智慧排水綜合監(jiān)管平臺設(shè)計與研究

劉紅義 朱玉明 王鵬 蘭娟 白喆 萬艷東

摘? 要： 面向城市住建及環(huán)保等政府部門，圍繞污水處理廠、排水管網(wǎng)、排水戶、排水附屬設(shè)施等城市排水治理業(yè)務(wù)場景，利用5G、云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，打造“源-網(wǎng)-廠”為一體的智慧排水綜合監(jiān)管平臺。平臺通過建立統(tǒng)一的排水空間數(shù)據(jù)庫、排水設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫及在線監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建污水廠監(jiān)管、排水管網(wǎng)監(jiān)管、排水用戶監(jiān)管、工單管理、排水綜合“一張圖”分析與展示等業(yè)務(wù)功能，搭建面向“排水戶—排水管網(wǎng)—污水處理廠”的全方位排水監(jiān)管機(jī)制，動態(tài)掌控排水設(shè)施運(yùn)行態(tài)勢變化，全面支撐信息實時更新和共享交換，為排水管理業(yè)務(wù)提供統(tǒng)一的管理支撐，提高城市排水業(yè)務(wù)管理精細(xì)化水平。

關(guān)鍵詞： 城市排水治理;“一張圖”分析;管理精細(xì)化;排水管網(wǎng);運(yùn)行態(tài)勢

中圖分類號： TP319? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.002

本文著錄格式：劉紅義，朱玉明，王鵬，等. 智慧排水綜合監(jiān)管平臺設(shè)計與研究[J]. 軟件，2020，41（10）：0511+18

【Abstract】： For government agencies， such as urban living building and environmental protection around the sewage treatment plant，water drainage pipe network， drainage households， drainage ancillary facilities and other urban drainage business scenarios， using 5G， cloud computing， big data， Internet， mobile Internet and other modern information technology， to create “source - net – factory” comprehensive regulation platform for the integration of intelligent drainage. Through the establishment of a unified spatial drainage database， drainage infrastructure database and online monitoring database， the platform constructs the business functions of sewage plant supervision， drainage pipe network supervision， drainage user supervision， work order management， comprehensive “one chart” analysis and display of drainage， etc， building a comprehensive drainage supervision mechanism oriented to “drainage household-drainage pipe network-sewage treatment plant”， dynamically control the changes in the operation situation of drainage facilities， fully support the real-time update and sharing and exchange of information， provide unified management support for drainage management business， and improve the fine level of urban drainage business management.

【Key words】： Urban drainage management; “One chart” analysis; Management refinement; Drainage pipelines; Running posture

0? 引言

智慧排水作為智慧城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，是體現(xiàn)城市治理智能化水平的重要標(biāo)志之一，是排（污）水事業(yè)發(fā)展、行業(yè)監(jiān)管與服務(wù)的重要支撐和保障。近年來，隨著我國整體發(fā)展水平的逐步提升，我國城市排（污）水治理工作已經(jīng)取得了一定成效，但行業(yè)監(jiān)督管理信息化建設(shè)仍相對滯后，存在監(jiān)測體系不完善、信息孤島問題突出、信息服務(wù)及監(jiān)管方式落后等問題。

綜合應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等先進(jìn)理念和高新技術(shù)，將傳統(tǒng)排（污）水與現(xiàn)代信息化技術(shù)進(jìn)行深度融合，將海量排（污）水信息進(jìn)行及時分析與處理，并做出相應(yīng)的處理結(jié)果輔助決策建議，打造“源-網(wǎng)-廠”一體化監(jiān)管體系，實現(xiàn)污水監(jiān)管在線化、遠(yuǎn)程調(diào)度自動化、應(yīng)急響應(yīng)高效化、日常管理精細(xì)化，全面提高城市排水的綜合監(jiān)督管理和服務(wù)水平。

本文將圍繞“智慧排水綜合監(jiān)管平臺”的技術(shù)體系和主要功能進(jìn)行闡述，設(shè)計一種面向城市排（污）水業(yè)務(wù)精細(xì)化治理的監(jiān)督管理平臺。

1? 平臺總體架構(gòu)

