信息化技術(shù)在智慧排水指揮調(diào)度管理中的應(yīng)用

熊杰

摘要：智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)是智慧城市的重要組成部分，依托大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市排水系統(tǒng)運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)掌握，并根據(jù)實(shí)際需要靈活調(diào)度、科學(xué)指揮，在解決城市內(nèi)澇、提高城市水資源利用率等方面發(fā)揮了顯著作用。本文首先介紹了智慧排水指揮調(diào)度管理中使用到的一些信息技術(shù)，隨后著重概述了智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的基本組成和具體功能，包括電子水尺系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、河道水位檢測(cè)系統(tǒng)、雨量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。最后結(jié)合南昌市城市排水應(yīng)用實(shí)例，證明智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)在預(yù)防城市內(nèi)澇方面發(fā)揮了良好效果。

關(guān)鍵詞：信息化技術(shù)智慧排水指揮調(diào)度管理視頻監(jiān)控自動(dòng)化保護(hù)

Application of Information Technology in Smart Drainage Command and Dispatch Management

XIONG Jie

（Nanchang Municipal Public Utilities Service Center，Nanchang，Jiangxi Province，330000 China）

Abstract： The smart drainage command and dispatch management system is an important part of a smart city. Relying on big data， Internet， Internet of things and other information technologies， it can realize real-time control of the operation of the urban drainage system， and flexible dispatch and scientific command according to actual needs. It has played a significant role in solving urban waterlogging and improving the utilization rate of urban water resources. This article first introduces some information technologies used in smart drainage command and dispatch management， and then focuses on the basic composition and specific functions of the smart drainage command and dispatch management system， including electronic water gauge system， video monitoring system， river water level detection system， rainfall Data acquisition system， etc. Finally， combined with the application of urban drainage in Nanchang， it proves that the intelligent drainage command and dispatch management system has played a good effect in preventing urban waterlogging.

Key Words： Information technology; Intelligent drainage command and dispatch management; Video surveillance; Automatic protection

在早期的城市建設(shè)中，由于缺少統(tǒng)籌規(guī)劃，城市排水系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度難度較大，在處理暴雨等突發(fā)事件方面缺乏有效聯(lián)動(dòng)，各方力量難以快速、高效地形成合力，影響了城市排水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。隨著“智慧城市”的不斷發(fā)展，信息化技術(shù)在城市排水管理中得到了推廣應(yīng)用，構(gòu)建智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)成為保障城市排水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)許多城市進(jìn)行了智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的試點(diǎn)應(yīng)用并取得了良好效果，尤其是在強(qiáng)降雨天氣下避免城市內(nèi)澇問(wèn)題上有突出表現(xiàn)，具有推廣應(yīng)用價(jià)值[1]。

1.智慧排水指揮調(diào)度管理中的信息化技術(shù)

隨著智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的推廣使用，相應(yīng)的理論研究也日益豐富，進(jìn)而推動(dòng)了技術(shù)創(chuàng)新，讓該系統(tǒng)的整體功能更加豐富，實(shí)用價(jià)值也得到了進(jìn)一步的提升。目前來(lái)看，智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)中運(yùn)用的信息技術(shù)主要有以下幾種。（1）地理信息技術(shù)。地理信息技術(shù)主要涵蓋了GIS、GPS等技術(shù)，它能夠基于空間位置數(shù)據(jù)信息，融合應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析、城市管理等知識(shí)，對(duì)某個(gè)范圍內(nèi)的地理信息和空間信息進(jìn)行研究、管理。在智慧排水指揮調(diào)度管理中，地理信息技術(shù)可以提供城市道路、河流、路面等不同空間區(qū)域的水位信息，為城市防汛排澇指揮調(diào)度提供了必要的信息參考。（2）物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)是利用各種類型的傳感裝置、電子儀表，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息、設(shè)備運(yùn)行信息的動(dòng)態(tài)采集，并利用通信設(shè)備將這些數(shù)據(jù)同步反饋至指揮調(diào)度中心，然后在指揮電視墻上呈現(xiàn)出來(lái)，方便調(diào)度中心工作人員遠(yuǎn)程操控和實(shí)時(shí)管理。互聯(lián)網(wǎng)則可以將調(diào)度中心與泵站值班室以及前端各類電氣設(shè)備連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)相互通信和保證指令下達(dá)，是維持整個(gè)智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵[2]。（3）大數(shù)據(jù)技術(shù)。對(duì)于前端傳感裝置、電子儀表采集到的海量數(shù)據(jù)，需要利用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)做篩選、分類、統(tǒng)計(jì)等一系列處理，從中提取有價(jià)值的信息，為排水指揮調(diào)度管理提供必要的參考。（4）其他技術(shù)。除了上述幾種關(guān)鍵技術(shù)外，該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)到安全技術(shù)、數(shù)據(jù)共享技術(shù)等。

2基于信息技術(shù)的排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1電子水尺系統(tǒng)

