智慧排水綜合監管平臺設計與研究

劉紅義 朱玉明 王鵬 蘭娟 白喆 萬艷東

摘? 要： 面向城市住建及環保等政府部門，圍繞污水處理廠、排水管網、排水戶、排水附屬設施等城市排水治理業務場景，利用5G、云計算、大數據、物聯網、移動互聯網等現代信息技術，打造“源-網-廠”為一體的智慧排水綜合監管平臺。平臺通過建立統一的排水空間數據庫、排水設施基礎數據庫及在線監測數據庫，構建污水廠監管、排水管網監管、排水用戶監管、工單管理、排水綜合“一張圖”分析與展示等業務功能，搭建面向“排水戶—排水管網—污水處理廠”的全方位排水監管機制，動態掌控排水設施運行態勢變化，全面支撐信息實時更新和共享交換，為排水管理業務提供統一的管理支撐，提高城市排水業務管理精細化水平。

關鍵詞： 城市排水治理;“一張圖”分析;管理精細化;排水管網;運行態勢

中圖分類號： TP319? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.002

本文著錄格式：劉紅義，朱玉明，王鵬，等. 智慧排水綜合監管平臺設計與研究[J]. 軟件，2020，41（10）：0511+18

【Abstract】： For government agencies， such as urban living building and environmental protection around the sewage treatment plant，water drainage pipe network， drainage households， drainage ancillary facilities and other urban drainage business scenarios， using 5G， cloud computing， big data， Internet， mobile Internet and other modern information technology， to create “source - net – factory” comprehensive regulation platform for the integration of intelligent drainage. Through the establishment of a unified spatial drainage database， drainage infrastructure database and online monitoring database， the platform constructs the business functions of sewage plant supervision， drainage pipe network supervision， drainage user supervision， work order management， comprehensive “one chart” analysis and display of drainage， etc， building a comprehensive drainage supervision mechanism oriented to “drainage household-drainage pipe network-sewage treatment plant”， dynamically control the changes in the operation situation of drainage facilities， fully support the real-time update and sharing and exchange of information， provide unified management support for drainage management business， and improve the fine level of urban drainage business management.

【Key words】： Urban drainage management; “One chart” analysis; Management refinement; Drainage pipelines; Running posture

0? 引言

智慧排水作為智慧城市建設的重要環節，是體現城市治理智能化水平的重要標志之一，是排（污）水事業發展、行業監管與服務的重要支撐和保障。近年來，隨著我國整體發展水平的逐步提升，我國城市排（污）水治理工作已經取得了一定成效，但行業監督管理信息化建設仍相對滯后，存在監測體系不完善、信息孤島問題突出、信息服務及監管方式落后等問題。

綜合應用物聯網、大數據、云計算、人工智能等先進理念和高新技術，將傳統排（污）水與現代信息化技術進行深度融合，將海量排（污）水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，打造“源-網-廠”一體化監管體系，實現污水監管在線化、遠程調度自動化、應急響應高效化、日常管理精細化，全面提高城市排水的綜合監督管理和服務水平。

本文將圍繞“智慧排水綜合監管平臺”的技術體系和主要功能進行闡述，設計一種面向城市排（污）水業務精細化治理的監督管理平臺。

1? 平臺總體架構

1.1? 系統架構

智慧排水綜合監管平臺是一個集合了排水業務監管過程中多業務流程的綜合性信息化平臺，該平臺的系統架構設計如下。

感知層：主要包括用于排水數據采集的設備，包括流量計、液位計、水質分析儀表、等智能感知設備。

網絡層：涵蓋互聯網和專網。

數據層：主要用于數據資源的統一組織和管理，實現數據的標準化和統一表達，為數據交換提供支撐。

應用層：主要是提供智慧排水綜合監管平臺中的基礎應用，包括污水廠監管、排水管網監管、工單管理、移動應用和大數據綜合分析等應用。

展現層：包括綜合門戶、移動門戶和可視化? ? 大屏。

1.2? 應用架構

圍繞污水處理廠、排水管網、排水用戶三大管理對象，開展應用管理[1]，具體內容如下：供排水管理部門通過本平臺對整個城市的排水業務進行監管，對外可實現對公眾的信息公開、與其他政府部門的數據共享，對內可實現對污水處理廠、排水管網、排水用戶的基礎數據、采集數據、業務數據的統一監管，總體應用架構如下。