1.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧排水綜合監(jiān)管平臺是一個集合了排水業(yè)務(wù)監(jiān)管過程中多業(yè)務(wù)流程的綜合性信息化平臺，該平臺的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計如下。

感知層：主要包括用于排水?dāng)?shù)據(jù)采集的設(shè)備，包括流量計、液位計、水質(zhì)分析儀表、等智能感知設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)層：涵蓋互聯(lián)網(wǎng)和專網(wǎng)。

數(shù)據(jù)層：主要用于數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一組織和管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一表達(dá)，為數(shù)據(jù)交換提供支撐。

應(yīng)用層：主要是提供智慧排水綜合監(jiān)管平臺中的基礎(chǔ)應(yīng)用，包括污水廠監(jiān)管、排水管網(wǎng)監(jiān)管、工單管理、移動應(yīng)用和大數(shù)據(jù)綜合分析等應(yīng)用。

展現(xiàn)層：包括綜合門戶、移動門戶和可視化? ? 大屏。

1.2? 應(yīng)用架構(gòu)

圍繞污水處理廠、排水管網(wǎng)、排水用戶三大管理對象，開展應(yīng)用管理[1]，具體內(nèi)容如下：供排水管理部門通過本平臺對整個城市的排水業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)管，對外可實現(xiàn)對公眾的信息公開、與其他政府部門的數(shù)據(jù)共享，對內(nèi)可實現(xiàn)對污水處理廠、排水管網(wǎng)、排水用戶的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一監(jiān)管，總體應(yīng)用架構(gòu)如下。

（1）供排水監(jiān)督管理部門：通過統(tǒng)一門戶、排水業(yè)務(wù)應(yīng)用、移動排水監(jiān)管、排水管網(wǎng)GIS大數(shù)據(jù)綜合分析，實現(xiàn)對污水處理廠、排水戶的行業(yè)監(jiān)管。

（2）污水廠運(yùn)維企業(yè)：通過污水廠基本信息管理、在線監(jiān)測、生產(chǎn)報表管理、工藝圖管理等業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)對污水處理廠的運(yùn)維管理。

（3）管網(wǎng)運(yùn)維企業(yè)：通過排水管網(wǎng)GIS、在線監(jiān)測以及巡檢管理等業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)對排水管網(wǎng)的運(yùn)維管理。

（4）排水用戶：通過排水戶基本信息管理、在線監(jiān)測、排水許可證管理等業(yè)務(wù)功能，實現(xiàn)對排水戶的監(jiān)督與管理。

1.3? 數(shù)據(jù)架構(gòu)

形成污水處理廠、排水管網(wǎng)、排水用戶、工單管理的主數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)交換服務(wù)實現(xiàn)與各個數(shù)據(jù)庫之間、各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)獲取，完成數(shù)據(jù)查詢請求、更新數(shù)據(jù)入庫、決策分析等工作[2]。系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)如下。

1.4? 技術(shù)架構(gòu)

平臺總體技術(shù)架構(gòu)如下圖所示，包括了數(shù)據(jù)源、整合層、信息層、平臺服務(wù)層、前端交互層、SOA/BPM引擎以及支撐平臺層和智能感知層等[3]。

2? 智慧排水綜合監(jiān)管平臺設(shè)計

智慧排水綜合監(jiān)管平臺是一個涵蓋從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理、大數(shù)據(jù)分析、“一張圖”綜合展示到巡查工單、排污許可、廠網(wǎng)監(jiān)管等多要素、多業(yè)務(wù)綜合監(jiān)管平臺，主要包括污水處理廠監(jiān)管、排水管網(wǎng)監(jiān)管、排水用戶監(jiān)管、工單管理、移動應(yīng)用、大數(shù)據(jù)綜合分析以及統(tǒng)一門戶等功能。如下圖所示。

由上圖可知，污水處理廠監(jiān)管包含基本信息管理、在線監(jiān)測、工藝圖、生產(chǎn)運(yùn)營報表;排水管網(wǎng)監(jiān)管包含排水管網(wǎng)GIS、排水管網(wǎng)在線監(jiān)測、排水管網(wǎng)調(diào)度、巡檢管理;排水用戶監(jiān)管包含基本信息管理、在線監(jiān)測、排水許可證管理;工單管理包含電話報修、自定義工單、工單狀態(tài);移動應(yīng)用包括在線監(jiān)測、工單管理、綜合一張圖、工作臺、報警、異常指標(biāo)等;大數(shù)據(jù)綜合分析包括排水綜合一張圖、污水調(diào)度一張圖和監(jiān)測報警一張圖。

