基于物聯網和GIS技術的“數字市政”助力濟南市政公用事業快速發展

周永利 馬述杰 譚文

1.山東大學機械工程博士后科研流動站，濟南 250013

2.山東泰華電訊有限責任公司，濟南 250101

3.濟南高新技術產業開發區博士后科研工作站，濟南 250101

基于物聯網和GIS技術的
“數字市政”助力濟南市政公用事業快速發展

周永利1,3馬述杰2譚文2

1.山東大學機械工程博士后科研流動站，濟南 250013

2.山東泰華電訊有限責任公司，濟南 250101

3.濟南高新技術產業開發區博士后科研工作站，濟南 250101

本文闡述了濟南市市政公用設施管理現狀和存在的問題，圍繞市政公用行業“安全、服務、管理”三個主題，提出了“數字市政”的建設目標，論述了濟南數字市政“118工程”的建設方案。

數字市政；物聯網；GIS；管網

引言

濟南，又稱“泉城”，是中國東部沿海經濟大省——山東省的省會，是全省政治、經濟、文化、科技、教育和金融中心，也是國家批準的沿海開放城市和副省級城市。濟南是“全國城市綜合實力50強”和“全國投資硬環境40優”的城市之一。隨著城市化進程的加快，市政公用基礎設施建設發展迅速，設施管理和安全運行也日益復雜，維護城市的安全運行，已成為城市管理者的一項重要任務。目前，濟南市城區內已形成大規模錯綜復雜的地下管網和地上城市基礎設施，由于管理手段的相對落后，缺乏完整的、權威的設施信息資料和有效的安全監測預警機制，許多事故和險情不能提前被發現和處置，給人民正常生活和城市安全運行帶來了隱患。

1、市政公用設施管理現狀

1.1 管線設施規模龐大

近年來，濟南市城市規模不斷擴大，尤其是2009年迎全運以來，市政基礎設施建設突飛猛進，配套建設或改造的地下管線設施種類和數量迅猛增加，公用事業保障能力顯著提升。濟南市現有供電、給水、燃氣、熱力、雨水、污水、通訊、消防、路燈、交警信號、有線電視、寬帶等20余種地下管線，總長度約1萬公里，規模龐大，錯綜復雜，尤其是城市建成區地下管網更是交織密布，像一個龐大的迷宮；同時管線建設年代、管道材質各不相同，如最早供水管道建于上世紀30年代。

1.2 管理方式相對粗放落后

在地下管網建設快速發展的同時，也暴露了濟南市城市地下資源管理政策缺失、地下管線建設規劃管理不足及施工監管不到位等問題，導致因施工造成地下管線受損事故頻繁發生。如2009年濟南市發生的“7.28”液化氣主管道被挖斷、“3.27”漿水泉路中壓燃氣管道被挖斷、2010年9月和10月分別發生在燕子山西路和旅游路城建學院校內的直徑200毫米的天然氣中壓管線被挖斷等燃氣泄漏事故，險些釀成重大災難。據不完全統計，2009年，濟南市供水、供氣、供熱管道被挖斷千余次。同時，由于相當部分地下管線缺乏完整準確的位置和狀況資料，而且現有資料不能共享，很難做到有效管理，防患于未然，也使得搶險搶修中無法快速反應、應急處置。

1.3 管線情況復雜，協調管理難度大

由于地下管線種類繁多，建設時多以直埋為主，且各管線產權分屬不同單位，難以實現有序協調。而且，地下管線施工缺乏統一規劃，各種管線存在交叉、疊加現象，既不符合安全運行規范，又增加了管道維修難度。

1.4 安全運行形勢嚴峻

當前，濟南市城市建設進入跨越提升的關鍵時期，各項建設任務特別是城市基礎設施改造提升的任務非常繁重。但在濟南市地下管線保護政策法規尚不健全，現有地下管線信息完備率、準確率不高的情況下，在管道維修中，挖掘機械常常是“盲挖”，需要維修的管道找不到，其他管道又被挖斷的情況時有發生；另外，高強度的城市建設也將給復雜的地下管線保護工作帶來極大的難度，地下管線安全運行形勢面臨更加嚴峻的挑戰。

