蓋問題的處理流程中，由市政府牽頭制定并實施嚴格、科學的考核評價體系，有效保證了各井蓋權屬部門對井蓋問題的處理效率。

(3)公眾熱線舉報和其他方式的舉報。城市管理部門向社會公眾開通24小時熱線，接聽市民反映的城市管理中存在的問題，一旦接到井蓋缺損的電話立即轉發(fā)權屬單位補裝更換井蓋;各產權單位建立接到電話2小時到達現場，8小時內修復的制度;城市管理部門在網站上設置相關欄目，群眾反映的有關井蓋丟失等城市管理中的熱點問題，工作人員都將逐一實時落實答復;另外可以通過電視、網絡、報刊等多渠道公開接受市民舉報。歡迎廣大市民積極反映問題、踴躍參與城市井蓋的管理。

4 RFID技術—井蓋管理的利器

射頻識別技術作為聯接物理世界與現有IT系統(tǒng)的橋梁，被公認為21世紀“最重要技術之一”［3］。將RFID技術引入城市井蓋管理，相當于給城市井蓋加裝了“電子身份證”。只要對城市中的各類市政公用設施井蓋加貼上電子標簽，有關管理人員只需用電子識別器掃描標簽，即可明確具體的井蓋產權單位等信息。解決了井蓋丟失后補裝處理時間過長等問題;同時，有關城市市政設施管理部門只要打開計算機管理系統(tǒng)，全部加貼電子標簽的井蓋是否完好、歸誰管理等管理信息就可一目了然，極大地提高了管理效率。

基于RFID技術的井蓋管理系統(tǒng)結構圖，如圖1所示。主要包括射頻前端采集系統(tǒng)和服務器/監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。其中射頻前端采集系統(tǒng)主要采用井蓋日常巡查人員手持或車載射頻讀寫器進行走動式巡視和檢查的形式，通過讀卡器對井蓋上固定的RFID芯片進行識別和內容讀取，從而對井蓋進行唯一識別，這些數據以及讀寫器的拍照數據通過3G等無線通訊手段實時上傳信息系統(tǒng)，以達到對井蓋的檢查、對井蓋事件的實時準確處理的目的。服務器/監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過了與射頻前端采集系統(tǒng)進行雙向通訊和與數字化城市管理系統(tǒng)等其他外部系統(tǒng)進行無縫雙向信息交流，從而實現真正的井蓋管理多部門實時聯動系統(tǒng)。

圖1 基于RFID技術的井蓋管理結構圖

因普遍用于井蓋的RFID芯片價格便宜，一般一兩塊錢即可，具有大規(guī)模實用推廣的潛力，國內已有濟南等城市已開始嘗試將射頻識別技術(RFID)等更先進的技術手段應用于城市井蓋管理［4，5］。在傳統(tǒng)數字城管的管理模式基礎上，它取得了更良好的管理效果。

5 基于無線傳感器的井蓋檢測監(jiān)管系統(tǒng)

近年來，針對城市中井蓋丟失頻發(fā)的問題，國內個別公司嘗試井蓋缺失檢測技術，主要是針對是電力、電信管線井蓋，其特點是可以利用自有線路提供電源和信號通道，在井蓋背面安裝傳感裝置，檢測信號通過有線方式或移動通訊網GPRS或CDMA終端傳輸到監(jiān)控中心，不存在溺水或防爆問題，相對易于實現。而城市排水、給水、燃氣、熱力管線井以及道路泄水井、留泥井等，井蓋或水箅形式規(guī)格多樣，涉及溺水、污雜、高溫或爆炸等復雜環(huán)境，管井數量巨大而且檢測裝置布線和供電困難，現時尚無令人滿意的技術措施。本文提出了一種基于無線傳感器的井蓋丟失檢測監(jiān)管系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 城市管線井蓋檢測監(jiān)管系統(tǒng)組織結構

5.1 系統(tǒng)結構體系

整個系統(tǒng)由三個物理部分組成:子域基站與無線傳感網，移動通信遠程交換網，監(jiān)管中心局域網。其中，井蓋檢測傳感器包含在子域無線傳感網內，如圖2所示。

子域基站與無線傳感網:以城市道路交匯口為地理核心設置基站，與附近多個井蓋傳感器構成子域無線傳感網，基站隨時獲取各井蓋狀態(tài)信息。

移動通信遠程交換網:連接子域基站與井蓋監(jiān)管中心服務器。子域基站設置移動通訊網傳輸終端GPRS或CDMA，將子域內各井蓋信息轉發(fā)到井蓋監(jiān)管中心服務器。