2.1? 污水處理廠監(jiān)管

2.1.1? 基本信息管理

對污水處理廠及運(yùn)營公司基本信息進(jìn)行管理，主要包括污水處理廠名稱、位置、服務(wù)區(qū)域、處理能力、污水處理工藝、運(yùn)營規(guī)模、運(yùn)營制度等的管理。該模塊包含污水處理廠基本信息管理、運(yùn)營公司基本信息管理、地圖定位等功能。

2.1.2? 污水廠在線監(jiān)測

對污水處理廠進(jìn)水口和出水口的水質(zhì)、水量進(jìn)行實時監(jiān)測，以曲線圖和表格形式對各類指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，同時可以對監(jiān)測過程中發(fā)生的報警事件進(jìn)行查看，將報警信息以工單形式發(fā)送給一線工作人員。該模塊包含實時數(shù)據(jù)監(jiān)測功能、歷史數(shù)據(jù)查詢功能、報警事件查看功能。

2.1.3? 污水廠工藝圖

工藝圖頁面主要展示各污水廠的工藝流程，上方為放大工藝圖視圖，下方可左右滾動并切換，可選擇下方的某一污水廠工藝圖卡片進(jìn)行詳細(xì)查看。

2.1.4? 生產(chǎn)運(yùn)營報表

生產(chǎn)報表是污水廠管理中非常重要的一項工作，能夠提供最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)來源，生產(chǎn)報表的樣式可依據(jù)運(yùn)營企業(yè)工作實際進(jìn)行定制，根據(jù)污水廠，相應(yīng)權(quán)限人員進(jìn)行報表的在線填寫，同時系統(tǒng)設(shè)置不同的約束條件，保證數(shù)據(jù)的按時填寫。

2.2? 排水管網(wǎng)監(jiān)管

2.2.1? 排水管網(wǎng)GIS

在GIS地圖中，通過將排水管網(wǎng)與城市地圖疊加展示，可以對排水管網(wǎng)的空間位置進(jìn)行基本的展示，并直觀顯示城市中排水管網(wǎng)的分布和走向，可通過地圖的基本操作進(jìn)行全方位的查看，功能包括地圖縮放、地圖漫游、圖層控制、全屏地圖顯示、地圖刷新等[4]。

2.2.2? 排水管網(wǎng)在線監(jiān)測

借助表格、折線圖等多種形式對排水管網(wǎng)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)、報警數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)對管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行預(yù)警分析，預(yù)警信息通過系統(tǒng)、APP等方式進(jìn)行提示，同時將報警數(shù)據(jù)自動生成工單，并下發(fā)至一線工作人員。

2.2.3? 排水管網(wǎng)調(diào)度

在枯水期和豐水期時，結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，對污水處理廠和排水管網(wǎng)進(jìn)行按需調(diào)度，解決枯水期時遠(yuǎn)程調(diào)控污水，滿足各個污水處理廠的運(yùn)行需求;豐水期時遠(yuǎn)程調(diào)控管網(wǎng)，減少污水處理廠滿負(fù)荷運(yùn)行而造成的污水直排入河問題，最終達(dá)到提升流域斷面水質(zhì)的效果。

2.2.4? 巡檢管理

對排水管網(wǎng)巡查養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行管理，對巡檢人員軌跡進(jìn)行追蹤;提供對巡檢計劃進(jìn)行增加、修改、刪除、查詢的功能，提供對巡檢工單及反饋結(jié)果的管理;主要包括人員定位、巡查計劃、巡檢工單等功能。

2.3? 排水戶監(jiān)管

2.3.1? 基本信息管理

對排水戶的基本信息進(jìn)行管理，主要包括所屬區(qū)域、企業(yè)名稱、控制級別、聯(lián)系人、聯(lián)系電話等的管理。該模塊包含排水戶基本信息管理和地圖定位功能。