2、數字市政建設目標

基于上述管理現狀，今年，市政公用局緊緊圍繞“安全、服務、管理”三個方面，牢固樹立“民生為先，服務為本”的從業理念，利用物聯網等現代化信息產業技術，實施“數字市政”信息化建設,全力推進市政公用事業的科學發展。數字市政能夠監管并預測城市運行變化，有效地幫助管理者建立起全局觀念，從而提高城市管理的有效性和城市資源優化配置水平。

數字市政系統是充分利用物聯網、GIS等技術，對局屬各行業的市政公用設施進行全方位、全時段監控管理、運行調度、應急指揮的綜合信息系統。系統主要圍繞行業安全、服務、管理三方面，實現以下四個目標：

2.1 建設一張完整的運行安全監控預警網絡

通過科技創新和物聯網技術，實現對市政公用重點設施的全過程、全時段監控預警。通過對管網運行參數的計算分析，給出風險評估等級，對風險等級較高的管道早期報警，先期處警，及早維修，避免次生災害發生，降低社會影響。

2.2 建設一張健全的服務質量監測監管網絡

對產品服務質量信息即時感知、智能評價，有效互動，實現全方位監管和穩定供應。

通過在管網主要節點和末端安裝傳感器，實時監測供水水壓、供氣流量和供熱溫度等，變被動服務為主動服務，一旦發現服務不達標即啟動相應的管理處置流程，監督企業進行整改。

2.3 建設一個完善的面向用戶的服務體系

通過建立完整的用戶信息庫,將與用戶關聯的各系統、各業務流程連接在一起。通過健全客戶服務中心和維修隊伍，增設服務網點，優化服務流程，提供產品報裝、繳費、維修、咨詢、用戶通知（短信、自動語音、電臺、電視臺、社區通知等）等全方位、多載體的市政公用服務體系，提高市民對市政公用信息的知情率。

2.4 建設一個創新的行業管理體系

通過科技管理手段，強化行業運行監控監管、電子政務建設，建立面向全行業，覆蓋全過程的信息化管理系統，形成縱向貫通、橫向集成、上下聯動的市政公用管理體系。實現“四個轉變”，即由經驗管理轉變為科學管理；由靜態監管轉變為動態透明監管；由被動受理轉變為主動服務；由事后處理轉變為主動預警。實現市政公用管理模式的創新。

3、“數字市政”建設內容

3.1 總體設計

濟南數字市政采用“市政公用行業一體化”設計思想和“自頂向下”的設計方法，實現市政公用地上、地下基礎設施的數字化和智能化管理，將市政公用相關水、氣、暖等各個不同行業的基礎設施、安全生產、監測信息、指揮調度、客戶服務通過數字化手段緊密聯結到一個統一和標準的平臺上，實現數據、業務、應急、調度、決策、分析、服務等不同層面信息的一體化共享、交互和集成式管理，以最小的資金投入和最高效的信息共享機制，實現全市市政各行業的以安全為前提下的統一管理、調度和服務。

同時，基于物聯網技術，采用科技創新手段對市政各行業設施運行進行實時監測和監控，并將分布在各專項業務系統的獨立運行運營的業務數據按照統一的數據標準和業務流程規則，集成匯總到統一的中央數據倉庫中，有效管理并動態集成城市市政運行運營數據，為市政全行業管理和規劃提供決策依據。

圖1 數字市政總體框架

數字市政總體上包括：

1）一個標準體系：數字市政標準體系；

2）一個安全保障體系；

3）三個平臺：市政資源基礎數據管理平臺、市政運行運營數據集成平臺、市政綜合監管指揮決策平臺。

4）一個市政專項業務管理應用系統群：城市防汛綜合管理信息系統、城市照明綜合管理信息系統、城市道橋綜合管理信息系統、城市排水綜合管理信息系統、數字供水業務應用系統、數字燃氣業務應用系統、數字熱力業務應用系統、水質監測業務應用系統。

3.2 業務系統與平臺建設

說明：在認知沖突中激發學生的創造性思維，產生新知并加以鞏固.探究的方式有利于學生對新知的理解，也有利于學生素養的發展.

