摘要：隨著城市規模的不斷擴大和現代化程度的日益提高，城市排水管網越來越復雜，一些城市相繼發生大雨內澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴重影響了人民群眾生命財產安全和城市運行秩序...
隨著城市規模的不斷擴大和現代化程度的日益提高，城市排水管網越來越復雜，一些城市相繼發生大雨內澇、管線泄漏爆炸、路面塌陷等事件，嚴重影響了人民群眾生命財產安全和城市運行秩序。因此，摸清排水管網設施資產家底、建立排水管網地理信息系統，用現代化的技術手段對排水系統進行科學管理顯得迫在眉睫。以時空信息為基礎，充分利用感知監測網、物聯網、云計算、移動互聯網、工業控制和水力模型等新一代信息技術，全方位感知市政排水運行工況，通過“一張圖”可視化管理模式，最終形成支撐排水管理部門各業務單元運行、管理和決策分析于一體的“智慧排水”信息平臺。
一、智慧排水管理系統方案介紹
智慧排水解決方案綜合應用了包括GIS地圖、物聯網、云計算、在線監測、工業自動化控制、網絡通信及排水管網模擬在內的技術手段，建立起了一個能夠長期、有效、動態管理排水管網大量空間數據和屬性數據的基礎平臺，并融合排水管網數字化管理過程中所需的各種業務處理和專業分析模塊，最終形成一個具有連接排水管理部門各業務單元信息、數據存儲管理和決策分析等多種功能于一體的“智慧排水綜合管理信息平臺”。智慧排水管理系統減輕、減少管線災害事故發生的經濟損失。提高城市排水管網信息現代化管理水平，保障城市智慧排水管理系統高效率，高質量的運轉。降低城市規劃設計、管理決策的成本。為城市管線規劃、建設和管理提供依據，實現管線信息多元化應用。為城市的優化設計和科學決策服務。
二、智慧排水管理系統方案優點
智慧排水解決方案是城市防汛排澇和日常污水排放、處理的綜合監管平臺。借助該系統，排水公司可全面掌握城市排水現狀、及時采取防汛排澇措施，可實現城市排水系統的全方位監控和全局化調度管理。
1、高效管理多源可視化數據
智慧排水管理系統是一個包含海量數據的復雜系統，其數據庫用以存儲和管理空間數據和屬性數據，不僅包括管網數據，還集成了不同來源、不同數據格式和不同空間尺度的基礎地理信息數據，如：地形數據、航空影像、DEM等，改善了傳統管網數據單一、記錄分散、不完整的局面，為市政管理部門的業務應用、決策分析和數據共享奠定了堅實的數據基礎。通過多種數據的疊加和可視化顯示，可以更加直觀地了解排水管網周邊的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情況。數據庫能有效管理不同歷史時期的排水管網數據，通過對比顯示能夠較清楚地發現數據間的差異和聯系，這對于城市未來的發展規劃有著重要意義。隨著三維仿真技術和虛擬現實技術的日漸成熟，對管線點、管線線數據進行自動三維建模并疊加道路、建筑物等三維模型，實現管線數據任意角度的三維瀏覽，還原管網地上和地下的三維立體場景，建設規劃部門即便不到現場，也能真實地感受排水管網之間以及管網與周邊地物的空間位置關系。
2、提升巡檢、養護工作的效率和管理水平
智慧排水管理系統采用手持設備與Web相結合的方式，現場巡查、養護人員通過手持設備將巡檢信息和養護進展及時上傳到監控中心，而監控中心的市政管理人員通過登錄Web系統及時了解巡查和養護現場的詳細信息，便于對巡查和養護工作進行動態監管，對發現的排水管網問題進行人員的科學調度。通過自動化監管實現了巡檢養護工作的高效執行，降低了管網養護的成本，提高了人員對緊急事件的響應速度，保障了管網的安全高效運行。
3、輔助決策分析
GIS強大的空間分析功能完全依賴于地理空間數據庫，排水管網完整的數據體系為查詢分析、緩沖區分析、拓撲分析提供了強大的支撐，通過深層次的信息挖掘，解決用戶關心的涉及地理空間的實際問題，為智慧排水管理系統規劃、城市建設、防災減災等提供輔助決策分析的合理性建議數據。
