智能消火栓和智能給水井蓋的建設(shè)

文｜張敬琳 吳婭

深圳市深水龍華水務(wù)有限公司通過(guò)線上和線下結(jié)合、人工和自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合的雙結(jié)合的方式對(duì)城市消火栓和窨井情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、自動(dòng)預(yù)警、智能分析、閉環(huán)管理，問(wèn)題歸零管控、輔助決策的先進(jìn)作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)隱患“實(shí)時(shí)監(jiān)管、即時(shí)維護(hù)、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隱患。

一、建設(shè)內(nèi)容

基于傳統(tǒng)消火栓和井蓋管理所存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，結(jié)合打造智慧城市需求和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展思路，計(jì)劃建設(shè)最新一代的智慧消火栓和智慧井蓋監(jiān)控管理系統(tǒng)，讓每一個(gè)消火栓和井蓋都變成智慧的大腦，成為未來(lái)智慧城市的“管理專(zhuān)家”。

（一）智能消火栓

智能消火栓利用物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計(jì)算、5G技術(shù)對(duì)消火栓的水壓、用水情況進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，采用邊緣計(jì)算技術(shù)，對(duì)非法用水情況人工學(xué)習(xí)和智能分析，能夠根據(jù)消火栓水流速度或者閥桿旋轉(zhuǎn)角度，對(duì)出水量進(jìn)行計(jì)量，能夠根據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)則發(fā)現(xiàn)消火栓水壓低于或高于閾值、非法用水、消火栓被撞倒等事件，系統(tǒng)立即通過(guò)NB-IOT 或GPRS、4G、5G 等通信手段，將事件及對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)上傳云平臺(tái)，云平臺(tái)通過(guò)工單流轉(zhuǎn)的形式對(duì)事件進(jìn)行跟蹤處理，通過(guò)移動(dòng)APP等手段實(shí)時(shí)通知相關(guān)管理人員，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題事件的閉環(huán)管理。

（二）智能井蓋

采用傳感器技術(shù)、GIS 導(dǎo)航技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、人工智能以及5G 技術(shù)，提升和優(yōu)化傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)模式，有效解決以往窨井蓋監(jiān)控所遇到的通訊問(wèn)題。智能井蓋采用智能傳感、5G 窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，通過(guò)信息化技術(shù)與井蓋緊密結(jié)合，構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋的數(shù)字化管理,建立一套科學(xué)完善的井蓋監(jiān)督評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有資源的共享，提高城市綜合管理的效率和水平。智能井蓋功能主要覆蓋以下幾點(diǎn)：1.能夠?qū)w的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)啟、位移、傾斜、丟失等異常狀態(tài)時(shí)，可以及時(shí)通知警報(bào)；2.能夠通過(guò)電子密碼鎖等設(shè)備進(jìn)行井蓋管理，對(duì)井蓋和管道資源進(jìn)行保護(hù)；3.能夠?qū)畠?nèi)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌控井內(nèi)氣體成分、水質(zhì)、水位、溫度等多種因素，出現(xiàn)異?？梢约皶r(shí)發(fā)出警報(bào)；4.完整成熟的智能井蓋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井蓋的統(tǒng)一管理，解決傳統(tǒng)管理方式帶來(lái)的痛點(diǎn)。

二、建設(shè)亮點(diǎn)

（一）智能消火栓建設(shè)

1.功能創(chuàng)新

為了滿足本項(xiàng)目的應(yīng)用和場(chǎng)地需求，智能消火栓實(shí)現(xiàn)了諸多創(chuàng)新功能，具體如下：（1）水量監(jiān)測(cè)——消火栓能夠感知水位的開(kāi)關(guān)量、水壓和持續(xù)時(shí)間，并且能夠通過(guò)這些參數(shù)進(jìn)行水量監(jiān)測(cè)計(jì)算；（2）撞到監(jiān)測(cè)——傾斜度超過(guò)450，實(shí)時(shí)報(bào)警；（3）非法用水監(jiān)測(cè)——當(dāng)水位開(kāi)關(guān)發(fā)生變化有水流出時(shí)，實(shí)時(shí)報(bào)警；（4）低功耗——休眠電流≤10uA；（5）無(wú)水報(bào)警——無(wú)水時(shí)，實(shí)時(shí)報(bào)警；（6）二維碼管理——每一個(gè)消火栓都以二維碼形式賦予唯一ID，可使用ID 在平臺(tái)內(nèi)提取位置、設(shè)備、歷史記錄等信息。