（1）供排水監督管理部門：通過統一門戶、排水業務應用、移動排水監管、排水管網GIS大數據綜合分析，實現對污水處理廠、排水戶的行業監管。

（2）污水廠運維企業：通過污水廠基本信息管理、在線監測、生產報表管理、工藝圖管理等業務功能，實現對污水處理廠的運維管理。

（3）管網運維企業：通過排水管網GIS、在線監測以及巡檢管理等業務功能，實現對排水管網的運維管理。

（4）排水用戶：通過排水戶基本信息管理、在線監測、排水許可證管理等業務功能，實現對排水戶的監督與管理。

1.3? 數據架構

形成污水處理廠、排水管網、排水用戶、工單管理的主數據、主題數據，通過數據交換服務實現與各個數據庫之間、各個業務系統之間的數據獲取，完成數據查詢請求、更新數據入庫、決策分析等工作[2]。系統數據架構如下。

1.4? 技術架構

平臺總體技術架構如下圖所示，包括了數據源、整合層、信息層、平臺服務層、前端交互層、SOA/BPM引擎以及支撐平臺層和智能感知層等[3]。

2? 智慧排水綜合監管平臺設計

智慧排水綜合監管平臺是一個涵蓋從基礎數據管理、業務數據管理、大數據分析、“一張圖”綜合展示到巡查工單、排污許可、廠網監管等多要素、多業務綜合監管平臺，主要包括污水處理廠監管、排水管網監管、排水用戶監管、工單管理、移動應用、大數據綜合分析以及統一門戶等功能。如下圖所示。

由上圖可知，污水處理廠監管包含基本信息管理、在線監測、工藝圖、生產運營報表;排水管網監管包含排水管網GIS、排水管網在線監測、排水管網調度、巡檢管理;排水用戶監管包含基本信息管理、在線監測、排水許可證管理;工單管理包含電話報修、自定義工單、工單狀態;移動應用包括在線監測、工單管理、綜合一張圖、工作臺、報警、異常指標等;大數據綜合分析包括排水綜合一張圖、污水調度一張圖和監測報警一張圖。

2.1? 污水處理廠監管

2.1.1? 基本信息管理

對污水處理廠及運營公司基本信息進行管理，主要包括污水處理廠名稱、位置、服務區域、處理能力、污水處理工藝、運營規模、運營制度等的管理。該模塊包含污水處理廠基本信息管理、運營公司基本信息管理、地圖定位等功能。

2.1.2? 污水廠在線監測

對污水處理廠進水口和出水口的水質、水量進行實時監測，以曲線圖和表格形式對各類指標的歷史數據進行展示，同時可以對監測過程中發生的報警事件進行查看，將報警信息以工單形式發送給一線工作人員。該模塊包含實時數據監測功能、歷史數據查詢功能、報警事件查看功能。

2.1.3? 污水廠工藝圖

工藝圖頁面主要展示各污水廠的工藝流程，上方為放大工藝圖視圖，下方可左右滾動并切換，可選擇下方的某一污水廠工藝圖卡片進行詳細查看。

2.1.4? 生產運營報表

生產報表是污水廠管理中非常重要的一項工作，能夠提供最基礎的數據來源，生產報表的樣式可依據運營企業工作實際進行定制，根據污水廠，相應權限人員進行報表的在線填寫，同時系統設置不同的約束條件，保證數據的按時填寫。

2.2? 排水管網監管

2.2.1? 排水管網GIS

在GIS地圖中，通過將排水管網與城市地圖疊加展示，可以對排水管網的空間位置進行基本的展示，并直觀顯示城市中排水管網的分布和走向，可通過地圖的基本操作進行全方位的查看，功能包括地圖縮放、地圖漫游、圖層控制、全屏地圖顯示、地圖刷新等[4]。

2.2.2? 排水管網在線監測

借助表格、折線圖等多種形式對排水管網實時監測數據、歷史監測數據、報警數據進行展示。根據實時監測數據對管網運行狀態進行預警分析，預警信息通過系統、APP等方式進行提示，同時將報警數據自動生成工單，并下發至一線工作人員。

2.2.3? 排水管網調度

在枯水期和豐水期時，結合在線監測數據，對污水處理廠和排水管網進行按需調度，解決枯水期時遠程調控污水，滿足各個污水處理廠的運行需求;豐水期時遠程調控管網，減少污水處理廠滿負荷運行而造成的污水直排入河問題，最終達到提升流域斷面水質的效果。