濟南市“數字市政”建設規模為一個數字市政監控中心、一個資源管理平臺和八大業務應用系統。

3.2.1 數字市政監控監管中心

數字市政監控中心由網絡中心、運行運營數據集成中心和監控指揮調度中心組成。

圖2 監控監管中心

1）網絡中心：將市政公用局、氣象局、水文局、市交警、各區有關部門、局屬各單位連接為一個網絡，實現互聯互通，資源共享。

2）運行運營數據集成中心：實時采集八大行業、42個數據類、近500個指標項，并對這500項目進行統一集成處理和分析。

3）監控指揮調度中心：對市政公用設施進行全過程的安全監測和監控；給出超負荷預警、超限預警和趨勢分析、預警等；發生突發事件時，系統生成應急預案，各單位快速響應，及時處置，避免次生災害發生。同時，對服務質量進行監管。

3.2.2 資源管理平臺

完成濟南市建成區范圍內的市政公用地下管線、地上市政設施收集、普查、整理、建庫工作，以城市市政公用基礎設施為對象，采用空間地理信息技術（GIS），建設統一的市政基礎資源管理平臺。

市政數據資源管理平臺作為數字市政的基礎，為各項業務系統提供二維、三維、空間、影像數據及地理編碼、空間處理服務功能支撐，實現最大化的資源利用和共享。市政公用局各單位根據各自管理數據需求和業務特點，構建專業設施數據管理系統，作為日常管理、運行維護工具。數字市政監控監管中心將所有的基礎設施數據通過動態更新的方式，納入局統一的集成管理平臺，實現各業務設施數據的綜合應用、服務共享。

圖3 資源管理平臺

3.2.3 八大業務應用系統

1）城市水質監測系統。該系統是集成國家水專項，建立濟南市從源頭到龍頭的水質監測、預警系統和應急處置信息化網絡平臺。

2）城市供水系統。建立供水設施管理系統、智能監控網絡、指揮調度系統和客戶服務體系，全面提升供水質量、應急處置能力和服務水平。

3）城市供氣系統。建立監控、評估、預警與管網巡檢養護四位一體的供氣安全運行體系。如在供氣設施、密閉空間和重要區域安裝視頻監控和紅外檢測；在管網主要節點、重要部位安裝燃氣泄漏監測儀；定期進行風險評估，確定管線腐蝕程度、風險區域等。

4）城市供熱系統。通過供熱設施管理、生產運行調度和完善用戶信息等，提升供熱質量和客戶服務水平。通過在管網末端和不熱點安裝溫度傳感器，實時監測管網溫度，主動掌握用戶采暖情況。通過對熱源和換熱站的調度，調整熱網溫度和壓力，調配熱能，解決區域供熱不均問題。

5)城市防汛指揮調度系統。通過氣象預警系統、雨量遙測系統、水位監測系統、視頻監控系統和指揮調度系統，全方位實時收集氣象、水位、水文、雨量、汛情和視頻監控信息，為視頻會商和防汛指揮調度，提供直觀的決策依據，為汛前預測、汛中指揮、汛后處置提供科技支撐。

6)城市排水系統。通過排水設施管理、業務綜合監管、設施在線監測、應急處置等系統，加強對城市排水設施安全運行和防汛排澇、污水處理排放的監管。動態掌握城市雨、污水收集、處理和排放量。實時監測污水處理廠站污水處理情況，監測cod等指標狀況。

7)城市照明系統。利用智能控制、單燈控制等技術，建立一個連接整個城市的照明設施監控網絡，實現分時控制，按需照明。對路燈運行狀態實時監測，實現自動報警等功能。

8)道橋管理系統。建立道橋管理、視頻監控、道橋健康監測等系統，有效預防橋梁安全事故的發生。通過在橋梁重要部位埋設應變、張力、位移等傳感設備，實時采集橋梁結構狀況的數據，識別損傷位置與程度，評估、預測結構安全性，對橋梁做出預警。

4、結語

“百尺竿頭，更進一步”，濟南市數字市政系統緊緊圍繞市政公用安全、管理、服務三個方面，通過建設118工程，實現“四個一”奮斗目標，對于保障城市安全運行，促進濟南市市政公用事業的健康發展、科學發展，提升城市管理服務水平，構建和諧濟南將發揮重要的作用。該項目已通過國家住建部專家嚴格評審，被住建部列為信息化應用示范推廣項目向全國市政行業推廣。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.041