蕪湖：充分利用物聯網技術

文｜施金榮

城市地下管線是城市的“生命線”，城市的正常運轉需要“血管”合理布局。城市管理者需要將所有地下管網管理起來，通過智能管理體系，對地下管網的空間位置、管線自身壽命、管線負荷運行情況、外界對其影響情況等信息進行數據采集，存儲于專用數據庫中，通過專業分析軟件，得出及時合理的處理維護措施，將城市地下管網事故消滅在萌芽階段，防患于未然。

安徽省蕪湖市在地下管線建設中，充分應用物聯網技術，采用多種檢測儀器和設備，對污水管道中的污水水質多種參數值、液位需要進行實時采集和檢測，將采集和檢測得到的數據通過互聯網實時傳輸回監控管理中心進行分析處理，做到對蕪湖市污水管網系統的綜合監管。

圖1 污水治理全過程監控示意圖

蕪湖城市地下污水管線的建設和管理現狀

目前蕪湖市現有5座啟用污水處理廠，污水處理能力共47萬噸/日，其中朱家橋污水處理廠22萬噸/日，城南污水處理廠10萬噸/日，城北污水廠6萬噸/日，濱江污水處理廠3萬噸/日，城東污水處理廠6萬噸/日，三山污水處理廠，日處理能力約5萬噸；泵站42個，包括雨水20座，污水13座，立交橋6座 ，補水1座；排水干管網總長約1600公里(污水干管網560公里)，排水（污）161個（含國家、省重點監控企業32個）。

數據現狀：混雜分散紙質，設計、竣工、勘察資料混雜，查閱調檔難；管網數據量大，并分散于各職能部門；數據更新不及時，準確性差；停留在紙質檔案。

管理現狀：重建設，輕管理，對污水處理管理各個環節缺少科學的信息化管理手段。

監察現狀：缺乏城市各類不同污染源（排污企業、政府單位、住宅小區等）的科學排污監察手段；缺乏有效的狀態評估和管網運行監管手段。

養護現狀：管網管理養護隨意性大，效果不易評估。

應急管理現狀：應對危機事件管理手段蒼白，部門聯動性差決策水平停留在經驗判斷和簡單層次推理。

托管現狀：污水處理廠運營績效評估及信息化監管不足。

基于物聯網技術的城市地下污水管線在線監測系統

蕪湖市住建委綜合分析蕪湖市城市污水管網監管現狀，結合蕪湖城市地下污水管線監管需求，引入物聯網技術，充分發揮物聯網優勢，通過將地下管網監測設備與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，規劃蕪湖市“城市地眼工程”，設計開發利用將GIS技術和專業模型合理集成，實現對地下管網中智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，最終達到地下管網感知地下、服務地上的發展目標。

本項目采用的物聯網結構是由國際電信聯盟提出的感知層、網絡層和應用層的三層結構。感知層是由各傳感器和傳感器網關構成，蕪湖城市地下污水管網管理系統中的現場監測設備選用管道液位儀、COD設備、水位儀和雨量計，用來監測獲取管網等關鍵節點的液位、流量、COD濃度、降雨量等信息；網絡層是連接感知層與應用層的紐帶，考慮到設備部署的位置比較分散，本次采用3G/GPRS網絡監測，通過網絡將數據傳送至設備監控系統或數據庫中；應用層是整個地下污水管網管理系統的中樞，是管理系統的功能的集中體現，在城市地下污水管線在線監測中，利用GIS對管網及監測設備的空間分布及數據結構進行管理，并通過感知層監控污水管網的運行狀態；通過分析統計，與污水模型等綜合分析應用，輔助污水管網的業務管理。搭建了以住建委中心機房為基點的，輻射市政、環保、污水辦等職能機構，串聯污水管理各業務單元的城市綜合污水專網。

圖2 網絡拓撲圖

圖3 四色預警部署

圖4 液位流量對比分析

基于物聯網技術的地下污水管線管理應用

1、感知地下，全面掌控地下管網運行狀況

部署在全市主要區域200平方公里范圍內，75個流量液位儀，監測污水管道內實時液位、流量，通過充滿度模型，制作的充滿度專題圖，全盤掌握地下管網運行狀況，帶壓運行等有危險管段一目了然，給管網養護部門提供技術支持。

2、智能預警，快速應對突發事件

系統依據設備安裝的檢查井井深，比對井內污水液位，對液位狀態進行動態評價和分級分色（紅、橙、黃、綠），以顏色預警方式實時在電子地圖上刷新顯示，液位超限實時預警報警，實現快速預警預報，及時應急響應，準確定位故障，迅速解決問題。

3、服務地上，實現管網精細化管理

利用歷史數據周期性疊加到散點圖上，結合曼寧公式、謝才公式和相應參數生成流量液位曲線，分析預判管網情況。

利用管網健康度評價技術，通過層次分析法確定管網健康運行的主要影響因素及其權重，在無量綱化管道評價指標和灰色關聯度評價系數基礎上，采用多指標等權重加權計算得到管段健康度，并據此進行健康度量化評判，形成管網健康度專題圖。

物聯網技術的規劃化應用，改變了蕪湖污水管理靠經驗的舊模式，實現了以利用感知設備采集數據，水利模型分析數據，形成“管網養護管理一張圖”。污水管理部門利用GIS一張圖實現對污水管網的精細化管理。

圖5 水質狀況監管一張圖

圖6 曼寧曲線顯示圖

“管網養護管理一張圖”已經指導蕪湖管網養護和改造工作，實現對管網的精細化管理。基于管網健康度，系統生成養護計劃，由市政處、城建集團等對管網做日常巡檢養護，發現問題(功能性檢查及結構性檢查)及時上報匯總，加權計算更新管段健康度模型，得出實時全管網運行現狀，按照健康度等級對管道維護緊急程度優先排序，指導城市污水管網養護與防澇工作，為管網管理輔助決策提供支撐，進一步提升城市污水管理水平，保障城市公共服務質量和城市安全。

4、科學分析，輔助領導決策

對污水管網監測設備安裝部署，實現對全管網的監測，采集到的大量管網狀態數據進行數據挖掘和深入分析，完善各類管網數據模型，結合蕪湖污水管網的基礎數據及業務數據，建立符合蕪湖實際情況的管網水力模型，現已創建管網健康度模型、污水管網淤泥狀態評估模型、雨水入流分析模型、污水管網溢流預警模型、污水管網COD水質模型。系統利用GIS技術將這些模型可視化，科學直觀指導污水管理工作。

管網規劃輔助決策一張圖，對各監測設備發出的預警信息或超出預警值觸發的報警信息，可實時進行圖上定位，并根據位置信息獲取相關管網實時和歷史數據，綜合判斷，確定警情類別。對管網事故點流量進行散點圖分析，結合曼寧公式、謝才公式和相應參數生成流量曲線，判定故障類別，結合管網養護計劃，優化養護規劃設計，指導管網養護。

物聯網的規模化應用，給蕪湖市的污水管理帶來了新的思路，“城市污水管理信息系統”幾年來的應用積累，將污水管理從粗放式的經驗模式引向了精細化管理新模式。管網四色預警、管網健康度應用、科學制定養護維修計劃、流程化管理養護、養護績效考核等成為蕪湖城市污水精細化管理中的新亮點。