张丽虹

摘 要：作为城市运行配套的基础性工程，城市排水防涝设施是应对城市内涝问题的关键节点。加强城市排水防涝设施管理，对于提高城市防灾减灾能力和安全保障水平，保障人民群众的生命财产安全，具有非常重要的作用。在城市排水防涝设施动态管理系统设计中，采用浏览器/Web服务器/数据库服务器架构，划分了4个层级，7大模块，并分析了系统各模块特征，对其关键技术进行了研究。

关键词：大数据；排水防涝；动态管理系统

中图分类号：TB 文献标识码：Adoi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.16.084

1 引言

随着城市化进程的加快，城市用地范围越来越大，与之配套的排水防涝设施越来越多。目前，面对日益复杂、遍布城区的排水防涝设施，政府相关管理部门一般采取人工勘察、图纸查阅等手段进行普查统计。虽然，有些城市会将这些人工普查所得的资料输入数字化城市管理平台，但是，靠人工普查的资料往往存在粗略、滞后、不准确等问题。这些会导致一些比较严重的社会问题，诸如需要大量人力、物力、财力的投入，因普查不准确而造成现状管道被误挖断，检查井盖丢失而造成行人跌入受伤或丧命，遇雨洪时排水防涝设施调度不及时导致内涝损失等。这种传统的依靠经验、图纸的管理手段，已难以适应现代信息化城市建设与管理的要求。因此，在城市排水防涝设施管理工作中，应由“被动响应”逐步转向“主动干预”，运用“互联网+”理念，建立数据采集自动化系统和动态监管平台，夯实数据采集、统计基础，初步实现设施监管、数据采集以及运行状况的分析管控，为城市排水防涝设施管理部门提供直观、及时、系统的信息支持，以利于更加科学、准确地管理决策。

2 动态管理系统层级划分

城市排水防涝设施动态管理系统是通过城市区域内安置排水防涝设施调度设施、监测设备、环境监控设备、人员巡查登记设备和警报设备等，在现场采集到相关信息资料，发送到协调服务器，再经过GPRS/Internet公共网络将数据上传至远程终端，实现对排水防涝设施的远程监控和管理；它由现场层、控制层、信息层、管理层等四部分组成，从现场底层硬件开始，由下而上逐步构建。

（1）现场层：由排水防涝设施调度设施、监测设备、环境监控设备、人员巡查登记设备、警报设备、无线收发设备、网络接口设备和综合布线等组成；这些设备和管线对外提供相关接口，为设施运行、数据监测、视讯通信以及系统外部设备的接入或输出信息提供快捷服务。

（2）控制层：由协调服务器和路由器等组成，如网络控制设备、视讯处理设备等；这些设备形成一个实时控制网，网内各设备之间的信息传递要求较高的实时性。

（3）信息层：由通信模块、GPRS和Internet组成，为整个系统的信息流层，通过一系列协议或标准控制，实现控制网中各设备的状态信息与信息网中控制和决策信息之间的双向传递。

（4）管理层：由数据库、后台数据处理软件和操作展示平台组成，实现信息处理、共享和图形化显示，并根据综合信息进行决策和自动化控制。

3 动态管理系统各模块特征

城市排水防涝设施动态管理系统采用浏览器/Web服务器/数据库服务器（B/W/D）架构，具备集中管理、分布控制等功能，同时将控制网络和信息网络较好地整合在系统中，实现两者之间的信息有机互连、双向传递。城市排水防涝设施动态管理系统架构示意如图2。

3.1 iCUBE管控柜

iCUBE管控柜是根据项目任务要求，由可编程处理器和电气接线来管理控制设施/设备运行的控制柜，采用嵌入式控制器/服务器平台，提供互联网连接和Web服务，具有数据记录、警报、历史记录、网络管理以及过载、短路、缺相保护等功能，并通过大量的设备和协议集成来实现现场层与管理层的联动逻辑控制。在本项目中可据此管控城市排水防涝设施和监测设备，监控、警报与巡查，公众参与等，最终展现在动态管理平台中心；管理人员可通过该中心的综合管理软件对相关信息进行编辑、分析与管控。

3.2 设施管理系统

设施管理系统由城市排水防涝设施、监测设备、传感器件和控制组件等组成。该系统控制端集成于管控柜，以此控制水泵、闸站等的启闭操作以及读取和传输水位计、流速仪等的监测数据。

3.3 警报监控系统

警报监控系统包括视频监控和防盗警报两部分。

视频监控系统由前端系统（摄像机）、传输系统（视频、控制信号传输设备）、控制系统（数字矩阵控制单元）和显示系统（显示与记录设备）组成；采用模块化设计的嵌入式数字矩阵监控系统，集音频、视频为一体，具有信号编码、传输、解码、控制、管理等特点，实现多路音视频信号同时解码和分组切换；在本项目中可实现对排水防涝设施、监测设备、管网、河道等的在线监控，并提供视频动态存储、历史画面回放、网络传输、系统扩容等功能。

