基于物聯網的道路檢查井監督管理平臺設計與實現

林亦林

(福州市勘測院，福州 350108)

1 引言

本文研究基于物聯網的道路檢查井監督管理云平臺，將道路檢查井運維服務與智能井蓋、開蓋動態預警等業務進行有效結合， 建立新型的城市道路檢查井監督運維服務模式，面對市政井蓋類型和數量眾多、日常維護繁瑣且復雜而造成的監管困難， 實現城市檢查井維護由原有的片區、 道路式的粗顆粒度管理向單一設施的細顆粒度管理轉變， 采用開蓋報警技術盡量避免了由于井蓋被盜或井蓋損壞等而造成的人身安全事故及其經濟損失。同時提高了城市信息化管理水平， 有效地降低了城市管理的經濟成本，積極響應了國家對于建設智慧城市、智慧市政的需要。

2 總體設計

2.1 系統總體框架

為了提高平臺的可維護性和健壯性， 系統設計按照逐層抽象、組件化架構原則從下到上可以分為基礎層、數據層、業務層和應用層4 個層次。系統總體框架設計如下(見圖1)：

圖1 系統總體框架

從下而上，第一層是基礎層：該層提供系統的基本網絡、操作系統及企業級數據庫系統等基礎軟件環境，提供檢查井監督管理平臺運行所依賴的應用和數據服務器、防火墻、交換機、路由器及其他計算機，是信息化系統的軟硬件設施基礎，同時提供包含傳感設備，如存儲井蓋信息的RFID 標簽信息[1]。

第二層是數據層，采用oracle11g，它是整個井蓋監督平臺的信息資源核心[2]，主要分為業務數據庫、基礎地理數據庫和井蓋數據庫。 井蓋數據庫通過加工和數據遷移完成建庫，它與基礎地理數據庫結合，構成整套系統的數據核心。

第三層是服務業務支撐層， 在統一的GIS 核心平臺運行框架上，提供具體的服務功能，例如：數據交換服務、工作流服務、GIS 服務、用戶管理服務、消息服務、安全服務、表單服務和移動端服務、井蓋打開報警服務和電子標簽掃描服務等。

第四層是應用層， 在服務支撐層之上是四個功能模塊， 包含井蓋身份管理地理信息模塊、 井蓋監督業務模塊、井蓋實時監控模塊及井蓋數據分析模塊。

第五層是用戶層：該層包含用戶主要有管理員、運維人員以及監督人員。

2.2 整體建設思路

(1)利用云計算技術搭建資源彈性可配置的平臺海量存儲基礎設施，形成“兩級平臺”架構

①采用高性能的服務器， 以Windows Server2008 操作系統為平臺，提供穩定可靠的服務器運行環境；

②運用相關虛擬化技術將物理服務器集群虛擬化，快速搭建基礎云環境。

(2)基于工作流技術構建統一的城市管理處理流程，并綜合管理

①利用工作流快速搭建特定業務處理模板；

②開發處理流程注冊模塊， 統一管理業務處理流程模塊，并依據真實業務需求快速構建具體業務處理流程。

(3)物聯網、物聯網技術快速搭建無線物聯網感知體系

①利用物聯網、物聯網統一管理傳感器、觀測數據，實現城市部件巡查的自動化、提升工作效率；

②井內傳感設備通過安裝高性能鋰電池解決供電問題，同時通過設置數據采集頻率起到省電作用，日常低頻率上報， 發生險情時高頻率上報， 另外通過安裝新型井蓋，將開蓋報警、井下監測等設備進行集成，提供一整套解決方案，解決防震防水問題。

2.3 業務流程

安裝智能設備的檢查井在設備報警后， 將報警信息傳輸到監督管理平臺， 平臺接收到報警信息后根據權屬單位進行派發，權屬明確的派發對應權屬單位處置，權屬不明確的派發應急機構處置， 處置機構到達現場進行處理并拍攝反饋，平臺接收并做相關記錄。

圖2 設備報警流程

3 系統功能設計

3.1 井蓋身份管理地理信息模塊

采集所實施道路上井蓋的身份信息(包括井蓋類型、材質、規格尺寸、維護單位、聯系電話、聯系人、地理坐標等)并編碼，建立井蓋基礎數據信息庫。

通過整合井蓋地理坐標信息及井蓋身份信息建立井蓋身份地理信息系統， 該系統通過視圖操作能夠進行地圖放大、縮小、漫游、圖層控制等操作，同時可通過地理信息系統在電子地圖上查詢井蓋基礎信息。