4、實時數據提高應急處置能力
城市排水管網承擔著收集輸送污水和天然降水的功能，排水管理信息系統能夠充分整合現有的數據資源、硬件網絡資源，實現資源的高效節約。以在線監測數據、管網空間數據為基礎，充分利用管網水力計算模型及其他有關模型，結合GIS的數據管理和空間分析能力，對管網的運行狀況進行分析評估，為管網的日常維護提供數據支持。當流量、流速、液位或壓力等運行參數出現異常甚至超出警戒值時，市政管理人員可快速反應、快速診斷、快速行動，提高對管網突發緊急事件的處理能力，保障公共利益和人民生命財產安全，保證排水設施正常運轉。
5、排水情景模擬和預測
城市下墊面的非滲透面積隨著城市建設的飛速發展急劇增加，城市內澇等事故頻繁發生，給城市排水系統提出了嚴峻的考驗。排水管網系統在排水模型的支持下，結合現狀地形數據，通過分析智慧排水管理系統重要數據(水深、流速、流量、降雨量、徑流量等)和管線數據中的每個要素(節點、管線和匯水區)，科學計算并模擬城市地下智慧排水管理系統的實際運行情況。排水模型的強大功能還在于通過模擬一定降雨條件下城市排水的演進情況，發現排水的薄弱點和可能溢水的檢查井，預測將會出現積水或發生洪災的地點，甚至積水開始時間和積水退去時間等，為各級領導制定減災決策、快速開展搶險工作提供依據和參考，為市民合理防御暴雨災害爭取寶貴的時間。
三、智慧排水管理系統方案功能
智慧排水信息平臺系統基于互聯網、物聯網、云計算、大數據技術，建設設施完整、拓撲清晰、位置準確的排水設施“一張圖”，實現市、區、街鎮三級排水設施精細管理、動態更新、實時監測和智能控制，實現污水流向和雨水流向全過程可視化查詢、追溯與分析，為處置污水溢流、暴雨內澇等應急事件提供有效支撐，為排水空間規劃、設計、排水設施改造與接駁提供決策支持。
1、排水綜合管理平臺
排水綜合管理平臺是一套排水設施信息展示與管理平臺，采用成熟的BS系統架構，以監測點的信息展示為重心，集成視頻監控、GIS系統、GPS公車管理等信息進行集中展示，逐步實現全市排水管網、泵站、污水處理廠等排水設施資源統一管理、統一監測，系統支持Oracle、SQL等主流數據庫應用。平臺首頁以門戶形式展示平臺logo、用戶登錄信息、報警信息、發布信息、常用鏈接等相關內容，平臺支持溫州排水公司原有GIS系統接入，實現單點登錄功能。
該子系統可以實現排水管網、泵站、污水處理廠等監測信息的實時狀態、歷史狀態和報警狀態的形象化展示和簡單分析。所有監測信息需基于GIS地圖服務上展示，并滿足虛擬全國地圖的方式和三維地圖服務的擴展開發應用。系統支持的測點數量沒有限制，允許根據工程的規模任意擴展，數據監測點與設備檔案信息庫之間應建立鏈接關系。
該系統包含了管網管理(GIS)、水位監測(數字排水的數據整合)、井蓋監測、氣體監測、管網及河道流量監測、閘門監測、水質監測、管道沉降監測、淤積監測等子系統的數據整合。同時，涵蓋了業務管理子系統的所有內容，包括：污水廠及泵站的設施/設備的臺賬管理、維修養護管理、巡查管理、工程及安全臺賬管理、防汛監測和管理、案卷管理(社會應急聯動等)、報表管理、模型模擬及管網決策等十多個業務子系統，真正實現了一個集成平臺上的綜合無縫管理。
2、排水生產監控平臺
排水生產監控平臺主要滿足“監”和“控”的功能，對于實時性要求較高，同時要配合無人值守泵站的改造，全面實現廠站的監控，主要完成了28座泵站數據，實現泵站供電系統電量參數、液位(進水池、格柵池、泵池)、出水流量、氣體、工藝運行設備(開停狀態、軸溫、電量參數、保護裝置、故障信息、臺時)、溫濕度等數據進行實時監控。同時，根據調度需求，監控中心人員可實現對水泵、格柵機、進出水閘門、除臭設備、空壓機等工藝設備的遠程控制，實現對關鍵性設備的歷史數據查詢、統計、趨勢圖分析、打印、導出等常規功能。
