优秀案例 | 智慧城市排水防涝信息管理系统

      随着梅州市城市化的快速发展，城市排水管网系统越来越复杂、越来越庞大，对排水管网的设施管理、养护管理、运行监测、应急防汛和科学决策等提出了越来越高的要求。但由于经费投入不足，维护管理力度不够，导致排水管道老化、淤积、堵塞、城市内涝、黑臭水体、污水外溢等问题十分严重。由强降雨引起的城市下穿隧道、立交桥以及道路低洼地带存在大量积水的“城市观海”现象时有发生，给人们的出行带来了极大的不便。因此科学组织排水管网普查、雨污混接排查，并建立动态的城市排水防涝信息管理系统和运维管理机制，实现对排水管网的精细化管理，是城市排水设施日常维护和安全运行的可靠保障，也是促进城市水环境改善的必要和有效手段。

      目前，全国正在大力开展智慧水务及城市黑臭水体治理工作，国家、省市均出台了相关政策文件，排水管网及设施作为智慧水务及城市黑臭水体治理工作的重要组成部分，加强对城市排水管网升级改造、防汛应急抢险、日常养护信息化管理成为“补短板、强监管”的重要工作。

     城市排水防涝信息管理系统基于“物联感知、信息共享、科学决策、精细管理”的理念进行设计，以物联网、大数据、GIS、移动互联网技术为基础，通过建立前端监测感知体系，实现排水管网、泵站、积水点等监测对象运行状况数据实时采集与传输；通过整合排水防涝设施数据资源，形成排水防涝管理“一张图”；基于“一张图”的基础上实现排水设施管理、档案资料管理、日常运维管理、运行调度、灾情预判、预警预报和辅助决策等业务需求，进一步提升综合处置和应急救援能力，为城区安全度汛提供强大技术支撑。

智慧城市排水防涝信息管理系统由“一网、一库、一平台、一模型、一体系”构成。

（1）“一网”：排水管网前端感知监测网

对高风险渗漏、淤堵、错接、溢流管段、历史易积涝点区域、易发生黑臭水体污染的河道进行运行安全风险评估。选择高风险的区域，通过安装部署雨量监测终端、积水监测终端、管道水位监测终端、河道水位监测终端等设备，实现对排水管网流量、液位，易积涝点、河道水位，泵站运行状态及河道水质等状况进行实时采集与传输，实现实时化监测。

（2）“一库”：排水防涝设施数据库

整合基础地形、遥感影像、三维实景、排水管网、泵站、闸门、雨水口等数据资源，建立排水防涝数据资源库，形成城市排水防涝管理“一张图”。

（3）“一平台”：排水防涝管理平台

建设排水管网GIS系统、巡检养护系统、在线监测系统、应急指挥系统等，实现排水设施管理的数字化、可视化、精细化。

（4）“一模型”：城市内涝灾害分析模型

根据气象、水文、水利等专业知识，利用GIS的空间分析技术，结合城市地理数据库和灾害数据库而建立。城市内涝模型是一个集城市地面高程模型、降雨模型、产汇流模型、排水模型、数字计算模型和GIS的空间分析应用模块为一体的综合模型。

（5）“一体系”：运维管理体系

建立标准规范、信息安全、日常养护管理、内涝应急预警体系。标准化是实现信息化的基本要求，为了实现资源共享，避免重复建设，减少重复开发，需要在信息采集、收集、传输、存储、处理、服务和交换等环节采用或指定相关的技术标准。在已有的国家标准以及水利、测绘、信息技术、地理信息等相关行业标准之上，针对排水信息化对标准的需求，制定相关标准规范。

3.1系统建设思路

梅州市排水管网信息化管理系统总体建设思路可概括为“信息共享、实时监测、精细管理、科学决策”。

（1）信息共享：建立排水防涝信息共享服务体系，通过整合排水防涝设施数据资源，形成排水防涝管理“一张图”，实现共建共享共用。

（2）实时监测：通过集成对接和利用物联网技术，建立前端监测感知体系，实现排水管网、泵站、积水点等监测对象运行状况数据实时采集与传输。

（3）精细管理：基于可视化管理、移动化巡检、非开挖修复技术，提高巡检养护、病害检测、整治修复效率，提升排水设施管理、缺陷管理、巡检管理、养护管理的精细化管理水平。

（4）科学决策：提供预警预报、灾情预判、应急预案、应急抢险等功能模块，提升综合处置和应急救援能力，为城区安全度汛提供强大技术支撑。

3.2系统设计原则

（1）规范建设原则 

标准化、规范化是梅州市排水管网信息化管理系统建设的基础，也是系统与其他系统兼容和进一步扩充的根本保证。因此在本项目中系统设计和数据的标准化工作极其重要。在系统建设中应遵循国家行业标准或应用标准。对尚不形成标准的应尽量参照国家和相关规定执行。

（2）整合资源原则 

在系统建设过程中，充分考虑、整合、利用已有的资源。挖掘、发挥已有的、分散的各类人力、软硬件设备、信息、环境等资源的潜力，通过立足实际，整合资源，降低系统建设成本，并且带动其它政府部门的信息化水平共同发展，避免“信息孤岛”“数字鸿沟”现象的发生。

（3）先进经济原则 

在系统的总体设计上，借鉴各类系统的成功经验，同时注重考虑同类系统的建设教训，要采用国际上先进的且成熟的技术，使得设计更加合理、更为先进，保障系统在较长时间内有较高技术层次。 

