中心城區(qū)積水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)在天津市防汛中的應(yīng)用

魏博洋

（天津市排水管理事務(wù)中心，天津 300202）

天津市地處華北平原北部，東臨渤海，北依燕山，有“海河要沖”和“畿輔門戶”之稱。由于所處的地理環(huán)境的原因，天津地下水位較高，土壤以黏土、粉土為主且滲透性差，年均降水量在500～600 mm，多集中在6月中旬至9月中旬，占全年總降水量的73%，導(dǎo)致城市內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生概率及頻度增加。城市排水工作主要依靠人工和機(jī)械方式，降低城市內(nèi)澇災(zāi)害影響，為城市居民的出行提供方便。

近年來(lái)，由強(qiáng)降雨引起的城市下穿隧道及城市內(nèi)低洼地區(qū)大量積水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，且有愈演愈烈的趨勢(shì)。天津2018年因臺(tái)風(fēng)“安比”的登陸，中心城區(qū)短時(shí)造成77處地區(qū)淹泡、18處地道交通管制，日平均降水量達(dá)到182.2 mm。“城市觀海”也成為近些年來(lái)的熱門詞語(yǔ)，城市內(nèi)澇現(xiàn)象已經(jīng)引起了黨中央及國(guó)務(wù)院的高度重視。

1 中心城區(qū)積水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)概述

天津市排水管理事務(wù)中心作為天津市中心城區(qū)防汛排水工作的主要職能部門，為更好地完成中心城區(qū)的防汛排水工作、提高信息化管理水平和增加工作效率，從2005年開(kāi)始建設(shè)積水視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，2017年開(kāi)始建設(shè)電子水尺，并逐步搭建了天津市中心城區(qū)積水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)在每年汛期都為防汛調(diào)度指揮工作提供了部分?jǐn)?shù)據(jù)和圖像信息，對(duì)全市排水工作起到了一定的輔助作用。

中心城區(qū)積水監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位、數(shù)據(jù)鏈路和中心軟件平臺(tái)組成。其中，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位包含積水深度采集設(shè)備和視頻監(jiān)控設(shè)備、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及視頻圖像上傳設(shè)備等，數(shù)據(jù)鏈路包含現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳及監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)接收，中心軟件平臺(tái)包含服務(wù)器數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、積水視頻監(jiān)控平臺(tái)、用戶應(yīng)用系統(tǒng)集成、巡檢管理子系統(tǒng)4個(gè)部分。

2 前端設(shè)備

2.1 電子水尺

電子水尺和水位監(jiān)測(cè)終端監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水位，并通過(guò)4 G網(wǎng)絡(luò)將水位數(shù)據(jù)傳送給管理中心。為靈活布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、不受供電條件限制，選用太陽(yáng)能供電型水位監(jiān)測(cè)終端。電子水尺積水監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)包括采集終端、通信模塊和供電單元3個(gè)部分，如圖1所示。

圖1 電子水尺積水監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

電子水尺是一種以先進(jìn)微處理器芯片為控制器、內(nèi)置通信電路的數(shù)字式水位傳感器，具備高可靠性及抗干擾性能；采用不銹鋼防護(hù)外殼，內(nèi)部用高性能的密封材料進(jìn)行特殊處理，產(chǎn)品具有防腐、防凍、耐熱、耐老化的特點(diǎn)，可在泥漿、污液和腐蝕性液體、冰凍等多種惡劣的環(huán)境中使用，即不受大氣壓力、濕度、含沙量、冰凍等外界因素的影響；采樣精度與傳感器的測(cè)量體長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，不同變幅的電子水尺的測(cè)量精度保持不變，均為1 cm；采樣頻率為1次/20 s，工作溫度為-20～60℃，采用4 G網(wǎng)絡(luò)通信和太陽(yáng)能供電。

2.2 監(jiān)控?cái)z像機(jī)

攝像機(jī)選用200萬(wàn)像素，分辨率為1 920×1 080@25fps的高清球型攝像機(jī)。該攝像機(jī)具備22倍光學(xué)變倍，16倍數(shù)字變倍能力；采用高效紅外陣列，低功耗，照射距離最遠(yuǎn)可達(dá)180 m；具備星光級(jí)超低照度能力，最低照度為0.001 Lux/F1.6（彩色）、0.001 Lux/F1.6（黑白）。

2.3 安裝地點(diǎn)及安裝方式

監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝在易積水地區(qū)，根據(jù)安裝位置和使用需求采取不同的安裝方式。