防盜警报系统由报警控制管理网关、内置式报警主机、外置式报警主机和报警模块组成；各报警主机通过CAN总线连接多个报警模块，各报警模块直接与报警开关相连；突破了传统的路数限制，引入了超大路数的概念；所有的警报信息最终将通过动态管理平台全部显示出来，实时的反映所有设施、设备以及器具等的警报信息，并通过电话、邮件、即时通讯、手机短信等方式通知相关负责人，从而使得相关负责人能够对警报信息作出最快的响应，最大程度地减少损失。在本项目中可实现对排水防涝设施、设备以及器具等的故障和防盗监管。

3.4 巡查管理系统

巡查管理系统由巡查控制管理网关、管理主机、巡查模块和巡查登记卡（或棒或按钮）等组成；各管理主机通过CAN总线连接多个巡查登记模块，各巡查登记模块可响应多个巡查登记卡（或棒或按钮）；可实现巡查人员的规范化管理；可对巡查点、巡查线路、巡查人员进行设置，巡查人员通过巡查登记卡（或棒或按钮）采集巡查点信息，将巡查信息传输给巡查登记模块，再由巡查登记模块传输给巡查登记管理主机，最终传输至巡查登记管理网关，接入动态管理平台中心，并对巡查信息进行自动化处理，包括检查核对、结果存储、结果查询和打印报表等功能。

3.5 自动化集成系统

自动化集成系统由联动管理、报表管理、日志管理、预警管理和决策管理等组成。本项目中主要通过植入动态管理平台的综合管理软件，结合系统内电子设备、仪器仪表、计算机软硬件技术及其他技术以及控制理论等，对系统运行过程实现监控、优化、调度、管理和决策，达到降低系统能耗、提高办公效率、确保生产安全等目的。并且，通过外接打印设备等，可对报表等文档进行打印输出。另外，通过自动化集成系统也能够大大缓解管理工作人员的工作量，有助于统筹管理。

3.6 公众用户系统

公众用户系统由电脑、手机用户的接入和系统信息推送等功能组成。采用最新流行的JAVA技术开发，具备跨平台的性能，能够突破时间、地点限制，实现移动办公，提高工作效率；如通过整合方便灵活的PDA移动系统可以及时处理日常的现场巡查、设备巡检等工作。通过控制管理网关和用户模块分类等，可引导、规范公众用户在城市排水防涝设施管理工作中的参与模式（文字评论、视频反馈、方案提交等），进而更好地汲取公众监督与管理的智慧。

3.7 综合管理系统平台

城市排水防涝设施动态管理平台即综合管理软件平台，采用嵌入式纯硬件结构，即将综合管理软件植入服务器，通过网络可对任意子系统进行控制和管理。该服务器与各子系统控制管理网关之间通过网线连接，在整个城市排水防涝设施动态管理系统中处于最高层，拥有最高权限，是实现整个系统高度集成和互联互控的核心部分，具有强大的控制和管理能力。本项目中城市排水防涝设施动态管理平台系统功能主要包含：嵌入式视窗系统、本地操作管理、用户权限管理、远程控制和管理各子系统、各系统间的数据统计、日志添加和查询、操作记录查询、防内盗功能、键鼠操作和打印管理等。综合管理系统平台架构示意如图3。

4 动态管理系统关键技术

本项目中城市排水防涝设施动态管理系统主要采用了RFID传感器技术、UWB无线载波技术、WiFi和近距信息传输技术以及合路传输技术；这些技术较好地解决了面对大量杂乱信息进行有效识别的问题，避免了信息混淆，实现了信息的高效监控和传输，使系统具备信息传输速度快、应用范围广、运行稳定安全等优点，并能将不同类型信息进行链接，经数字变换、编码、合成，调制成符合IE标准的曼彻斯特码型，使其可通过互联网传输。

在整合系统各模块链接当中，动态管理系統主要应用了Modbus、LonTalk、SNMP和私有协议等。其中，Modbus协议主要采用了Modbus ASCII/RTU/TCP，分别为异步串行传输和以太网对应的通信传输协议；通过该协议，较好地解决了控制器之间、控制器经由以太网和其他设备之间的通信问题。该协议信息互联路径示意如图4。

5 结语

本文着重阐述在现代传感网、互联网和物联网以及目前较为成熟的云服务技术背景下城市排水防涝设施动态管理系统设计的组织结构和关键技术。在该动态管理系统设计中，采用浏览器/Web服务器/数据库服务器架构，划分了4个层级，7大模块；可实现对城市排水防涝设施、监测设备等的在线监控和运行决策管理，对于提高城市防灾减灾能力和安全保障水平，保障人民群众的生命财产安全，具有非常重要的作用。同时，也为未来城市排水防涝设施动态管理系统的建设提供一定的技术支撑和推动作用。

参考文献

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