智慧排水综合监管平台设计与研究
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作者:刘红义 朱玉明 王鹏 兰娟 白喆 万艳东
摘 要： 面向城市住建及环保等政府部门，围绕污水处理厂、排水管网、排水户、排水附属设施等城市排水治理业务场景，利用5G、云计算、大数据、物联网、移动互联网等现代信息技术，打造“源-网-厂”为一体的智慧排水综合监管平台。平台通过建立统一的排水空间数据库、排水设施基础数据库及在线监测数据库，构建污水厂监管、排水管网监管、排水用户监管、工单管理、排水综合“一张图”分析与展示等业务功能，搭建面向“排水户—排水管网—污水处理厂”的全方位排水监管机制，动态掌控排水设施运行态势变化，全面支撑信息实时更新和共享交换，为排水管理业务提供统一的管理支撑，提高城市排水业务管理精细化水平。
关键词： 城市排水治理;“一张图”分析;管理精细化;排水管网;运行态势
中图分类号： TP319 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.10.002
本文著录格式：刘红义，朱玉明，王鹏，等. 智慧排水综合监管平台设计与研究[J]. 软件，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设的重要环节，是体现城市治理智能化水平的重要标志之一，是排（污）水事业发展、行业监管与服务的重要支撑和保障。近年来，随着我国整体发展水平的逐步提升，我国城市排（污）水治理工作已经取得了一定成效，但行业监督管理信息化建设仍相对滞后，存在监测体系不完善、信息孤岛问题突出、信息服务及监管方式落后等问题。
综合应用物联网、大数据、云计算、人工智能等先进理念和高新技术，将传统排（污）水与现代信息化技术进行深度融合，将海量排（污）水信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果辅助决策建议，打造“源-网-厂”一体化监管体系，实现污水监管在线化、远程调度自动化、应急响应高效化、日常管理精细化，全面提高城市排水的综合监督管理和服务水平。
本文将围绕“智慧排水综合监管平台”的技术体系和主要功能进行阐述，设计一种面向城市排（污）水业务精细化治理的监督管理平台。
1 平台总体架构
1.1 系统架构
智慧排水综合监管平台是一个集合了排水业务监管过程中多业务流程的综合性信息化平台，该平台的系统架构设计如下。
感知层：主要包括用于排水数据采集的设备，包括流量计、液位计、水质分析仪表、等智能感知设备。 网络层：涵盖互联网和专网。
数据层：主要用于数据资源的统一组织和管理，实现数据的标准化和统一表达，为数据交换提供支撑。
应用层：主要是提供智慧排水综合监管平台中的基础应用，包括污水厂监管、排水管网监管、工单管理、移动应用和大数据综合分析等应用。
展现层：包括综合门户、移动门户和可视化 大屏。
1.2 应用架构
围绕污水处理厂、排水管网、排水用户三大管理对象，开展应用管理[1]，具体内容如下：供排水管理部门通过本平台对整个城市的排水业务进行监管，对外可实现对公众的信息公开、与其他政府部门的数据共享，对内可实现对污水处理厂、排水管网、排水用户的基础数据、采集数据、业务数据的统一监管，总体应用架构如下。
（1）供排水监督管理部门：通过统一门户、排水业务应用、移动排水监管、排水管网GIS大数据综合分析，实现对污水处理厂、排水户的行业监管。
（2）污水厂运维企业：通过污水厂基本信息管理、在线监测、生产报表管理、工艺图管理等业务功能，实现对污水处理厂的运维管理。
（3）管网运维企业：通过排水管网GIS、在线监测以及巡检管理等业务功能，实现对排水管网的运维管理。
（4）排水用户：通过排水户基本信息管理、在线监测、排水许可证管理等业务功能，实现对排水户的监督与管理。
1.3 数据架构
形成污水处理厂、排水管网、排水用户、工单管理的主数据、主题数据，通过数据交换服务实现与各个数据库之间、各个业务系统之间的数据获取，完成数据查询请求、更新数据入库、决策分析等工作[2]。系统数据架构如下。
1.4 技术架构
平台总体技术架构如下图所示，包括了数据源、整合层、信息层、平台服务层、前端交互层、SOA/BPM引擎以及支撑平台层和智能感知层等[3]。
2 智慧排水综合监管平台设计
智慧排水综合监管平台是一个涵盖从基础数据管理、业务数据管理、大数据分析、“一张图”综合展示到巡查工单、排污许可、厂网监管等多要素、多业务综合监管平台，主要包括污水处理厂监管、排水管网监管、排水用户监管、工单管理、移动应用、大数据综合分析以及统一门户等功能。如下图所示。
由上图可知，污水处理厂监管包含基本信息管理、在线监测、工艺图、生产运营报表;排水管网监管包含排水管网GIS、排水管网在线监测、排水管网调度、巡检管理;排水用户监管包含基本信息管理、在线监测、排水许可证管理;工单管理包含电话报修、自定义工单、工单状态;移动应用包括在线监测、工单管理、综合一张图、工作台、报警、异常指标等;大数据综合分析包括排水综合一张图、污水调度一张图和监测报警一张图。
2.1 污水处理厂监管
2.1.1 基本信息管理
对污水处理厂及运营公司基本信息进行管理，主要包括污水处理厂名称、位置、服务区域、处理能力、污水处理工艺、运营规模、运营制度等的管理。该模块包含污水处理厂基本信息管理、运营公司基本信息管理、地图定位等功能。
2.1.2 污水厂在线监测