監(jiān)管中心局域網:由井蓋監(jiān)管中心服務器、城市管線GIS服務器、井蓋動態(tài)監(jiān)管總站、按管線產權單位劃分的管井監(jiān)管工作站、局域以太網交換機等組成。借助城市管線GIS服務器，管井監(jiān)管站可在管線地理信息平臺上顯示轄區(qū)內井蓋的裝備信息、狀態(tài)信息、故障處理信息等;借助Mobi/Web服務器，通過移動通訊終端或寬帶網Internet向現場人員或有關部門發(fā)送信息。

5.2 子域無線傳感網

子域:以道路交匯口為核心的圓形區(qū)域，或一段無分支道路中間的圓形區(qū)域。城市道路曲直交錯，大量管井無規(guī)則分布，通過選擇適當的子域半徑，道路及周邊的管線井蓋可以映射在不同子域內，由此進行地理分組與編碼。城市包括多個行政區(qū)域，每個區(qū)域可劃分為多個子域。

子域無線傳感網:各個管井設置無線傳感器，傳感器檢測井蓋狀態(tài)并通過無線網絡接口發(fā)送到子域基站。子域內各個井蓋傳感器與基站構成無線傳感網，使用免費頻段，網絡半徑500 m左右。借助子域無線傳感網，可減少公用移動通訊網絡終端數量，節(jié)省公網資源和運行資費。如圖3所示。

圖3 城市管線井蓋無線傳感網物理結構

井蓋無線傳感器:基于微處理器并固化存儲井蓋產權信息、地址編碼等，檢測井蓋對位狀態(tài)，生成數據記錄，通過無線網絡接口發(fā)送到子域基站。

5.3 井蓋檢測裝置

管線井蓋檢測裝置包括三個井蓋傳感器、一個水位傳感器和一個無線檢測終端，如圖4所示。

圖4 管線井蓋監(jiān)測裝置

井蓋傳感器采用機械開關或接近開關，當井蓋開啟或移動時至少可以被一個井蓋傳感器檢測到。水位傳感器采用水位開關，當井內積水達到設定高度時水位開關工作。無線檢測終端基于微處理器，接受井蓋傳感器和水位傳感器信號，通過無線網絡端口向無線傳感網基站發(fā)送數據信息。整套檢測裝置安裝于管井內壁，旨在避免裝置隨井蓋一起被盜竊。

無線傳感網使用ZigBee無線網絡芯片和傳輸協議，單網設計容量255節(jié)點，視距傳輸半徑1000 m，傳輸速率 9600 bps～115200 bps;工作電壓 DC5－24V，平均功耗 0.7 W，發(fā)射功率 25 dbm;2.4G DSSS擴頻技術，抗干擾能力強。針對金屬井蓋信號屏蔽問題，單獨設計井下無線檢測終端的射頻天線。無線檢測終端采用低功耗設計，由高能可充電鋰電池供電，可支持1年以上。

城市管線井蓋數量巨大而且條件復雜，本設計特別突出了檢測裝置的適用性、可靠性、功耗、成本造價以及無線傳感網覆蓋半徑等指標，整套系統(tǒng)具有較好的技術性能和應用價值。

6 結語

城市路面井蓋管理問題關乎社會民生。井蓋管理水平的好壞也反映了一個城市的市政設施綜合管理水平，在某種程度上可以說是對承擔社會公共管理職能的政府智慧和能力的考驗，體現了一個城市或地區(qū)的社會整體發(fā)展水平。在目前的條件下，要有效改善城市井蓋的維護管理水平，僅靠一種先進的技術或者管理模式，僅靠一兩個部門的監(jiān)管是遠遠不夠的，需要建立健全相關法律、法規(guī)體制，更需要科學的系統(tǒng)性管理機制和體制的有效保障以及全社會的關注和參與。

［1］趙國陸.濟南井蓋設施管理法規(guī)將修改［N］.生活日報，2012－08－03.

［2］李向紅.城市路面井蓋管理問題探討［J］.市政技術，2009，11，27:6.

［3］游戰(zhàn)清，李蘇劍.無線射頻識別技術(RFID)理論與應用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］李蘇東，司少先，楊玉坤等.基于RFID/GIS的市政管線資源管理系統(tǒng)的研究與實現［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(3).

［5］崔洪濤.基于RFID的地下管線設施地理信息系統(tǒng)的研究與實現［J］.科技信息，2010，17.

［6］王圓圓，張月香，周文.RFID和3DGIS技術在數字化城市管理中的應用［J］.測繪與空間地理信息，2011，6(34).