详解智慧城市排水管理系统整体方案

   随着城市规模的不断扩大和现代化程度的日益提高，城市排水管网越来越复杂，一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷等事件，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。因此，摸清排水管网设施资产家底、建立排水管网地理信息系统，用现代化的技术手段对排水系统进行科学管理显得迫在眉睫。以时空信息为基础，充分利用感知监测网、物联网、云计算、移动互联网、工业控制和水力模型等新一代信息技术，全方位感知市政排水运行工况，通过 “一张图”可视化管理模式，最终形成支撑排水管理部门各业务单元运行、管理和决策分析于一体的“智慧排水”信息平台。

目录
　　一、智慧排水管理系统方案介绍
　　二、智慧排水管理系统方案优点
　　三、智慧排水管理系统方案功能
　　四、智慧排水管理系统方案特点
　　五、智慧排水管理系统组成架构 
　　六、智慧排水管理系统建设方案
　　七、智慧排水管理系统发展前景
　　正文
一、智慧排水管理系统方案介绍
智慧排水解决方案综合应用了包括GIS 地图、物联网、云计算、在线监测、工业自动化控制、网络通信及排水管网模拟在内的技术手段，建立起了一个能够长期、有效、动态管理排水管网大量空间数据和属性数据的基础平台，并融合排水管网数字化管理过程中所需的各种业务处理和专业分析模块，最终形成一个具有连接排水管理部门各业务单元信息、数据存储管理和决策分析等多种功能于一体的“智慧排水综合管理信息平台”。智慧排水管理系统减轻、减少管线灾害事故发生的经济损失。提高城市排水管网信息现代化管理水平，保障城市智慧排水管理系统高效率，高质量的运转。降低城市规划设计、管理决策的成本。为城市管线规划、建设和管理提供依据，实现管线信息多元化应用。为城市的优化设计和科学决策服务。

二、智慧排水管理系统方案优点
　　智慧排水解决方案是城市防汛排涝和日常污水排放、处理的综合监管平台。借助该系统，排水公司可全面掌握城市排水现状、及时采取防汛排涝措施，可实现城市排水系统的全方位监控和全局化调度管理。
　　1、高效管理多源可视化数据
　　智慧排水管理系统是一个包含海量数据的复杂系统，其数据库用以存储和管理空间数据和属性数据，不仅包括管网数据，还集成了不同来源、不同数据格式和不同空间尺度的基础地理信息数据，如：地形数据、航空影像、DEM等，改善了传统管网数据单一、记录分散、不完整的局面，为市政管理部门的业务应用、决策分析和数据共享奠定了坚实的数据基础。通过多种数据的叠加和可视化显示，可以更加直观地了解排水管网周边的交通、居民地、水系、植被和地形等分布情况。数据库能有效管理不同历史时期的排水管网数据，通过对比显示能够较清楚地发现数据间的差异和联系，这对于城市未来的发展规划有着重要意义。随着三维仿真技术和虚拟现实技术的日渐成熟，对管线点、管线线数据进行自动三维建模并叠加道路、建筑物等三维模型，实现管线数据任意角度的三维浏览，还原管网地上和地下的三维立体场景，建设规划部门即便不到现场，也能真实地感受排水管网之间以及管网与周边地物的空间位置关系。
　　2、提升巡检、养护工作的效率和管理水平
　　智慧排水管理系统采用手持设备与Web相结合的方式，现场巡查、养护人员通过手持设备将巡检信息和养护进展及时上传到监控中心，而监控中心的市政管理人员通过登录Web系统及时了解巡查和养护现场的详细信息，便于对巡查和养护工作进行动态监管，对发现的排水管网问题进行人员的科学调度。通过自动化监管实现了巡检养护工作的高效执行，降低了管网养护的成本，提高了人员对紧急事件的响应速度，保障了管网的安全高效运行。
　　3、辅助决策分析
　　GIS强大的空间分析功能完全依赖于地理空间数据库，排水管网完整的数据体系为查询分析、缓冲区分析、拓扑分析提供了强大的支撑，通过深层次的信息挖掘，解决用户关心的涉及地理空间的实际问题，为智慧排水管理系统规划、城市建设、防灾减灾等提供辅助决策分析的合理性建议数据。
　　4、实时数据提高应急处置能力
　　城市排水管网承担着收集输送污水和天然降水的功能，排水管理信息系统能够充分整合现有的数据资源、硬件网络资源，实现资源的高效节约。以在线监测数据、管网空间数据为基础，充分利用管网水力计算模型及其他有关模型，结合GIS的数据管理和空间分析能力，对管网的运行状况进行分析评估，为管网的日常维护提供数据支持。当流量、流速、液位或压力等运行参数出现异常甚至超出警戒值时，市政管理人员可快速反应、快速诊断、快速行动，提高对管网突发紧急事件的处理能力，保障公共利益和人民生命财产安全，保证排水设施正常运转。
　　5、排水情景模拟和预测
城市下垫面的非渗透面积随着城市建设的飞速发展急剧增加，城市内涝等事故频繁发生，给城市排水系统提出了严峻的考验。排水管网系统在排水模型的支持下，结合现状地形数据，通过分析智慧排水管理系统重要数据(水深、流速、流量、降雨量、径流量等)和管线数据中的每个要素(节点、管线和汇水区)，科学计算并模拟城市地下智慧排水管理系统的实际运行情况。排水模型的强大功能还在于通过模拟一定降雨条件下城市排水的演进情况，发现排水的薄弱点和可能溢水的检查井，预测将会出现积水或发生洪灾的地点，甚至积水开始时间和积水退去时间等，为各级领导制定减灾决策、快速开展抢险工作提供依据和参考，为市民合理防御暴雨灾害争取宝贵的时间。