2.邊緣計(jì)算

在本項(xiàng)目中，智慧消火栓利用邊緣計(jì)算能力對(duì)流經(jīng)消火栓的水量進(jìn)行智能監(jiān)測(cè)。消火栓能夠感知水位的開(kāi)關(guān)量、水壓和持續(xù)時(shí)間，利用邊緣計(jì)算基數(shù)，根據(jù)水位開(kāi)關(guān)量、水壓、持續(xù)時(shí)間計(jì)算用水量，用水量超過(guò)5 噸時(shí)誤差小于10%。

消火栓有一個(gè)異常情況存在就是消火栓的前端的閥門(mén)關(guān)閉，導(dǎo)致消火栓水壓正常，但是在發(fā)生事故時(shí)無(wú)法正常出水。針對(duì)這種情況，對(duì)消火栓的水壓數(shù)據(jù)利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練出這一異常事件的數(shù)據(jù)規(guī)則，并且將該規(guī)則下發(fā)給智能消火栓，使得消火栓能夠自動(dòng)發(fā)現(xiàn)在一定期間內(nèi)，水壓值符合要求但水壓不穩(wěn)的異常情況，并且實(shí)時(shí)報(bào)警。

同樣的技術(shù)我們還將其應(yīng)用到水壓漸變報(bào)警功能上，使得消火栓能夠利用邊緣計(jì)算技術(shù)智能分析出消火栓在一定期間內(nèi)，水壓值符合要求但水壓線性下降的異常情況，并且實(shí)時(shí)報(bào)警。

3.5G 技術(shù)應(yīng)用

智能消火栓采用5G 無(wú)線技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，利用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)消火栓的水位的開(kāi)關(guān)量、水壓和持續(xù)時(shí)間，傾角等參數(shù)，并且通過(guò)5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)快速、準(zhǔn)確和可靠的傳輸至云平臺(tái)。云平臺(tái)也可通過(guò)5G 網(wǎng)絡(luò)下發(fā)數(shù)據(jù)規(guī)則給智能消火栓，消火栓利用邊緣計(jì)算對(duì)數(shù)據(jù)異常進(jìn)行自主判斷，上報(bào)告警信息。

（二）智能井蓋建設(shè)

1.硬件方面

設(shè)備可實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)全天健康安全監(jiān)控，低功耗設(shè)計(jì)使設(shè)備在平時(shí)處于深度休眠狀態(tài)，設(shè)備可以在線進(jìn)行參數(shù)更新，優(yōu)化的天線設(shè)計(jì)以及信號(hào)傳輸功率可以保證在鑄鐵井蓋下信號(hào)可完美傳出。

2.軟件方面

Web 端：設(shè)備后臺(tái)能24 小時(shí)監(jiān)測(cè)并展示前端設(shè)備的狀態(tài)信息，當(dāng)前端設(shè)備檢測(cè)到的狀態(tài)值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)提示預(yù)警信息并上報(bào)至中心平臺(tái)；通過(guò)后臺(tái)授權(quán)處理，解決員工施工時(shí)智能井蓋傳感器誤報(bào)問(wèn)題；后臺(tái)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到全城各網(wǎng)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并對(duì)數(shù)據(jù)異常的點(diǎn)位通過(guò)PC 彈窗或者手機(jī)APP 信息推送進(jìn)行告警提醒；可以對(duì)巡檢人員進(jìn)行任務(wù)指派、巡檢記錄與巡檢軌跡管理，實(shí)時(shí)掌握巡檢人員動(dòng)態(tài)和轄區(qū)內(nèi)井蓋巡檢狀態(tài)；通過(guò)系統(tǒng)所采集到的信息，后臺(tái)還能做大數(shù)據(jù)分析處理；提供Websocket、HTTP 等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口，根據(jù)需求進(jìn)行接口定制開(kāi)發(fā)。

