基于傳感器技術的智慧城市管理云平臺研究

劉洲峰 金 鑫 陸 漫 徐敏杰 陳存廣

（1、中原工學院，河南 鄭州450007 2、河南威果智能科技有限公司，河南 鄭州450001 3、哈爾濱中科盈江科技有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

在近十幾年來的城市管理實踐中，越來越多的城市認識到傳統城市管理體制機制的弊端：城管問題信息傳遞不及時，監督與管理被動滯后；專業管理部門職責不清，條塊分割，管理缺位；管理方式粗放，習慣于突擊式、運動式管理；缺乏有效的監督和評價機制，問題處置效率和質量相對低下。為了解決傳統城市管理的弊端，城市管理建設引入了信息化技術、感知技術、物聯網技術、大數據技術等，各類新型數據源也不斷涌現，對城市管理的數字化和信息化建設范圍和規模在不斷擴大，傳統大量依靠主觀經驗的決策逐漸建立在了基于據的理性分析之上。日益多元的城市功能提升與城市空間集約利用、城市安全需求與城市數字化建設步伐滯后之間的矛盾突出，表現為：缺乏城市數字化建設所必須的政府部門間信息共享與服務機制；缺少以政府管理需求為目標的部門間統一的信息服務集成平臺；缺少針對城市及城市群的無縫監測系統；結構化城市及網絡化城市群的信息共享、功能協調發展缺少必要的技術支撐；尤為突出的是對數據的分析處理能力嚴重不足，仍停留在簡單的統計分析階段，大數據的知識發現能力未能得到體現。相關技術發展難以滿足城市功能提升中的成果實用化、技術集成化、監測精細化、管理智能化、信息一體化、響應快速化要求。

本論文將基于智慧熱力應用平臺、智慧燃氣應用平臺、智慧環保應用平臺、智慧水務應用平臺、以及智慧安全應用平臺，充分利用地下管網（燃氣、熱力、供水）、工業生產以及環境監測等傳感器技術方面的行業優勢，按照資源整合、開放共享的原則，建設面向智慧城市管理的云平臺。主要創新點如下：a.構建基于開放標準的智能物聯感知服務層（MaaS），便于設備類型擴展和功能增加，形成支持主流物聯網操作系統的接入能力。b.融合傳感器信號處理信息、數據融合技術、大數據分析技術、可視化技術、云計算技術等對數據進行處理和分析，實現對重點企事業單位及社會公眾提供數據共享服務。c.以各類開放標準為基礎，形成城市地下管網及城市重要區域運行狀態感知、監測、控制等數據標準和語義規范，為第三方服務接入、數據共享提供支撐。

1 傳感器研究

傳感器是能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。本文重點研究氣體傳感器的技術路線，傳感器產生的電信號經電子線路處理、放大和轉換后，實現氣體含量的顯示和報警。可見，傳感器是氣體檢測報警儀的基礎的、核心部件，它的優劣一定程度上決定了氣體檢測報警儀的質量和功能指標。

1.1 電化學傳感器的工藝路線

電化學式氣體傳感器由貴金屬催化電極、鉑絲引線、氣體傳感器外殼、電解液及其它輔助材料組裝而成，所用材料中貴金屬催化電極、電解液為自加工配套生產，鉑絲引線、氣體傳感器外殼為外部購件。技術特點包括：1.1.1 采用碳- 鎢合金作催化劑，利用鉑做表面修飾等技術，提高了電化學式氣體傳感器的靈敏度；納米技術的應用改善了催化劑的分布狀態，加快了電化學式氣體傳感器的響應回復速率，提高了穩定性；1.1.2 采用鉑- 釕合金作催化劑，金屬溶解法制備載體金屬的微缺陷及絲網印刷等技術制備催化電極，使電化學式氣體傳感器具有靈敏度高、穩定性好、使用壽命長等優點；1.1.3 運用獨特的貴金屬擔載技術，以在超高溫惰性氛圍中處理的石墨為載體擔載金的方法制作電極，使電化學式氣體傳感器具有靈敏度高、穩定性好、使用壽命長等優；1.1.4 采用絲網印刷工藝制備電極，提高了電極尺寸的一致性和電極的強度，使催化劑的分布更均勻，提高了元件的穩定性。采用價格低廉、物理化學性質穩定的磺化聚α- 甲基苯乙烯制固體質子交換膜，延長了質子交換膜的使用壽命，輔以偏心結構的創新設計，有效解決了電化學式氣體傳感器的漏液問題，提高了元件穩定性，延長了使用壽命。

