張麗虹

摘 要：作為城市運行配套的基礎(chǔ)性工程，城市排水防澇設(shè)施是應(yīng)對城市內(nèi)澇問題的關(guān)鍵節(jié)點。加強城市排水防澇設(shè)施管理，對于提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全，具有非常重要的作用。在城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計中，采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)，劃分了4個層級，7大模塊，并分析了系統(tǒng)各模塊特征，對其關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。

關(guān)鍵詞：大數(shù)據(jù)；排水防澇；動態(tài)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TB 文獻標識碼：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.084

1 引言

隨著城市化進程的加快，城市用地范圍越來越大，與之配套的排水防澇設(shè)施越來越多。目前，面對日益復(fù)雜、遍布城區(qū)的排水防澇設(shè)施，政府相關(guān)管理部門一般采取人工勘察、圖紙查閱等手段進行普查統(tǒng)計。雖然，有些城市會將這些人工普查所得的資料輸入數(shù)字化城市管理平臺，但是，靠人工普查的資料往往存在粗略、滯后、不準確等問題。這些會導(dǎo)致一些比較嚴重的社會問題，諸如需要大量人力、物力、財力的投入，因普查不準確而造成現(xiàn)狀管道被誤挖斷，檢查井蓋丟失而造成行人跌入受傷或喪命，遇雨洪時排水防澇設(shè)施調(diào)度不及時導(dǎo)致內(nèi)澇損失等。這種傳統(tǒng)的依靠經(jīng)驗、圖紙的管理手段，已難以適應(yīng)現(xiàn)代信息化城市建設(shè)與管理的要求。因此，在城市排水防澇設(shè)施管理工作中，應(yīng)由“被動響應(yīng)”逐步轉(zhuǎn)向“主動干預(yù)”，運用“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，建立數(shù)據(jù)采集自動化系統(tǒng)和動態(tài)監(jiān)管平臺，夯實數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計基礎(chǔ)，初步實現(xiàn)設(shè)施監(jiān)管、數(shù)據(jù)采集以及運行狀況的分析管控，為城市排水防澇設(shè)施管理部門提供直觀、及時、系統(tǒng)的信息支持，以利于更加科學(xué)、準確地管理決策。

2 動態(tài)管理系統(tǒng)層級劃分

城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)是通過城市區(qū)域內(nèi)安置排水防澇設(shè)施調(diào)度設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、人員巡查登記設(shè)備和警報設(shè)備等，在現(xiàn)場采集到相關(guān)信息資料，發(fā)送到協(xié)調(diào)服務(wù)器，再經(jīng)過GPRS/Internet公共網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至遠程終端，實現(xiàn)對排水防澇設(shè)施的遠程監(jiān)控和管理；它由現(xiàn)場層、控制層、信息層、管理層等四部分組成，從現(xiàn)場底層硬件開始，由下而上逐步構(gòu)建。

（1）現(xiàn)場層：由排水防澇設(shè)施調(diào)度設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備、環(huán)境監(jiān)控設(shè)備、人員巡查登記設(shè)備、警報設(shè)備、無線收發(fā)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備和綜合布線等組成；這些設(shè)備和管線對外提供相關(guān)接口，為設(shè)施運行、數(shù)據(jù)監(jiān)測、視訊通信以及系統(tǒng)外部設(shè)備的接入或輸出信息提供快捷服務(wù)。

（2）控制層：由協(xié)調(diào)服務(wù)器和路由器等組成，如網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備、視訊處理設(shè)備等；這些設(shè)備形成一個實時控制網(wǎng)，網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備之間的信息傳遞要求較高的實時性。

（3）信息層：由通信模塊、GPRS和Internet組成，為整個系統(tǒng)的信息流層，通過一系列協(xié)議或標準控制，實現(xiàn)控制網(wǎng)中各設(shè)備的狀態(tài)信息與信息網(wǎng)中控制和決策信息之間的雙向傳遞。

（4）管理層：由數(shù)據(jù)庫、后臺數(shù)據(jù)處理軟件和操作展示平臺組成，實現(xiàn)信息處理、共享和圖形化顯示，并根據(jù)綜合信息進行決策和自動化控制。

3 動態(tài)管理系統(tǒng)各模塊特征

城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器（B/W/D）架構(gòu)，具備集中管理、分布控制等功能，同時將控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)較好地整合在系統(tǒng)中，實現(xiàn)兩者之間的信息有機互連、雙向傳遞。城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)架構(gòu)示意如圖2。