（1）地道區(qū)域安裝方式。為保證水位測(cè)量的實(shí)用性及準(zhǔn)確性，電子水尺安裝位置選擇在地道中的最低處；為了監(jiān)測(cè)攝像機(jī)有最大的觀察范圍，需要在積水片附近安裝監(jiān)控立桿，桿體為4 m直桿。同時(shí)，在攝像機(jī)附近安裝階梯水位尺，用以讀取有效水位數(shù)據(jù)，便于建立水位數(shù)據(jù)對(duì)比系統(tǒng)。

（2）道路區(qū)域安裝方式。道路區(qū)域安裝相對(duì)簡(jiǎn)單，根據(jù)高程測(cè)量結(jié)果，選擇在低洼積水處建設(shè)水位測(cè)量電子水尺及監(jiān)控點(diǎn)位，采用太陽(yáng)能供電系統(tǒng)。電子水尺安裝在保護(hù)管內(nèi)。

3 系統(tǒng)功能

3.1 分屏顯示

為滿足不同使用場(chǎng)景需求，系統(tǒng)軟件界面增加分屏切換功能，可在單屏、雙屏、三屏3種顯示模式之間進(jìn)行切換，用戶可根據(jù)使用現(xiàn)場(chǎng)條件切換到適合的模式。

3.2 點(diǎn)位分布顯示

系統(tǒng)在點(diǎn)位分布圖上增加積水點(diǎn)相關(guān)排水泵站、雨量、河道的點(diǎn)位圖層，并可以單獨(dú)顯示和隱藏；同時(shí)，在點(diǎn)位分布圖的積水點(diǎn)詳情標(biāo)簽中增加積水視頻查看鏈接功能，可以直接在彈窗中查看該點(diǎn)位的實(shí)時(shí)視頻。

3.3 云臺(tái)控制

系統(tǒng)支持云臺(tái)方向控制，調(diào)節(jié)云臺(tái)控制速度，可通過(guò)用戶級(jí)別進(jìn)行云臺(tái)搶占和鎖定。

3.4 通過(guò)排水模型進(jìn)行退水方案指導(dǎo)

基于統(tǒng)一的天津市暴雨模型公式、城市基礎(chǔ)地形數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)、雨水管網(wǎng)數(shù)據(jù)、泵站數(shù)據(jù)、歷史降雨及積水?dāng)?shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)澇排水預(yù)測(cè)分析。

3.5 水位報(bào)警

系統(tǒng)使用人員可以為每個(gè)積水點(diǎn)單獨(dú)設(shè)置警戒水位和報(bào)警方式。

3.6 積水片區(qū)報(bào)表

系統(tǒng)后臺(tái)設(shè)定任務(wù)，每月底自動(dòng)匯總各積水監(jiān)測(cè)點(diǎn)當(dāng)月的積水發(fā)生次數(shù)、積水日期、最大積水深度、退水歷時(shí)等信息并生成報(bào)表顯示。

3.7 水位數(shù)據(jù)比對(duì)、故障自診斷

在建設(shè)電子水尺獲取水位數(shù)據(jù)的同時(shí)，在同區(qū)域內(nèi)建設(shè)視頻監(jiān)測(cè)攝像機(jī)用來(lái)識(shí)別積水深度，系統(tǒng)將2組數(shù)據(jù)在軟件平臺(tái)中進(jìn)行對(duì)比，在誤差合理數(shù)值之內(nèi)以電子水尺的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；超過(guò)合理數(shù)值時(shí)，則以視頻識(shí)別數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。同時(shí)，平臺(tái)會(huì)發(fā)出報(bào)警信息提醒操作人員，通知設(shè)備維護(hù)單位現(xiàn)場(chǎng)排除設(shè)備故障。

3.8 視頻資源專網(wǎng)共享

在原有自建視頻的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)共享技防網(wǎng)（接入14萬(wàn)余路視頻資源），既增加了大量視頻資源，又節(jié)約了工作成本。

4 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)的工作方式因數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，更多地依靠指揮調(diào)度人員的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，往往導(dǎo)致排水設(shè)備和人力資源分配不均，造成全市排水退水速度的不均衡和人力物力資源的浪費(fèi)。通過(guò)該系統(tǒng)的建立，改變了天津中心城區(qū)排水工作以往需通過(guò)人工匯報(bào)、經(jīng)驗(yàn)估算的粗放式管理調(diào)度手段。通過(guò)該系統(tǒng)的使用，指揮調(diào)度人員根據(jù)精確的水位數(shù)據(jù)制定排水計(jì)劃，合理調(diào)配人員及排水設(shè)備，加快城市積水的退水速度，保障城市人民出行便利和生產(chǎn)生活安全。