1.2 氣體探測智能終端工藝路線

本文氣體探測智能終端由傳感器模塊、電源板或電源模塊、主板和儀表殼體組成。氣體傳感器通過接插件連接到主板上，以提供數字的檢測信號；電源板通過導線連接到主板上，為主板提供電源。氣體探測智能終端的生產工藝包括以上四大組成部分的生產和裝配成品的處理，主要包括以下工序：1.2.1 電路板送制板廠制板，加工機械部件，購買電子元件和機械零件；1.2.2 電源板裝配：將電子元件焊接到電路板上，并安裝相應的機械部件。1.2.3 嵌入式系統寫片操作：程序員將編譯好的探測器程序通過編程器寫到電路板的嵌入式系統中。1.2.4 主板裝配：將電子元件焊接到電路板上，并安裝相應的機械部件及經寫片的嵌入式系統。1.2.5 傳感器處理：對氣體傳感器進行必要的處理，如添加保護殼等。1.2.6 檢測儀的裝配：包括連接傳感器和主板、連接主板和電源板、并將其裝入機殼。1.2.7 檢測儀處理：將裝配好的檢測儀進行老化和標定。標定過程先加電，手動控制測量氣體濃度，反復試驗調整直至達到設計要求。1.2.8 成品檢驗合格后進行包裝，然后入庫。

2 管理云平臺設計與結果分析

基于傳感器技術的智慧城市管理云平臺的實質是利用先進的數據挖掘技術，實現城市智慧式智能化管理，為市民創造安康和諧生活，促進城市的綠色健康發展。建設智慧城市已成為當今世界城市發展不可逆轉的歷史潮流。

2.1 水力模型：通過數采儀、無線網絡、水質水壓表等在線監測設備實時感知城市供排水系統的運行狀態，并采用可視化的方式有機整合水務管理部門與供排水設施，形成“城市水務物聯網”，并可將海量水務信息進行及時分析與處理，并做出相應的處理結果輔助決策建議，以更加精細和動態的方式管理水務系統的整個生產、管理和服務流程，從而達到“智慧”的狀態。水力模型是智慧供水平臺的決策大腦，是看清管網運行工況的眼睛。

2.2 排洪模型：防洪排澇信息管理系統實現基于虛擬仿真技術的防洪排澇設施的瀏覽和查詢。 功能實現實時繪制區域內的三維城市景觀、防洪排澇設施及其運行狀態、任意飛行漫游洪澇擴散模擬和災害評估、三維實體統計查詢，讓防洪排澇數據直觀、真實、實時的展示在決策者面前。根據SCADA、檢測、人工巡查等數據，通過排洪模型大數據分析，形成對未來預測的，排洪模型通過GIS 展現到客戶端，對排洪工作安排，決策人力部署提供了有效的支撐。

2.3 物聯綜合平臺：全國設備管控總覽。管理管控，全國各地，不同行業、區域的物聯設備情況，發現問題及時處理。

3 結論

建設基于傳感器技術的智慧城市管理云平臺可以大幅度推動物聯網、大數據、云計算等現代信息技術在城市基礎設施運營中的應用能力和水平，實現全面感知和精準分析，以運營管理的靈活性和高效性彌補物質建設的各種不足，使城市供水、供熱、供氣等各類基礎設施的運營模式由經驗驅動變為數據驅動，管控模式由事后處理變為事前數據預判。同時，也推動相關運營商改變舊的服務模式，由被動變主動，有效提高城市管理和服務水平、安全水平。