電子水尺本質(zhì)上是一種高靈敏度的接觸式數(shù)字傳感器，基于水具有弱導(dǎo)電性的特點(diǎn)，利用測(cè)量電極采集水位的變動(dòng)信息，主要應(yīng)用于城市道路積水以及排水管網(wǎng)等水位監(jiān)測(cè)。從組成結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電子水尺系統(tǒng)外部使用了不銹鋼材料作為外殼，內(nèi)部則使用密封材料，防水等級(jí)為IP68，可以有效防止受潮、污染。在電路模塊上，使用了過(guò)電壓保護(hù)、電源極性反接保護(hù)等措施，保證了電子水尺的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)提高測(cè)量精度和減少現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)有積極幫助。

2.2視頻監(jiān)控系統(tǒng)

排水泵站包含了大量的管線、設(shè)備，如排污泵、電機(jī)、閥門、照明設(shè)備等。要想保證排水泵站的正常運(yùn)行，需要各類設(shè)備之間能夠做到協(xié)調(diào)配合。視頻監(jiān)控系統(tǒng)是以大量的攝像裝置為基礎(chǔ)，采集現(xiàn)場(chǎng)視頻信息并將數(shù)據(jù)同步至監(jiān)控室，方便管理人員實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站各部分運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)監(jiān)管。另外，通過(guò)人為設(shè)定傳輸方式、傳輸時(shí)間，還能將視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集到的視頻信息，定時(shí)發(fā)送至調(diào)度中心或管理人員的手機(jī)客戶端，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，以便于隨時(shí)查看泵站運(yùn)行情況。除了泵站視頻監(jiān)控外，還有道路積水視頻監(jiān)控，主要用于監(jiān)測(cè)路面是否出現(xiàn)大面積積水，或者排水井往外溢水情況。依托視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全天候、大范圍的視頻監(jiān)控，讓指揮調(diào)度管理人員隨時(shí)掌握城市各處排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，方便靈活調(diào)度和妥善處理[3]。

2.3河道水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要用于城市內(nèi)部河道水位、雨水情況的全天候、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)。將監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類整理后，與河道水位線進(jìn)行對(duì)比，如果當(dāng)前河道水位高度超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明河道水位上漲情況嚴(yán)重，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行預(yù)警，提醒調(diào)度中心的管理人員及時(shí)采取措施調(diào)度河道相關(guān)防汛閘門啟閉，防止河道水位過(guò)量上漲影響城市排澇。由于前端的水位監(jiān)測(cè)裝置會(huì)不斷采集河道水位信息，因此當(dāng)采取排水調(diào)度措施并且水位線下降至標(biāo)準(zhǔn)范圍后，可以自動(dòng)解除警報(bào)，有助于提高智慧排水指揮調(diào)度管理的靈活性[4]。

2.4泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.4.1水泵自動(dòng)控制模塊

智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)中的水泵自動(dòng)控制模塊可以實(shí)時(shí)掌握每一臺(tái)水泵的運(yùn)行情況、電網(wǎng)狀況、閘門位置等信息，在此基礎(chǔ)上結(jié)合集水池進(jìn)水量、液位等相關(guān)參數(shù)，自動(dòng)確定開(kāi)泵時(shí)間、開(kāi)泵數(shù)量。在開(kāi)泵以后，利用傳感器獲取液位變化信息，并將該信息同步反饋至泵站的PLC控制中心。當(dāng)液位達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值后，再關(guān)閉水泵。這樣一來(lái)，就可以實(shí)現(xiàn)泵站的無(wú)人值守，節(jié)約了人力，提高了運(yùn)行效率。通過(guò)PLC內(nèi)置控制程序，還可以準(zhǔn)確計(jì)算出每臺(tái)水泵的運(yùn)行時(shí)間，調(diào)節(jié)啟停順序，解決了水泵長(zhǎng)期閑置或過(guò)度使用的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用效率的最大化。泵站自動(dòng)控制的各項(xiàng)參數(shù)也會(huì)實(shí)時(shí)傳輸至調(diào)度中心，由調(diào)度中心的PC機(jī)進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)控制，進(jìn)一步保障泵站設(shè)備的可靠運(yùn)行。

2.4.2設(shè)備自動(dòng)化保護(hù)模塊

泵站系統(tǒng)中電氣設(shè)備的種類和數(shù)量較多，為避免泵站系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)停運(yùn)故障，設(shè)計(jì)了多種自動(dòng)保護(hù)裝置。例如，電氣故障保護(hù)、進(jìn)出水閥門開(kāi)啟保護(hù)、液位保護(hù)等。當(dāng)泵站系統(tǒng)的某個(gè)部分發(fā)生故障后，自動(dòng)保護(hù)模塊可以立即響應(yīng)，并發(fā)揮保護(hù)功能，避免故障問(wèn)題的擴(kuò)大化。設(shè)備自動(dòng)保護(hù)控制功能的實(shí)現(xiàn)，大體上可以分為狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障保護(hù)兩個(gè)步驟。前者是利用智能儀表、傳感裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行工況的自動(dòng)采集;后者則是利用PLC對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如果匹配不成功，則說(shuō)明存在異常運(yùn)行情況。在顯示器上提供故障碼，并進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)控制，后期也可以通過(guò)手動(dòng)操作查看故障信息或歷史處理記錄[5-6]。