通過定位查詢能夠對井蓋進行快速查詢定位， 包括地名定位、道路定位、書簽定位等。 通過信息管理能夠對井蓋信息進行錄入、刪除、修改、分類統計等操作。

3.2 井蓋監督業務模塊

系統包括應急處置監督模塊及日常巡查維護監督模塊。 結合井蓋地理信息系統及移動信息通信技術，實時對井蓋日常維護、應急處置進行監督管理[3]。 主要實現功能有：日常巡查、應急處置管理，案件管理、考核。日常巡查和應急處置管理可實時對巡查人員基本信息及其日常巡查軌跡、 應急處置時效、 應急處置實時流程、 應急處置前后效果等進行監督并顯示在井蓋地理信息系統上。

案件管理可記錄案件接案時間、 派遣時間、 派遣單位、結案等信息并通過列表形式展示，同時可對案件進行歸檔、查閱等操作。

考核功能可按照井蓋問題處置辦法對應急單位、權屬單位處理井蓋問題的情況進行判定打分， 并自動生成統計表。

3.3 井蓋實時監控模塊

運用物聯網技術、無線傳輸技術，采用在井蓋上安裝實時監控設備將井蓋實時狀態信息發送到接收器上，當井蓋出現缺失情況后， 立即向系統報警并將井蓋具體位置、屬性等信息在電子地圖上進行準確顯示。

3.4 井蓋數據分析模塊

利用井蓋巡查維護數據和監控數據對井蓋健康度運行情況進行分析，分析井蓋高維護路段、易盜風險路段、開蓋頻率、井蓋事件平均處理周期，同時可結合業務流程進行分析， 另外接入液位計等其他傳感設備進行數據處理分析。

平臺根據接收的設備進行分類統計， 統計出易損耗路段和類型輔助檢查井維護。 同時根據處置數量和時限進行考核。

4 關鍵技術和創新

4.1 智能井蓋打開報警技術

智能井蓋中的井蓋打開報警器以STM8 單片機為控制核心， 采用了永磁鐵加干簧管為基礎的傳感器來采集井蓋開啟狀態。 通過在道路檢查井內安裝探測傾斜狀態的裝置，此裝置安裝在井蓋下，不與井下液體接觸，同時不含有毒物質，不會對原有井下環境造成影響，在井蓋打開情況下，報警器通過監測網絡發出井蓋報警的信號，對井蓋發生異常時可自動發現、上報并啟動應急預案，實現道路檢查井的遠程異地的監測預警與應急處置[4]。

4.2 基于RFID 的井蓋電子標簽技術

利用RFID 唯一性， 進行城市道路檢查井安全生命周期管理，同時建立一井一號一檔，基于RFID 唯一標識號，實現城市道路檢查井安裝、巡查、養護、廢棄的身份信息、位置信息、運維信息的全生命周期的管理。

4.3 智能液位監測報警

智能液位監測報警配備井下液壓式液位監測傳感器[5]，設備安裝在井下，同時投入水中，適應井下復雜的水位環境，實時監控井下水位變化，同時設置水位閾值和上傳頻率， 監測出的水位數據通過物聯網上傳到云端服務器進行保存[6]，建立液位數據庫，再根據水位模型，預測水位走勢，對城市防澇搶險工作提供指導說明。

4.4 創新特色

提出了一種城市道路檢查井的物聯網監測模型，實現在暴雨情況下的道路檢查井水位和流量數據檢測，分析未來水位走勢，形成智能監測分析結果，實現道路或積水點的預警，為市政管理與決策提供分析支撐。

基于RFID 為城市道路檢查井蓋建立 “一井一號一檔”，基于RFID 唯一標識號，實現城市道路檢查井蓋安裝、巡查、養護、廢棄的身份信息、位置信息、運維信息的全生命周期的管理， 創新城市道路檢查井運維管理與服務模式。

5 結語

項目相關成果已經陸續在福州市供排水管理中心、成都市井蓋中心、 南昌市市政工程管理處得到了成功的應用，取得了明顯的社會效益和經濟效益。系統為每個城市道路檢查井建立詳細身份信息、維護全生命周期數據、所有維修保養記錄，形成城市井蓋大數據庫，通過城市井蓋大數據庫，再結合不同模型，不同維度，挖掘出更有利于提升市政管理水平和效率的有價值數據。