2.3.2? 排水戶在線監(jiān)測

在線監(jiān)測對排水戶各個排口的水質(zhì)、水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，以卡片及列表形式展示排水戶實時監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)，以折線及列表形式展示歷史數(shù)據(jù)，方便用戶及時掌握排水戶的污水排放情況;同時對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常情況及時發(fā)出警報并進(jìn)行事件處理。

2.3.3? 排水許可證管理

排水許可證管理實現(xiàn)對排水戶許可證申請審批流程的查看，方便用戶統(tǒng)一管理。主要包括所屬轄區(qū)、排水戶名稱、聯(lián)系人、聯(lián)系方式、審批完成時間、發(fā)證時間、有效日期、證書編號和審批詳情等內(nèi)容。

2.4? 工單管理

2.4.1? 電話報修

對來自排水業(yè)務(wù)相關(guān)的電話反饋報修信息進(jìn)行記錄，并對報修工單進(jìn)行派單處理;電話信息的處理狀態(tài)包括：待處理、已確認(rèn)、已派單。

2.4.2? 自定義工單

對除了監(jiān)測報警、電話報修、巡查養(yǎng)護(hù)以外其他來源的維修事件，進(jìn)行工單信息記錄管理;工單新建之后派發(fā)至執(zhí)行人進(jìn)行后續(xù)處理。

2.4.3? 工單狀態(tài)與統(tǒng)計

對所有的維修工單、巡檢工單的狀態(tài)、工單內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一展示;支持對巡檢工單的報修照片及維修工單的維修效果照片快速查看功能。

2.5? 移動應(yīng)用

移動應(yīng)用為巡查人員、監(jiān)管人員、各級領(lǐng)導(dǎo)提供即時通訊、設(shè)施地圖、在線監(jiān)測、巡查上報、維修、現(xiàn)場處置、領(lǐng)導(dǎo)看板等功能。

2.6? 大數(shù)據(jù)綜合分析

2.6.1? 排水綜合一張圖

結(jié)合GIS系統(tǒng)對城市排水管網(wǎng)進(jìn)行集中展現(xiàn)，通過設(shè)定區(qū)域范圍、管線屬性等條件查看符合條件要求的管線分布及基本信息，同時通過圖層控制可以查看各權(quán)屬單位管轄的管線信息。

污水處理廠作為“智慧排水”監(jiān)管重點(diǎn)對象[5]，為便于監(jiān)管污水處理廠總體情況，系統(tǒng)提供排水綜合一張圖，在一張圖上顯示所有污水廠的位置，并能對污水處理廠基本信息、部分工藝圖、排水管網(wǎng)總長度統(tǒng)計信息等進(jìn)行統(tǒng)一展示。

2.6.2? 污水調(diào)度一張圖

在一張圖上集中顯示污水調(diào)度監(jiān)測控制點(diǎn)，結(jié)合圖層控制功能，對污水調(diào)度的對象進(jìn)行分開顯示：污水廠、支溝、排水戶，并通過點(diǎn)擊，可以查看監(jiān)測控制點(diǎn)的開關(guān)狀態(tài)以及開關(guān)狀態(tài)的變更條件[6]。

2.6.3? 監(jiān)測報警一張圖

對物聯(lián)感知設(shè)備監(jiān)測到的水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，結(jié)合圖層控制功能可以對污水處理廠、排水管網(wǎng)、重點(diǎn)排水戶的水位、水質(zhì)、水量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行專題查看，同時水質(zhì)一張圖可以展示水質(zhì)預(yù)警和報警信息。

3? 結(jié)論

綜上所述，基于“云大物移”等先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行智慧排水綜合監(jiān)管平臺建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實意義和價值，通過搭建平臺系統(tǒng)架構(gòu)、應(yīng)用架構(gòu)、數(shù)據(jù)架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)，開展污水廠監(jiān)管、排水管網(wǎng)監(jiān)管、排水戶監(jiān)管、工單管理、移動應(yīng)用及大數(shù)據(jù)綜合分析等業(yè)務(wù)功能設(shè)計，打造統(tǒng)一的智慧排水綜合監(jiān)管平臺，實現(xiàn)排水行業(yè)監(jiān)管智慧化及日常管理精細(xì)化，促進(jìn)排水事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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