王曉梁

（中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司）

1 概述

城市水環(huán)境治理流域一體化管控平臺(tái)是結(jié)合所在城市的流域具體情況，從平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)、硬件支撐平臺(tái)搭建、平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)集合、平臺(tái)數(shù)字化模型、平臺(tái)應(yīng)用子系統(tǒng)等五大部分構(gòu)建覆蓋所在城市全流域的立體感知體系，實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)、管網(wǎng)、工情、內(nèi)澇、水情、視頻等信息要素的實(shí)時(shí)采集、傳輸與存儲(chǔ)，有針對(duì)性地提供各類業(yè)務(wù)服務(wù)和應(yīng)用。

2 基本組成結(jié)構(gòu)

2.1 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

流域一體化管控平臺(tái)采用云計(jì)算典型架構(gòu)，包括基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層（IaaS）、數(shù)據(jù)服務(wù)層（DaaS）、平臺(tái)服務(wù)層（PaaS）、軟件應(yīng)用服務(wù)層（SaaS）和展示層。一體化管控平臺(tái)在此架構(gòu)之下，技術(shù)路線遵循基于微服務(wù)的理念和RESTful API的架構(gòu)風(fēng)格及3D GIS+傾斜攝影+管網(wǎng)快速建模技術(shù)的融合應(yīng)用。

本平臺(tái)中心承載著海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)要求，同時(shí)還需提供河道、管網(wǎng)日常管理與實(shí)時(shí)預(yù)警、應(yīng)急決策支持、對(duì)外信息發(fā)布等功能。實(shí)時(shí)分析預(yù)警、應(yīng)急會(huì)商等業(yè)務(wù)應(yīng)用均對(duì)計(jì)算時(shí)效要求較高，且均依賴于不斷增長(zhǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，隨著數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)，平臺(tái)計(jì)算能力的需求也會(huì)快速增加。開發(fā)具有排水設(shè)施資產(chǎn)維護(hù)及管理、運(yùn)行監(jiān)控、輔助決策、信息發(fā)布、防汛搶險(xiǎn)及應(yīng)急指揮調(diào)度等業(yè)務(wù)功能的數(shù)字管網(wǎng)管理系統(tǒng)，將為城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的管理調(diào)度和規(guī)劃決策提供科學(xué)的手段，從而全面提高城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行管理效率，保障城市安全。城市排水管網(wǎng)數(shù)字化基礎(chǔ)平臺(tái)應(yīng)綜合運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的信息化管理手段，包括GIS、在線監(jiān)測(cè)、工業(yè)自動(dòng)化控制、網(wǎng)絡(luò)通信等，建立一個(gè)能夠長(zhǎng)期、有效、動(dòng)態(tài)管理排水管網(wǎng)大量空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)平臺(tái)，并逐步開發(fā)排水管網(wǎng)數(shù)字化管理過(guò)程中所需的各種業(yè)務(wù)處理和專業(yè)分析模塊，最終形成一個(gè)具有連接涉水管理部門各業(yè)務(wù)單元信息、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理和決策分析等多種功能于一體的“數(shù)字管網(wǎng)綜合管理平臺(tái)”。因此，“數(shù)字管網(wǎng)綜合管理平臺(tái)”是一個(gè)集大型數(shù)據(jù)庫(kù)、復(fù)雜專業(yè)模型和先進(jìn)的軟硬件系統(tǒng)于一體的綜合性平臺(tái)，其建設(shè)的主要內(nèi)容包括：立體感知體系的建立，綜合數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，排水管網(wǎng)模型的構(gòu)建，應(yīng)用軟件的開發(fā)和相關(guān)硬件平臺(tái)的搭建[1]。