3、移動終端應用
移動終端的應用提高了管理人員的日常巡檢及監控管理能力，公司領導、管理人員在移動終端上可以隨時、隨地查詢系統信息，對于公司日常業務開展及突發性、應急性事件的處理具有重要意義。其中包括：
1)管網數據查詢。隨著手持移動端用戶的移動，系統自動定位并搜索附近的排水管網于地圖上顯示，方便管理人員查看。
2)生產監測。將排水管網、泵站、污水處理廠等排水設施的主要監測數據傳輸至移動端進行查詢。
3)設備二維碼掃描。系統支持現場設備條形碼掃描，自動彈出對應設備的檔案信息，針對權限許可用戶可提供轉存、編輯、上報等功能。
4)巡檢軌跡。系統自動記錄巡檢人員的GPS軌跡信息，并發送到服務器端。管理人員可以隨時查看巡檢人員的實時位置及歷史巡檢軌跡。
5)巡檢報告。手持移動端用戶可瀏覽上報的各類報告，也可將現場照片、問題反饋、巡檢記錄、語音留言等信息上傳。
6)數據報警。將各類報警信息推送到移動終端，方便手持移動端用戶及時掌握各種風險。
四、智慧排水管理系統方案特點
智慧排水管理系統基于物聯網理念，采用信息化手段，結合GIS展示，實現對管網運行指標的實時監測，包括管網液位、流量、水質、氣體、泵站運行狀態等信息，保證管網安全高效地發揮作用，通過構建安全預警平臺，提高應急指揮及快速處置能力，保障城市排水管線的安全運行，使得整個城市排水管線的安全運行可把握、可控制、可預測，提供科學、先進的城市級水力分析能力，更全面評估城市排水管網能力。
1、準確全面反映排水管網運行現狀
參照或制定數據標準，以現有排水管網數據為基礎，進行數據現場核查與補充測繪，進行數據標準化與整理入庫工作，對數據進行標準化處理，進行拓撲檢查與修正，構建能基本反映現狀的排水GIS數據庫，同時建立有效的排水管網在線監測網絡，準確反映排水管網運行動態，為規劃管理提供可靠依據。
2、系統診斷與評估排水管網規劃改造方案
以數學模型為基礎，建立專業化的分析評估模式，進行排水系統模擬綜合評估，對排水管網的運行情況進行系統診斷，分析排水系統功能缺陷，診斷排水管網現狀問題及風險，為規劃改造、運行調度、防汛應急、智能控制等提供決策支持。基于在線監測和模型的聯合應用，可以輔助管理人員對給排水系統的負荷和運行狀況進行及時的評估計算，充分發揮排水管網數字化管理系統的模擬預測能力，對排水管網規劃改造方案進行評估，提高方案的實施效益。
3、提高排水系統大型工程運行效率與優化投資
基于復雜系統優化方法，以提升排水系統總體運行效率為目標，建立新型規劃設計評估優化流程，通過模型輔助排水系統的問題診斷、方案制定、工程決策等，系統級優化巨額建設資金的投入，改善管網運營效果，節約排水管網建設運營資金投入。同時，構建在線控制系統，實現系統級整體在線優化調度，大幅提高排水系統整體運行的可靠性及有效性，充分挖掘管網及污水廠潛能，最大限度發揮設施已有能力，減少不必要或低效的建設資金投入。
4、提升傳統排水管網管理與維護水平
能否實現高效的排水管理、提升決策水平，很大程度上取決于排水管網運營過程中是否真實完整記錄了管網日常運營過程中產生的相關業務信息、系統數據，從而真實反映排水管網運行狀態，為決策分析和管理提供數據支撐。智慧排水系統應完備的管理軟件、必要的硬件支撐、標準的管理模式，以幫助業主盡可能詳細而全面地記錄排水管網管理與維護的全過程信息，借助科學先進的管理手段，全面評估系統運行情況，進行相關環節、細節的優化和改進，并為大數據分析提供依據，提高排水管網運營管理與維護水平。
5、構建技術和管理結合的長期動態運營支撐模式