2.5雨量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

傳統(tǒng)的雨量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在降雨結(jié)束以后再提供降雨相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集具有滯后性，尤其是在出現(xiàn)強(qiáng)降雨天氣時(shí)，由于提供的雨量數(shù)據(jù)不及時(shí)，不利于排水指揮調(diào)度管理工作的開(kāi)展。而在線雨量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則解決了這一弊端，一方面是能夠精確測(cè)量出雨量信息，另一方面還能保證數(shù)據(jù)的反饋及時(shí)，方便調(diào)度中心的工作人員可以隨時(shí)掌握雨量信息，確保了智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。雨量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心裝置是搭載了工業(yè)級(jí)處理芯片的數(shù)據(jù)采集器，使用ABD外殼進(jìn)行保護(hù)，保證了在野外惡劣環(huán)境下也能正常采集數(shù)據(jù)。另外，還有傳感器、外部U盤等。前端反饋的雨量信息，會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)采集時(shí)間自動(dòng)生成一個(gè)文檔進(jìn)行存儲(chǔ)。后續(xù)調(diào)用雨量數(shù)據(jù)時(shí)，可以直接調(diào)用相關(guān)的文檔，防止數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題出現(xiàn)。

2.6泵站安全警報(bào)系統(tǒng)

為切實(shí)保障泵站設(shè)備及現(xiàn)場(chǎng)工作人員的安全，設(shè)計(jì)使用了安防報(bào)警系統(tǒng)。同時(shí)，為避免出現(xiàn)誤報(bào)的情況，采用了雙重安防設(shè)置。一方面是利用前端的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，采集現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)面與視頻信號(hào)，并將其實(shí)時(shí)傳輸至泵站值班室和指揮調(diào)度中心，在監(jiān)控顯示屏上實(shí)現(xiàn)畫(huà)面同步，以便于值班人員隨時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況。另一方面，則是基于故障自檢功能，每隔一段時(shí)間對(duì)系統(tǒng)中各類設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行一次檢查，如果發(fā)現(xiàn)有異常運(yùn)行的設(shè)備，則標(biāo)記設(shè)備后進(jìn)行報(bào)警。值班室或調(diào)度中心的工作人員，綜合對(duì)比報(bào)警信息與視頻畫(huà)面，確定故障類型和故障位置，為下一步進(jìn)行故障排查與維修提供了必要的參考。

3智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果

南昌市2020年6月1～3日發(fā)生強(qiáng)降雨，過(guò)程降雨量達(dá)到146.5mm，全市共102站降水超過(guò)50mm，81站超過(guò)100mm，7站超過(guò)200mm，也就是說(shuō)全市有88站超過(guò)大暴雨級(jí)別。為有效應(yīng)對(duì)雨情，市排水管理處指揮調(diào)度中心與市氣象臺(tái)預(yù)警中心采用聯(lián)動(dòng)機(jī)制，通過(guò)信息共享的方式，提前12h獲取氣象預(yù)警中心提供的降雨量預(yù)警預(yù)報(bào)信息，以便于對(duì)排水系統(tǒng)的靈活調(diào)度。在降雨開(kāi)始后，利用智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握各泵站水位變化及運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)歷年排水指揮調(diào)度管理經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些易發(fā)生積水的區(qū)域進(jìn)行了重點(diǎn)視頻監(jiān)控，避免出現(xiàn)嚴(yán)重內(nèi)澇。同時(shí)，基于對(duì)雨情變化趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，提前做好區(qū)域排水人員、設(shè)備、車輛的指揮調(diào)度管理，提高泵站設(shè)備利用效率。在本次強(qiáng)降雨結(jié)束后，調(diào)取智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的后臺(tái)數(shù)據(jù)，整個(gè)降雨過(guò)程持續(xù)排水37.5h，累計(jì)排水8.244×106m3。雖然本次降雨量較大，但是應(yīng)用智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了市城區(qū)內(nèi)主干道路的“一日暴雨，四小時(shí)排干”社會(huì)承諾，未出現(xiàn)嚴(yán)重的道路積水和地面淹泡情況，預(yù)防了城市內(nèi)澇現(xiàn)象的發(fā)生，該智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)取得了理想的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語(yǔ)

在推進(jìn)“智慧城市”建設(shè)的過(guò)程中，信息技術(shù)在城市管理中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。基于大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿信息技術(shù)建立起來(lái)的排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)泵站運(yùn)行工作、城市道路積水和地下管網(wǎng)水位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并實(shí)現(xiàn)智能預(yù)警、自動(dòng)控制，在提高排水泵站運(yùn)行效率、加快道路積水排出等方面展現(xiàn)出了應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。從實(shí)踐應(yīng)用效果來(lái)看，智慧排水指揮調(diào)度管理系統(tǒng)的應(yīng)用能夠有效應(yīng)對(duì)強(qiáng)降雨天氣，并且解決了城市內(nèi)澇問(wèn)題，在城市現(xiàn)代化建設(shè)中有良好的應(yīng)用前景。

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