2.2 硬件支撐平臺(tái)搭建

通過(guò)合理部署一系列硬件監(jiān)測(cè)設(shè)備，流域在線測(cè)控系統(tǒng)可以及時(shí)掌握河道水質(zhì)狀況、排水管網(wǎng)負(fù)荷情況、廠站閘閥運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備的主要作用是對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，建立有效數(shù)據(jù)的通信方式，是一體化管控硬件平臺(tái)最基礎(chǔ)的支撐條件。隨著流域數(shù)據(jù)規(guī)模越來(lái)越大，管理手段越來(lái)越復(fù)雜，只有通過(guò)建立合理的服務(wù)器、存儲(chǔ)及展示平臺(tái)，才能有效支持一體化管控平臺(tái)的高效運(yùn)行。

在一體化管控平臺(tái)硬件設(shè)備選型和硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)特別注意在滿足系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行要求的同時(shí)，充分考慮硬件發(fā)展和更新的速度，搭建具有適用性和可擴(kuò)充性的硬件支撐平臺(tái)，以減少重復(fù)建設(shè)，從整體上控制管控平臺(tái)的建設(shè)成本并提升其應(yīng)用水平。

2.3 平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)集合

流域一體化管控平臺(tái)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)從總體結(jié)構(gòu)上分為兩部分，即屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)。屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)在物理部署上可以分開，但在邏輯上是緊密相關(guān)的，尤其是管網(wǎng)的空間數(shù)據(jù)與各類屬性參數(shù)需要通過(guò)外鍵關(guān)聯(lián)模式建立有效聯(lián)系，以保持管網(wǎng)數(shù)據(jù)的一致性和關(guān)聯(lián)關(guān)系。空間數(shù)據(jù)庫(kù)部分由支持查詢統(tǒng)計(jì)與建模分析的管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)庫(kù)和用于地圖查詢顯示的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成，屬性數(shù)據(jù)庫(kù)部分由與模擬分析緊密相關(guān)的參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)、存儲(chǔ)屬性信息的業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)與管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。

另外，排水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)數(shù)據(jù)量大、拓?fù)溥B接復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，大多埋藏于地下，具有隱藏性，數(shù)據(jù)較難獲取和更新。同時(shí)，排水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)不斷變化的系統(tǒng)，具有動(dòng)態(tài)性，保持管網(wǎng)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性、準(zhǔn)確性與有效性難度較大。基于數(shù)字化管理的目的，城市地下綜合管網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)必須完整、準(zhǔn)確反映管網(wǎng)現(xiàn)狀，這就需要建立一個(gè)動(dòng)態(tài)、可維護(hù)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，對(duì)地下管網(wǎng)涉及的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，對(duì)管網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行有效統(tǒng)一的管理，并形成高效率、低冗余的動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)機(jī)制。

2.4 平臺(tái)數(shù)字化模型

首先，基于綜合數(shù)據(jù)庫(kù)集合對(duì)地理信息、綜合管網(wǎng)大數(shù)據(jù)進(jìn)行廣泛的收集整理，為模型構(gòu)建提供了必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持；然后，利用GIS技術(shù)開展強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理和分析功能開展復(fù)雜數(shù)字模型的構(gòu)建，可以大幅提高模型構(gòu)建的效率以及具有物理意義的模型參數(shù)的獲取精度，提高模型構(gòu)建的準(zhǔn)確性。

2.5 平臺(tái)應(yīng)用子系統(tǒng)

通過(guò)相關(guān)節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，結(jié)合數(shù)字模型、大數(shù)據(jù)云計(jì)算分析、仿真模擬技術(shù)建立流域面源污染模型、河道水質(zhì)模型、排水管網(wǎng)水力模型、洪水預(yù)報(bào)模型、水資源調(diào)配模型等分析計(jì)算工具，對(duì)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行邏輯加工，使知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用化成專業(yè)系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)流域內(nèi)水循環(huán)過(guò)程的預(yù)報(bào)預(yù)警，生成智能調(diào)度綜合方案，為監(jiān)督管理、決策支持提供服務(wù)。一體化管控平臺(tái)主要包括水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急處置子系統(tǒng)、數(shù)字管網(wǎng)及監(jiān)測(cè)預(yù)警子系統(tǒng)、防洪治澇監(jiān)測(cè)預(yù)警與調(diào)度子系統(tǒng)、水資源利用與調(diào)度管理子系統(tǒng)、工程建設(shè)管理子系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理子系統(tǒng)共計(jì)六大應(yīng)用子系統(tǒng)。