3.1 iCUBE管控柜

iCUBE管控柜是根據(jù)項目任務(wù)要求，由可編程處理器和電氣接線來管理控制設(shè)施/設(shè)備運行的控制柜，采用嵌入式控制器/服務(wù)器平臺，提供互聯(lián)網(wǎng)連接和Web服務(wù)，具有數(shù)據(jù)記錄、警報、歷史記錄、網(wǎng)絡(luò)管理以及過載、短路、缺相保護等功能，并通過大量的設(shè)備和協(xié)議集成來實現(xiàn)現(xiàn)場層與管理層的聯(lián)動邏輯控制。在本項目中可據(jù)此管控城市排水防澇設(shè)施和監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)控、警報與巡查，公眾參與等，最終展現(xiàn)在動態(tài)管理平臺中心；管理人員可通過該中心的綜合管理軟件對相關(guān)信息進行編輯、分析與管控。

3.2 設(shè)施管理系統(tǒng)

設(shè)施管理系統(tǒng)由城市排水防澇設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備、傳感器件和控制組件等組成。該系統(tǒng)控制端集成于管控柜，以此控制水泵、閘站等的啟閉操作以及讀取和傳輸水位計、流速儀等的監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.3 警報監(jiān)控系統(tǒng)

警報監(jiān)控系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控和防盜警報兩部分。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)由前端系統(tǒng)（攝像機）、傳輸系統(tǒng)（視頻、控制信號傳輸設(shè)備）、控制系統(tǒng)（數(shù)字矩陣控制單元）和顯示系統(tǒng)（顯示與記錄設(shè)備）組成；采用模塊化設(shè)計的嵌入式數(shù)字矩陣監(jiān)控系統(tǒng)，集音頻、視頻為一體，具有信號編碼、傳輸、解碼、控制、管理等特點，實現(xiàn)多路音視頻信號同時解碼和分組切換；在本項目中可實現(xiàn)對排水防澇設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備、管網(wǎng)、河道等的在線監(jiān)控，并提供視頻動態(tài)存儲、歷史畫面回放、網(wǎng)絡(luò)傳輸、系統(tǒng)擴容等功能。

防盜警報系統(tǒng)由報警控制管理網(wǎng)關(guān)、內(nèi)置式報警主機、外置式報警主機和報警模塊組成；各報警主機通過CAN總線連接多個報警模塊，各報警模塊直接與報警開關(guān)相連；突破了傳統(tǒng)的路數(shù)限制，引入了超大路數(shù)的概念；所有的警報信息最終將通過動態(tài)管理平臺全部顯示出來，實時的反映所有設(shè)施、設(shè)備以及器具等的警報信息，并通過電話、郵件、即時通訊、手機短信等方式通知相關(guān)負責(zé)人，從而使得相關(guān)負責(zé)人能夠?qū)瘓笮畔⒆鞒鲎羁斓捻憫?yīng)，最大程度地減少損失。在本項目中可實現(xiàn)對排水防澇設(shè)施、設(shè)備以及器具等的故障和防盜監(jiān)管。

3.4 巡查管理系統(tǒng)

巡查管理系統(tǒng)由巡查控制管理網(wǎng)關(guān)、管理主機、巡查模塊和巡查登記卡（或棒或按鈕）等組成；各管理主機通過CAN總線連接多個巡查登記模塊，各巡查登記模塊可響應(yīng)多個巡查登記卡（或棒或按鈕）；可實現(xiàn)巡查人員的規(guī)范化管理；可對巡查點、巡查線路、巡查人員進行設(shè)置，巡查人員通過巡查登記卡（或棒或按鈕）采集巡查點信息，將巡查信息傳輸給巡查登記模塊，再由巡查登記模塊傳輸給巡查登記管理主機，最終傳輸至巡查登記管理網(wǎng)關(guān)，接入動態(tài)管理平臺中心，并對巡查信息進行自動化處理，包括檢查核對、結(jié)果存儲、結(jié)果查詢和打印報表等功能。

3.5 自動化集成系統(tǒng)