2.2.4? 巡檢管理

對排水管網巡查養護過程進行管理，對巡檢人員軌跡進行追蹤;提供對巡檢計劃進行增加、修改、刪除、查詢的功能，提供對巡檢工單及反饋結果的管理;主要包括人員定位、巡查計劃、巡檢工單等功能。

2.3? 排水戶監管

2.3.1? 基本信息管理

對排水戶的基本信息進行管理，主要包括所屬區域、企業名稱、控制級別、聯系人、聯系電話等的管理。該模塊包含排水戶基本信息管理和地圖定位功能。

2.3.2? 排水戶在線監測

在線監測對排水戶各個排口的水質、水量等數據進行監測，以卡片及列表形式展示排水戶實時監測指標數據，以折線及列表形式展示歷史數據，方便用戶及時掌握排水戶的污水排放情況;同時對實時監測數據進行分析，發現異常情況及時發出警報并進行事件處理。

2.3.3? 排水許可證管理

排水許可證管理實現對排水戶許可證申請審批流程的查看，方便用戶統一管理。主要包括所屬轄區、排水戶名稱、聯系人、聯系方式、審批完成時間、發證時間、有效日期、證書編號和審批詳情等內容。

2.4? 工單管理

2.4.1? 電話報修

對來自排水業務相關的電話反饋報修信息進行記錄，并對報修工單進行派單處理;電話信息的處理狀態包括：待處理、已確認、已派單。

2.4.2? 自定義工單

對除了監測報警、電話報修、巡查養護以外其他來源的維修事件，進行工單信息記錄管理;工單新建之后派發至執行人進行后續處理。

2.4.3? 工單狀態與統計

對所有的維修工單、巡檢工單的狀態、工單內容進行統一展示;支持對巡檢工單的報修照片及維修工單的維修效果照片快速查看功能。

2.5? 移動應用

移動應用為巡查人員、監管人員、各級領導提供即時通訊、設施地圖、在線監測、巡查上報、維修、現場處置、領導看板等功能。

2.6? 大數據綜合分析

2.6.1? 排水綜合一張圖

結合GIS系統對城市排水管網進行集中展現，通過設定區域范圍、管線屬性等條件查看符合條件要求的管線分布及基本信息，同時通過圖層控制可以查看各權屬單位管轄的管線信息。

污水處理廠作為“智慧排水”監管重點對象[5]，為便于監管污水處理廠總體情況，系統提供排水綜合一張圖，在一張圖上顯示所有污水廠的位置，并能對污水處理廠基本信息、部分工藝圖、排水管網總長度統計信息等進行統一展示。

2.6.2? 污水調度一張圖

在一張圖上集中顯示污水調度監測控制點，結合圖層控制功能，對污水調度的對象進行分開顯示：污水廠、支溝、排水戶，并通過點擊，可以查看監測控制點的開關狀態以及開關狀態的變更條件[6]。

2.6.3? 監測報警一張圖

對物聯感知設備監測到的水質數據進行展示，結合圖層控制功能可以對污水處理廠、排水管網、重點排水戶的水位、水質、水量監測數據進行專題查看，同時水質一張圖可以展示水質預警和報警信息。

3? 結論

綜上所述，基于“云大物移”等先進技術，進行智慧排水綜合監管平臺建設具有十分重要的現實意義和價值，通過搭建平臺系統架構、應用架構、數據架構和技術架構，開展污水廠監管、排水管網監管、排水戶監管、工單管理、移動應用及大數據綜合分析等業務功能設計，打造統一的智慧排水綜合監管平臺，實現排水行業監管智慧化及日常管理精細化，促進排水事業高質量發展。

參考文獻

[1]彭靖. 關于城市智慧排水建設的探討[J]. 2018（S1）： 302-303.

[2]陳寶權. 創新大數據理論和方法提升城市智能化水平[J].?2015（3）： 22-25.

[3]董海天. 關于“智慧水務”平臺系統的構建及關鍵技術分析[J]. 水利規劃與設計. 2017（2）： 22-24.

[4]楊建民. 基于GIS的供水綜合管理系統[J]. 城市建設理論研究（電子版）. 2017（24）： 57.

[5]胡楠. 城市智慧排水建設與發展研究[J]. 數據通信. 2017（5）： 19-20.

[6]陳思齊. 有關城市給水排水出現的問題及其對策探析[J]. 科技創業家. 2013（10）： 138.