三、智慧排水管理系统方案功能
　　智慧排水信息平台系统基于互联网、物联网、云计算、大数据技术，建设设施完整、拓扑清晰、位置准确的排水设施“一张图”，实现市、区、街镇三级排水设施精细管理、动态更新、实时监测和智能控制，实现污水流向和雨水流向全过程可视化查询、追溯与分析，为处置污水溢流、暴雨内涝等应急事件提供有效支撑，为排水空间规划、设计、排水设施改造与接驳提供决策支持。
　　1、排水综合管理平台
　　排水综合管理平台是一套排水设施信息展示与管理平台，采用成熟的BS系统架构，以监测点的信息展示为重心，集成视频监控、GIS系统、GPS公车管理等信息进行集中展示，逐步实现全市排水管网、泵站、污水处理厂等排水设施资源统一管理、统一监测，系统支持Oracle、SQL等主流数据库应用。平台首页以门户形式展示平台logo、用户登录信息、报警信息、发布信息、常用链接等相关内容，平台支持温州排水公司原有GIS系统接入，实现单点登录功能。
　　该子系统可以实现排水管网、泵站、污水处理厂等监测信息的实时状态、历史状态和报警状态的形象化展示和简单分析。所有监测信息需基于GIS地图服务上展示，并满足虚拟全国地图的方式和三维地图服务的扩展开发应用。系统支持的测点数量没有限制，允许根据工程的规模任意扩展，数据监测点与设备档案信息库之间应建立链接关系。
　　该系统包含了管网管理(GIS)、水位监测(数字排水的数据整合)、井盖监测、气体监测、管网及河道流量监测、闸门监测、水质监测、管道沉降监测、淤积监测等子系统的数据整合。同时，涵盖了业务管理子系统的所有内容，包括：污水厂及泵站的设施/设备的台账管理、维修养护管理、巡查管理、工程及安全台账管理、防汛监测和管理、案卷管理(社会应急联动等)、报表管理、模型模拟及管网决策等十多个业务子系统，真正实现了一个集成平台上的综合无缝管理。
　　2、排水生产监控平台
　　排水生产监控平台主要满足“监”和“控”的功能，对于实时性要求较高，同时要配合无人值守泵站的改造，全面实现厂站的监控，主要完成了28座泵站数据，实现泵站供电系统电量参数、液位(进水池、格栅池、泵池)、出水流量、气体、工艺运行设备(开停状态、轴温、电量参数、保护装置、故障信息、台时)、温湿度等数据进行实时监控。同时，根据调度需求，监控中心人员可实现对水泵、格栅机、进出水闸门、除臭设备、空压机等工艺设备的远程控制，实现对关键性设备的历史数据查询、统计、趋势图分析、打印、导出等常规功能。
　　3、移动终端应用
　　移动终端的应用提高了管理人员的日常巡检及监控管理能力，公司领导、管理人员在移动终端上可以随时、随地查询系统信息，对于公司日常业务开展及突发性、应急性事件的处理具有重要意义。其中包括：
　　1)管网数据查询。随着手持移动端用户的移动，系统自动定位并搜索附近的排水管网于地图上显示，方便管理人员查看。
　　2)生产监测。将排水管网、泵站、污水处理厂等排水设施的主要监测数据传输至移动端进行查询。
　　3)设备二维码扫描。系统支持现场设备条形码扫描，自动弹出对应设备的档案信息，针对权限许可用户可提供转存、编辑、上报等功能。
　　4)巡检轨迹。系统自动记录巡检人员的 GPS 轨迹信息， 并发送到服务器端。管理人员可以随时查看巡检人员的实时位置及历史巡检轨迹。
　　5)巡检报告。手持移动端用户可浏览上报的各类报告，也可将现场照片、问题反馈、巡检记录、语音留言等信息上传。
6)数据报警。将各类报警信息推送到移动终端，方便手持移动端用户及时掌握各种风险。