APP 端：系統(tǒng)APP 支持android、IOS 終端，同時(shí)還支持Web 后臺(tái)管理。主要應(yīng)用于設(shè)備的安裝登記、告警信息的跟單處理、設(shè)備網(wǎng)點(diǎn)地理位置展示、智能巡檢及導(dǎo)航追蹤。

（三）管理模式創(chuàng)新

深圳市深水龍華水務(wù)有限公司通過(guò)線上和線下結(jié)合、人工和自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合的雙結(jié)合的方式對(duì)城市消火栓和窨井情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、自動(dòng)預(yù)警、智能分析、閉環(huán)管理，問(wèn)題歸零管控、輔助決策的先進(jìn)作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)隱患“實(shí)時(shí)監(jiān)管、即時(shí)維護(hù)、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隱患。通過(guò)將以往完全依靠日?，F(xiàn)場(chǎng)巡檢的（如消火栓）監(jiān)督管理性質(zhì)的工作，經(jīng)過(guò)信息化、智能化的技術(shù)改造，轉(zhuǎn)化為以遠(yuǎn)程監(jiān)督管理為主、現(xiàn)場(chǎng)巡檢作業(yè)為輔的形態(tài)，大大提升工作效率，減少人力費(fèi)用，相關(guān)管理部門(mén)可從時(shí)間、人力消耗極大的日常事務(wù)中解脫出來(lái)，將更多精力放在宏觀性的全局管控上。

深圳市深水龍華水務(wù)有限公司建立給水井隱患分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和分級(jí)管理機(jī)制，根據(jù)供水窨井的深度、積水深度和井室氣體狀況，按照其危險(xiǎn)程度由高到低將供水窨井分為4 級(jí)，分別對(duì)應(yīng)紅、橙、黃、藍(lán)四種警示顏色，按照級(jí)別制定不同的巡查和維護(hù)頻次，實(shí)現(xiàn)供水窨井的分級(jí)維護(hù)管理。通過(guò)供水窨井分級(jí)，切實(shí)了解其危險(xiǎn)程度，根據(jù)分級(jí)加強(qiáng)窨井維護(hù)管理，有效降低風(fēng)險(xiǎn)，提高管理效率。

三、建設(shè)經(jīng)驗(yàn)

像消火栓和井蓋這樣平時(shí)看似簡(jiǎn)單的設(shè)備，很容易在工作中被忽視。但是在全面的傳感器監(jiān)控和數(shù)據(jù)挖掘分析之下，這些看似簡(jiǎn)單的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)其實(shí)能展現(xiàn)出許多故障和隱患的信息和線索，利用云計(jì)算、邊緣計(jì)算和人工智能技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)治理和大數(shù)據(jù)分析，就會(huì)發(fā)現(xiàn)供水網(wǎng)絡(luò)中的故障和隱患。我們的員工在智能消火栓和智能井蓋的建設(shè)過(guò)程中也逐步形成了對(duì)這些看似簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)水務(wù)設(shè)施的敬畏之心，端正了工作態(tài)度，更加深入地了解到水務(wù)工作中無(wú)論事務(wù)巨細(xì)，都應(yīng)認(rèn)真、嚴(yán)肅對(duì)待。

利用5G 技術(shù)廣連接、低功耗、萬(wàn)物互聯(lián)、海量數(shù)據(jù)等特性，傳輸層利用高速高可靠性等特性，可將水務(wù)工作中的各種部件智能感知和廣泛連接，為智慧水務(wù)做好數(shù)據(jù)源基礎(chǔ)。

人工智能、邊緣計(jì)算和大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用可以將我們?cè)谌粘９ぷ髦蟹e累的工作經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，使得管理系統(tǒng)也具有智能處理能力，相關(guān)人員可從時(shí)間、人力消耗極大的日常事務(wù)中解脫出來(lái)，大大地提升了工作效率，節(jié)約人力。

線上和線下結(jié)合、人工和自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合的雙結(jié)合的工作管理方式對(duì)城市消火栓和窨井情況進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測(cè)和管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融合、自動(dòng)預(yù)警、智能分析、閉環(huán)管理，問(wèn)題歸零管控、輔助決策的先進(jìn)作業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)隱患“實(shí)時(shí)監(jiān)管、即時(shí)維護(hù)、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隱患。