自動化集成系統(tǒng)由聯(lián)動管理、報表管理、日志管理、預(yù)警管理和決策管理等組成。本項目中主要通過植入動態(tài)管理平臺的綜合管理軟件，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)電子設(shè)備、儀器儀表、計算機軟硬件技術(shù)及其他技術(shù)以及控制理論等，對系統(tǒng)運行過程實現(xiàn)監(jiān)控、優(yōu)化、調(diào)度、管理和決策，達到降低系統(tǒng)能耗、提高辦公效率、確保生產(chǎn)安全等目的。并且，通過外接打印設(shè)備等，可對報表等文檔進行打印輸出。另外，通過自動化集成系統(tǒng)也能夠大大緩解管理工作人員的工作量，有助于統(tǒng)籌管理。

3.6 公眾用戶系統(tǒng)

公眾用戶系統(tǒng)由電腦、手機用戶的接入和系統(tǒng)信息推送等功能組成。采用最新流行的JAVA技術(shù)開發(fā)，具備跨平臺的性能，能夠突破時間、地點限制，實現(xiàn)移動辦公，提高工作效率；如通過整合方便靈活的PDA移動系統(tǒng)可以及時處理日常的現(xiàn)場巡查、設(shè)備巡檢等工作。通過控制管理網(wǎng)關(guān)和用戶模塊分類等，可引導(dǎo)、規(guī)范公眾用戶在城市排水防澇設(shè)施管理工作中的參與模式（文字評論、視頻反饋、方案提交等），進而更好地汲取公眾監(jiān)督與管理的智慧。

3.7 綜合管理系統(tǒng)平臺

城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理平臺即綜合管理軟件平臺，采用嵌入式純硬件結(jié)構(gòu)，即將綜合管理軟件植入服務(wù)器，通過網(wǎng)絡(luò)可對任意子系統(tǒng)進行控制和管理。該服務(wù)器與各子系統(tǒng)控制管理網(wǎng)關(guān)之間通過網(wǎng)線連接，在整個城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)中處于最高層，擁有最高權(quán)限，是實現(xiàn)整個系統(tǒng)高度集成和互聯(lián)互控的核心部分，具有強大的控制和管理能力。本項目中城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理平臺系統(tǒng)功能主要包含：嵌入式視窗系統(tǒng)、本地操作管理、用戶權(quán)限管理、遠程控制和管理各子系統(tǒng)、各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、日志添加和查詢、操作記錄查詢、防內(nèi)盜功能、鍵鼠操作和打印管理等。綜合管理系統(tǒng)平臺架構(gòu)示意如圖3。

4 動態(tài)管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

本項目中城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)主要采用了RFID傳感器技術(shù)、UWB無線載波技術(shù)、WiFi和近距信息傳輸技術(shù)以及合路傳輸技術(shù)；這些技術(shù)較好地解決了面對大量雜亂信息進行有效識別的問題，避免了信息混淆，實現(xiàn)了信息的高效監(jiān)控和傳輸，使系統(tǒng)具備信息傳輸速度快、應(yīng)用范圍廣、運行穩(wěn)定安全等優(yōu)點，并能將不同類型信息進行鏈接，經(jīng)數(shù)字變換、編碼、合成，調(diào)制成符合IE標準的曼徹斯特碼型，使其可通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸。

在整合系統(tǒng)各模塊鏈接當(dāng)中，動態(tài)管理系統(tǒng)主要應(yīng)用了Modbus、LonTalk、SNMP和私有協(xié)議等。其中，Modbus協(xié)議主要采用了Modbus ASCII/RTU/TCP，分別為異步串行傳輸和以太網(wǎng)對應(yīng)的通信傳輸協(xié)議；通過該協(xié)議，較好地解決了控制器之間、控制器經(jīng)由以太網(wǎng)和其他設(shè)備之間的通信問題。該協(xié)議信息互聯(lián)路徑示意如圖4。

5 結(jié)語

本文著重闡述在現(xiàn)代傳感網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)以及目前較為成熟的云服務(wù)技術(shù)背景下城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計的組織結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。在該動態(tài)管理系統(tǒng)設(shè)計中，采用瀏覽器/Web服務(wù)器/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器架構(gòu)，劃分了4個層級，7大模塊；可實現(xiàn)對城市排水防澇設(shè)施、監(jiān)測設(shè)備等的在線監(jiān)控和運行決策管理，對于提高城市防災(zāi)減災(zāi)能力和安全保障水平，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全，具有非常重要的作用。同時，也為未來城市排水防澇設(shè)施動態(tài)管理系統(tǒng)的建設(shè)提供一定的技術(shù)支撐和推動作用。

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