四、智慧排水管理系统方案特点
　　智慧排水管理系统基于物联网理念，采用信息化手段，结合GIS展示，实现对管网运行指标的实时监测，包括管网液位、流量、水质、气体、泵站运行状态等信息，保证管网安全高效地发挥作用，通过构建安全预警平台，提高应急指挥及快速处置能力，保障城市排水管线的安全运行，使得整个城市排水管线的安全运行可把握、可控制、可预测，提供科学、先进的城市级水力分析能力，更全面评估城市排水管网能力。
　　1、准确全面反映排水管网运行现状
　　参照或制定数据标准，以现有排水管网数据为基础，进行数据现场核查与补充测绘，进行数据标准化与整理入库工作，对数据进行标准化处理，进行拓扑检查与修正，构建能基本反映现状的排水GIS数据库，同时建立有效的排水管网在线监测网络，准确反映排水管网运行动态，为规划管理提供可靠依据。
　　2、系统诊断与评估排水管网规划改造方案
　　以数学模型为基础，建立专业化的分析评估模式，进行排水系统模拟综合评估，对排水管网的运行情况进行系统诊断，分析排水系统功能缺陷，诊断排水管网现状问题及风险，为规划改造、运行调度、防汛应急、智能控制等提供决策支持。基于在线监测和模型的联合应用，可以辅助管理人员对给排水系统的负荷和运行状况进行及时的评估计算，充分发挥排水管网数字化管理系统的模拟预测能力，对排水管网规划改造方案进行评估，提高方案的实施效益。
　　3、提高排水系统大型工程运行效率与优化投资
　　基于复杂系统优化方法，以提升排水系统总体运行效率为目标，建立新型规划设计评估优化流程，通过模型辅助排水系统的问题诊断、方案制定、工程决策等，系统级优化巨额建设资金的投入，改善管网运营效果，节约排水管网建设运营资金投入。同时，构建在线控制系统，实现系统级整体在线优化调度，大幅提高排水系统整体运行的可靠性及有效性，充分挖掘管网及污水厂潜能，最大限度发挥设施已有能力，减少不必要或低效的建设资金投入。
　　4、提升传统排水管网管理与维护水平
　　能否实现高效的排水管理、提升决策水平，很大程度上取决于排水管网运营过程中是否真实完整记录了管网日常运营过程中产生的相关业务信息、系统数据，从而真实反映排水管网运行状态，为决策分析和管理提供数据支撑。智慧排水系统应完备的管理软件、必要的硬件支撑、标准的管理模式，以帮助业主尽可能详细而全面地记录排水管网管理与维护的全过程信息，借助科学先进的管理手段，全面评估系统运行情况，进行相关环节、细节的优化和改进，并为大数据分析提供依据，提高排水管网运营管理与维护水平。
　　5、构建技术和管理结合的长期动态运营支撑模式
排水管网系统的复杂性、不确定性决定了排水管网系统状态是动态复杂变化的，本方案构建了技术和管理层面的长期动态运营支撑模式，一方面建立在线监测预警系统，形成排水监测一张网，对排水管网进行动态监测和在线预警，及时掌握系统运行状况;另一方面建立多种规划管理的决策支持模式，不定期对业务数据、运行数据进行分析并给出管理建议;同时，利用在线监测、模型模拟、大数据分析等手段，对未来排水管网状况进行预测和分析，及时做出判断和预警。从而能准确排水管网系统的历史、当前和未来发展状况。