2.6 綜合數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

城市空間的數(shù)字化建設(shè)分為兩個(gè)部分，地上數(shù)字化可以通過(guò)傾斜攝影、遙感影像等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)城市面貌的還原，打造地上數(shù)字三維模型；城市地下管網(wǎng)可通過(guò)地理信息技術(shù)結(jié)合建筑信息模型構(gòu)建地下綜合管網(wǎng)拓?fù)鋽?shù)字模型。對(duì)各類排水設(shè)施的基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)與運(yùn)行管理數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的存儲(chǔ)和管理，需要建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。排水管網(wǎng)綜合數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)數(shù)字化系統(tǒng)的重要支撐，是各類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、管理和共享的基礎(chǔ)[2]。

2.7 運(yùn)營(yíng)維護(hù)措施

水環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急處理體系構(gòu)建需與流域一體化管控平臺(tái)提供的水環(huán)境保護(hù)業(yè)務(wù)服務(wù)模塊（模型應(yīng)用+水污染應(yīng)急調(diào)度管理）相結(jié)合，由項(xiàng)目調(diào)度中心的各專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)平臺(tái)監(jiān)測(cè)發(fā)出的預(yù)警信息，針對(duì)流域出現(xiàn)的各種水環(huán)境緊急事件作出應(yīng)急調(diào)度決策，并負(fù)責(zé)執(zhí)行和實(shí)施。

主要內(nèi)容包括：當(dāng)發(fā)生水質(zhì)污染事件時(shí)，進(jìn)行面源污染預(yù)警預(yù)報(bào)、河道水體污染預(yù)警預(yù)報(bào)、水庫(kù)水源污染預(yù)警、企業(yè)污染源預(yù)警、污染影響評(píng)估分析、污染源定位分析、調(diào)蓄池調(diào)度、引水活源調(diào)度、閘泵聯(lián)調(diào)、生物處理、監(jiān)督考核、事故責(zé)任分析。

2.8 構(gòu)建數(shù)字管網(wǎng)及監(jiān)測(cè)預(yù)警體系

數(shù)字管網(wǎng)及監(jiān)測(cè)預(yù)警體系構(gòu)建需與流域一體化管控平臺(tái)提供的管網(wǎng)運(yùn)維業(yè)務(wù)服務(wù)模塊（數(shù)字管網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)用、仿真計(jì)算模型應(yīng)用）相結(jié)合，由項(xiàng)目調(diào)度中心的各專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)平臺(tái)服務(wù)輸出的預(yù)警信息，針對(duì)流域出現(xiàn)的各種管網(wǎng)緊急事件作出應(yīng)急處理決策，并負(fù)責(zé)執(zhí)行和實(shí)施。

主要內(nèi)容包括：當(dāng)發(fā)生管網(wǎng)指標(biāo)異常時(shí)，進(jìn)行水質(zhì)超標(biāo)預(yù)警，泄漏監(jiān)測(cè)預(yù)警（流量、液位），堵塞監(jiān)測(cè)預(yù)警（流量、液位），異常定位分析，責(zé)任分析，管網(wǎng)檢查、清掏、維修。

3 感知體系建設(shè)

在五大基礎(chǔ)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)掌握考核斷面水質(zhì)狀況、重點(diǎn)污染源企業(yè)管網(wǎng)排口水質(zhì)水量情況、流域關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)廠站閘閥運(yùn)行狀態(tài)、城市內(nèi)澇積水深度等，分析城市主要斷面水質(zhì)目標(biāo)可達(dá)性，為水污染事件應(yīng)急調(diào)度提供決策支持，分析截污干管溢流、淤積、滲漏等狀況，監(jiān)控工業(yè)企業(yè)的偷排漏排行為，還可通過(guò)廠站閘閥的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)流域智能調(diào)度，提質(zhì)增效[3]。