对污水处理厂进水口和出水口的水质、水量进行实时监测，以曲线图和表格形式对各类指标的历史数据进行展示，同时可以对监测过程中发生的报警事件进行查看，将报警信息以工单形式发送给一线工作人员。该模块包含实时数据监测功能、历史数据查询功能、报警事件查看功能。
2.1.3 污水厂工艺图
工艺图页面主要展示各污水厂的工艺流程，上方为放大工艺图视图，下方可左右滚动并切换，可选择下方的某一污水厂工艺图卡片进行详细查看。
2.1.4 生产运营报表
生产报表是污水厂管理中非常重要的一项工作，能够提供最基础的数据来源，生产报表的样式可依据运营企业工作实际进行定制，根据污水厂，相应权限人员进行报表的在线填写，同时系统设置不同的约束条件，保证数据的按时填写。
2.2 排水管网监管
2.2.1 排水管网GIS
在GIS地图中，通过将排水管网与城市地图叠加展示，可以对排水管网的空间位置进行基本的展示，并直观显示城市中排水管网的分布和走向，可通过地图的基本操作进行全方位的查看，功能包括地图缩放、地图漫游、图层控制、全屏地图显示、地图刷新等[4]。
2.2.2 排水管网在线监测
借助表格、折线图等多种形式对排水管网实时监测数据、历史监测数据、报警数据进行展示。根据实时监测数据对管网运行状态进行预警分析，预警信息通过系统、APP等方式进行提示，同时将报警数据自动生成工单，并下发至一线工作人员。
2.2.3 排水管网调度
在枯水期和丰水期时，结合在线监测数据，对污水处理厂和排水管网进行按需调度，解决枯水期时远程调控污水，满足各个污水处理厂的运行需求;丰水期时远程调控管网，减少污水处理厂满负荷运行而造成的污水直排入河问题，最终达到提升流域断面水质的效果。
2.2.4 巡检管理
对排水管网巡查养护过程进行管理，对巡检人员轨迹进行追踪;提供对巡检计划进行增加、修改、刪除、查询的功能，提供对巡检工单及反馈结果的管理;主要包括人员定位、巡查计划、巡检工单等功能。
2.3 排水户监管
2.3.1 基本信息管理
对排水户的基本信息进行管理，主要包括所属区域、企业名称、控制级别、联系人、联系电话等的管理。该模块包含排水户基本信息管理和地图定位功能。 2.3.2 排水户在线监测
在线监测对排水户各个排口的水质、水量等数据进行监测，以卡片及列表形式展示排水户实时监测指标数据，以折线及列表形式展示历史数据，方便用户及时掌握排水户的污水排放情况;同时对实时监测数据进行分析，发现异常情况及时发出警报并进行事件处理。
2.3.3 排水許可证管理
排水许可证管理实现对排水户许可证申请审批流程的查看，方便用户统一管理。主要包括所属辖区、排水户名称、联系人、联系方式、审批完成时间、发证时间、有效日期、证书编号和审批详情等内容。
2.4 工单管理
2.4.1 电话报修
对来自排水业务相关的电话反馈报修信息进行记录，并对报修工单进行派单处理;电话信息的处理状态包括：待处理、已确认、已派单。
2.4.2 自定义工单
对除了监测报警、电话报修、巡查养护以外其他来源的维修事件，进行工单信息记录管理;工单新建之后派发至执行人进行后续处理。
2.4.3 工单状态与统计
对所有的维修工单、巡检工单的状态、工单内容进行统一展示;支持对巡检工单的报修照片及维修工单的维修效果照片快速查看功能。
2.5 移动应用
移动应用为巡查人员、监管人员、各级领导提供即时通讯、设施地图、在线监测、巡查上报、维修、现场处置、领导看板等功能。
2.6 大数据综合分析
2.6.1 排水综合一张图
结合GIS系统对城市排水管网进行集中展现，通过设定区域范围、管线属性等条件查看符合条件要求的管线分布及基本信息，同时通过图层控制可以查看各权属单位管辖的管线信息。
污水处理厂作为“智慧排水”监管重点对象[5]，为便于监管污水处理厂总体情况，系统提供排水综合一张图，在一张图上显示所有污水厂的位置，并能对污水处理厂基本信息、部分工艺图、排水管网总长度统计信息等进行统一展示。
2.6.2 污水调度一张图
在一张图上集中显示污水调度监测控制点，结合图层控制功能，对污水调度的对象进行分开显示：污水厂、支沟、排水户，并通过点击，可以查看监测控制点的开关状态以及开关状态的变更条件[6]。
2.6.3 监测报警一张图
对物联感知设备监测到的水质数据进行展示，结合图层控制功能可以对污水处理厂、排水管网、重点排水户的水位、水质、水量监测数据进行专题查看，同时水质一张图可以展示水质预警和报警信息。
3 结论
综上所述，基于“云大物移”等先进技术，进行智慧排水综合监管平台建设具有十分重要的现实意义和价值，通过搭建平台系统架构、应用架构、数据架构和技术架构，开展污水厂监管、排水管网监管、排水户监管、工单管理、移动应用及大数据综合分析等业务功能设计，打造统一的智慧排水综合监管平台，实现排水行业监管智慧化及日常管理精细化，促进排水事业高质量发展。
参考文献
[1]彭靖. 关于城市智慧排水建设的探讨[J]. 2018（S1）： 302-303.
[2]陈宝权. 创新大数据理论和方法提升城市智能化水平[J]. 2015（3）： 22-25.
[3]董海天. 关于“智慧水务”平台系统的构建及关键技术分析[J]. 水利规划与设计. 2017（2）： 22-24.
[4]杨建民. 基于GIS的供水综合管理系统[J]. 城市建设理论研究（电子版）. 2017（24）： 57.
[5]胡楠. 城市智慧排水建设与发展研究[J]. 数据通信. 2017（5）： 19-20.
[6]陈思齐. 有关城市给水排水出现的问题及其对策探析[J]. 科技创业家. 2013（10）： 138.
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