五、智慧排水管理系统组成架构
　　智慧排水解决方案采用集散式设计理念，按照多级监控中心设计。排水公司内建立总监控中心，各排水管理处、污水处理厂、中水处理厂内建立二级分控中心。监控总中心负责对整个城区排水系统进行全面的监控和管理，各二级分控中心负责辖区内排水设施的监控和管理。
　　1、数据采集与监控系统
　　将中水站、泵站、河道等SCADA数据及多种硬件采集数据整合纳入系统中统一管理，并根据用户需求进行统计分析，为应急指挥决策提供科学依据。
　　2、城市内涝预警预报系统
　　通过中心站和遥测站(监测站)的协同工作，提供城市道路、下沉式立交桥、地下停车场、排水管道、渠道、检查井、排水口、城市河流水系等监测点的实时信息，又能够为市政排水调度管理机构提供数据支持。
　　3、排水管网巡查系统
　　排水管网巡查系统以手持移动设备与Web系统相结合的方式，为管网巡查提供了全流程、精细化、标准化的管理模式。
　　4、视频监控系统
基于网络化的视频监控技术，依托视频监控中心，视频监控系统为防汛预警系统及监控决策系统提供各类视频监控站点的视频信息。

六、智慧排水管理系统建设方案
　　传统的排水系统往往不能和污水处理设施实现一体化联动控制，即厂网一体化，并主要以基于流量的控制方法为主，缺少对水质的建模和优化，导致城市内涝在许多发展中国家成为雨季的常态事件，同时也导致水体污染得不到有效控制。现在的智慧排水系统在城市雨水、污水输送，控制水体污染和内涝溢流方面发挥着重要作用。智慧排水围绕信息采集自动化、传输网络化、管理智慧化、决策科学化的目标，主要完成以下几方面内容：
　　1、在建立数据中心的基础上，所有生产数据、业务信息无缝整合并实现全面可视化。例如：在排水综合管理平台上可同时查阅地理信息数据、视频安防数据和生产运行管理数据，同时，还可以查阅设备运行情况、故障情况，与该设备关联的所有业务数据，包括台账数据、维修养护数据，工单数据等。
　　2、实时动态掌握全市排水管网、泵站、污水处理厂的运行情况，迅速有效地发挥调度中心的指挥作用，排水泵站正在实施“无人值守”改造，在实现数据远程监测的同时还能实现远程控制，为保障城市道路通畅，排水管网正常运行等方面提供了强有力的辅助决策作用。
　　3、围绕排水行业的不同业务领域，运用建模仿真技术，建立相关的数学模型，并通过模拟来获得相应的决策调度方案，从而具备决策支持能力，实现防汛调度、汛情或排放预警、工艺优化等目的，完成从数字排水向智慧排水的关键转型。
4、结合最新的“移动和互联网+”的理念，可以实现整个智慧排水管控“尽在掌握”，可以将整个调度中心和日常业务管理的各种应用通过手机移动端实现。

七、智慧排水管理系统发展前景
智慧排水管理系统作为城市市政设施的重要组成部分，肩负着城市雨水、污水排放的重要功能，各级市政已从城市发展的战略高度来认识地下智慧排水管理系统在城市规划和建设管理中的作用与地位。各地市政管理部门充分利用地下管线普查成果，积极探索创新地下智慧排水管理系统的管理方式。在市政和企业的运作下，智慧排水管理系统的功能日益强大且日臻完善，充分体现了其在维护城市“生命线”正常运行上的优势。由此可见，排水管网的信息化建设能大大提升排水管网的管理水平，不过这种管理方法需要不断的更新和完善才能得以应用，因此需要投入大量的人力、物力和财力。目前，整个行业对信息化的认知度不高且人才缺乏，所以其发展受到很大的制约。但是相信随着城市化管理水平的提升，城市排水安全不断得到重视，加强排水管网的信息化建设将成为排水管网管理行业的一种趋势。