基于以上需求，感知體系建設(shè)包括8項(xiàng)內(nèi)容，具體的目標(biāo)為：對(duì)區(qū)劃功能為飲用水的水庫(kù)進(jìn)行水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)；對(duì)國(guó)控和省控?cái)嗝妗⑿姓唤訑嗝?、?biāo)段交接等斷面進(jìn)行水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)；重點(diǎn)污染源企業(yè)排污監(jiān)測(cè)；管網(wǎng)水質(zhì)、流量、液位監(jiān)測(cè)；廠站、閘閥監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)工情接入；內(nèi)澇等級(jí)嚴(yán)重和較嚴(yán)重的易澇點(diǎn)監(jiān)測(cè)；高清視頻監(jiān)控；購(gòu)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)無(wú)人船、水質(zhì)應(yīng)急監(jiān)測(cè)車等輔助檢測(cè)設(shè)備。

利用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“空天水地”全方位對(duì)排水管網(wǎng)、水源水庫(kù)、河湖水系、企業(yè)排污口、污水廠、污水泵站、閘閥進(jìn)行水量、管壓、水質(zhì)、工情、內(nèi)澇、水位、雨量、視頻的監(jiān)測(cè)監(jiān)控；利用數(shù)據(jù)共享交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與其他相關(guān)行業(yè)的數(shù)據(jù)共享交換；利用互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)爬取技術(shù)，自動(dòng)爬取權(quán)威部門共享的相關(guān)信息；利用APP、微信公眾號(hào)等，獲取社會(huì)大眾反饋信息。健全城市全域涉水領(lǐng)域感知體系，數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化、信息化、多元化，為數(shù)字管網(wǎng)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)和信息來(lái)源的支撐。

4 結(jié)語(yǔ)

①通過(guò)建設(shè)該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的進(jìn)度、質(zhì)量、安全、檔案等內(nèi)容的管理，使施工工作能夠更加有序、高效的開展。②對(duì)水環(huán)境保護(hù)采用多參數(shù)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)河涌重要監(jiān)測(cè)斷面、入河排污口的水質(zhì)情況的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，提供河涌水質(zhì)趨勢(shì)分析和水質(zhì)超標(biāo)預(yù)警信息發(fā)布。③利用傾斜攝影、地理信息系統(tǒng)、管網(wǎng)快速建模等數(shù)字化手段構(gòu)建地上地下通透的數(shù)字管網(wǎng)平臺(tái)，在工程建設(shè)期及運(yùn)維期可進(jìn)行運(yùn)行情況管理，做出科學(xué)預(yù)警。④管網(wǎng)輔助設(shè)計(jì)模塊主要為排水管網(wǎng)系統(tǒng)輔助規(guī)劃、布局優(yōu)化等工作提供計(jì)算、分析及評(píng)估的支撐，在一體化管控平臺(tái)上充分利用排水管網(wǎng)模型并結(jié)合GIS的數(shù)據(jù)管理和空間分析能力進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。⑤實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)洪澇情況進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)超過(guò)警戒條件情況系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，采取措施，保證區(qū)域水安全，包含水情監(jiān)測(cè)、洪水預(yù)報(bào)、防洪調(diào)度、汛情預(yù)警等主要功能。⑥通過(guò)水雨情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集水位、流量等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，掌握河道、水庫(kù)的運(yùn)行狀況，通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)河道不同斷面水質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)與預(yù)警。⑦該模塊可實(shí)現(xiàn)水雨工情信息的自動(dòng)采集、傳輸、存儲(chǔ)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水廠、水閘、泵站水情、工情的實(shí)況監(jiān)測(cè)、監(jiān)視和工程排水、自動(dòng)化控制和自動(dòng)化調(diào)度，并能實(shí)現(xiàn)閘（泵）群及遠(yuǎn)程圖像監(jiān)控和遠(yuǎn)程調(diào)度。