排水管網系統的復雜性、不確定性決定了排水管網系統狀態是動態復雜變化的，本方案構建了技術和管理層面的長期動態運營支撐模式，一方面建立在線監測預警系統，形成排水監測一張網，對排水管網進行動態監測和在線預警，及時掌握系統運行狀況;另一方面建立多種規劃管理的決策支持模式，不定期對業務數據、運行數據進行分析并給出管理建議;同時，利用在線監測、模型模擬、大數據分析等手段，對未來排水管網狀況進行預測和分析，及時做出判斷和預警。從而能準確排水管網系統的歷史、當前和未來發展狀況。
五、智慧排水管理系統組成架構
智慧排水解決方案采用集散式設計理念，按照多級監控中心設計。排水公司內建立總監控中心，各排水管理處、污水處理廠、中水處理廠內建立二級分控中心。監控總中心負責對整個城區排水系統進行全面的監控和管理，各二級分控中心負責轄區內排水設施的監控和管理。
1、數據采集與監控系統
將中水站、泵站、河道等SCADA數據及多種硬件采集數據整合納入系統中統一管理，并根據用戶需求進行統計分析，為應急指揮決策提供科學依據。
2、城市內澇預警預報系統
通過中心站和遙測站(監測站)的協同工作，提供城市道路、下沉式立交橋、地下停車場、排水管道、渠道、檢查井、排水口、城市河流水系等監測點的實時信息，又能夠為市政排水調度管理機構提供數據支持。
3、排水管網巡查系統
排水管網巡查系統以手持移動設備與Web系統相結合的方式，為管網巡查提供了全流程、精細化、標準化的管理模式。
4、視頻監控系統
基于網絡化的視頻監控技術，依托視頻監控中心，視頻監控系統為防汛預警系統及監控決策系統提供各類視頻監控站點的視頻信息。
六、智慧排水管理系統建設方案
傳統的排水系統往往不能和污水處理設施實現一體化聯動控制，即廠網一體化，并主要以基于流量的控制方法為主，缺少對水質的建模和優化，導致城市內澇在許多發展中國家成為雨季的常態事件，同時也導致水體污染得不到有效控制。現在的智慧排水系統在城市雨水、污水輸送，控制水體污染和內澇溢流方面發揮著重要作用。智慧排水圍繞信息采集自動化、傳輸網絡化、管理智慧化、決策科學化的目標，主要完成以下幾方面內容：
1、在建立數據中心的基礎上，所有生產數據、業務信息無縫整合并實現全面可視化。例如：在排水綜合管理平臺上可同時查閱地理信息數據、視頻安防數據和生產運行管理數據，同時，還可以查閱設備運行情況、故障情況，與該設備關聯的所有業務數據，包括臺賬數據、維修養護數據，工單數據等。
2、實時動態掌握全市排水管網、泵站、污水處理廠的運行情況，迅速有效地發揮調度中心的指揮作用，排水泵站正在實施“無人值守”改造，在實現數據遠程監測的同時還能實現遠程控制，為保障城市道路通暢，排水管網正常運行等方面提供了強有力的輔助決策作用。
3、圍繞排水行業的不同業務領域，運用建模仿真技術，建立相關的數學模型，并通過模擬來獲得相應的決策調度方案，從而具備決策支持能力，實現防汛調度、汛情或排放預警、工藝優化等目的，完成從數字排水向智慧排水的關鍵轉型。
4、結合最新的“移動和互聯網+”的理念，可以實現整個智慧排水管控“盡在掌握”，可以將整個調度中心和日常業務管理的各種應用通過手機移動端實現。
七、智慧排水管理系統發展前景
智慧排水管理系統作為城市市政設施的重要組成部分，肩負著城市雨水、污水排放的重要功能，各級市政已從城市發展的戰略高度來認識地下智慧排水管理系統在城市規劃和建設管理中的作用與地位。各地市政管理部門充分利用地下管線普查成果，積極探索創新地下智慧排水管理系統的管理方式。在市政和企業的運作下，智慧排水管理系統的功能日益強大且日臻完善，充分體現了其在維護城市“生命線”正常運行上的優勢。由此可見，排水管網的信息化建設能大大提升排水管網的管理水平，不過這種管理方法需要不斷的更新和完善才能得以應用，因此需要投入大量的人力、物力和財力。目前，整個行業對信息化的認知度不高且人才缺乏，所以其發展受到很大的制約。但是相信隨著城市化管理水平的提升，城市排水安全不斷得到重視，加強排水管網的信息化建設將成為排水管網管理行業的一種趨勢。