尽可能利用现有设备和现有数据资源，新增软硬件设备在满足要求的前提下，优先采购国产设备和软件，节省系统的建设费用和运行费用。系统扩展和升级的费用要低。

（4）全局前瞻原则 

从“智慧排水”建设的全局和整体的角度“大处着眼”，前瞻性地考虑智慧化排水管理系统的建设。使系统成为“智慧城市”的有机组成部分；充分发挥系统在城市管理流程再造、功能优化和部门业务协同、信息资源共享中的综合作用，减少城市信息化整体投资。

（5）实用简便原则

项目建设应最大程度地满足城市排水管理工作的需要，以实用性为首要原则，集约化利用现有信息化资源，提供大数据处理、关联性分析，为政府决策提供科学支撑服务是系统建设的根本目标。因此系统设计应面向实际需求、易于使用、响应快捷、便于维护、具有优化的系统结构和完善的数据库系统，具有与其他系统数据共享、协同工作的能力，能为所有工作人员和用户带来高效、便利、快捷的工作环境。本次排水管网信息化管理系统设计遵循实用性原则，充分考虑用户单位的具体情况和实际需要，用户接口和界面设计进行充分优化，界面美观大方、功能完善、操作简便。

（6）安全可控原则

安全、可靠是技术工作的根本，是信息系统运行的基本立足点。信息化项目应提供多种途径、多个层次的安全控制手段。系统必须具备足够的安全权限，保证数据不被非法访问、窃取和破坏；同时保证系统操作安全可靠，不让非法用户登录使用系统；还要具备足够的容错控制能力，以保证合法用户操作时不至于引起系统出错，充分保证系统数据的逻辑准确性。通过在数据安全和网络安全两个方面提供一系列安全、可靠的措施，为系统建立一个集机密性、完整性、可用性和可控性为一体的切实可行的安全保障体系。

3.3总体架构设计

根据城市排水管网及防涝应急的管理要求，结合当前业界主流技术和项目建设原则，本项目总体逻辑架构采用采用“五横两纵”的架构，其中“五横”包括基础设施层、数据资源管理层、服务层、业务应用层和用户层，“两纵”包括安全保障体系与标准规范体系。

图 1 系统总体架构图

以标准规范为参照，以安全体系为保障，本项目从基础支撑、数据资源整合、服务管理、业务应用等多个层面，以及数据规范、应急报警、运维保障、安全审计等保障措施，开展梅州市排水管网信息化管理系统的建设工作。

3.4技术路线及关键技术

3.4.1物联网技术

物联网是指通过信息传感设备，按约定的协议，将任何物体与网络相连接，物体通过信息传播媒介进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监管等功能。物联网典型体系架构分为3层，自下而上分别是感知层、网络层和应用层。通过感知层设备可以实现水位、水质、流量等相关数据实时采集。通过网络层实现将下属提升泵站和污水处理厂的水量、水位、水质、电耗、药耗、设备状态等信息通过云计算平台进行收集、整合、分析和处理，建立各个环节的相互规约模型，分析生产环节水、电、药的消耗与处理水排水、生产、排放之间的隐含关系，找出泵站、污水处理厂的优化生产过程管理方案，实现对污水处理生产过程的实时控制与精细化管理，达到规范管理、节能降耗、减员增效的目的。

3.4.2大数据技术

大数据是指无法在一定时间内用常规软件工具对内容进行抓取、管理和处理的数据集合。随着城市信息化建设的深入，排水管理部门积累了海量的数据资源，迫切需要利用大数据技术对这些数据资源进行处理、分析和挖掘，提供排水部门的行政管理和公共服务水平，提高企业的生产经营管理水平，使海量的数据资源转化成巨大的社会财富。

大数据是城市排水防涝领域都能够实现“智慧化”的关键性支撑技术，城市排水管网信息管理系统的建设也离不开大数据，大数据技术是系统建设的基石。

3.4.3地理信息系统技术

通过地理信息系统技术，可以方便地对排水管网及附属设施、监测点位、安全隐患点等涉及空间信息相关的管理对象进行数据处理、存储及管理，并可以直观地展示排水管网及设施分布情况，以及空间拓扑关系。

3.4.4数据集成技术

梅州市排水管网信息化管理系统需要整合集成污水处理厂监控系统、闸门自动化系统、三防遥测系统、视频监控系统相关数据，这些系统由于采用的技术架构、数据库管理系统、数据内容、数据格式都存在不一致的地方，因此需要基于数据集成技术实现对这些多源异构数据源的集成。

结合本项目的实际情况，将基于中间件模式来实现对数据的集成。中间件模式通过统一的全局数据模型来访问异构的数据库、遗留系统、Web 资源等。中间件位于异构数据源系统(数据层) 和应用程序(应用层) 之间，向下协调各数据源系统，向上为访问集成数据的应用提供统一数据模式和数据访问的通用接口。各数据源的应用仍然完成它们的任务，中间件系统则主要集中为异构数据源提供一个高层次检索服务。

4.1排水设施资产管理

提供全面的排水设施资产管理工具（排水管道、雨水井、检查井、泵站、水闸、涵洞等），图文并茂的展示排水设施资产信息，方便、快捷地基于电子地图实现定位、查询。

图 2 排水管网分布图

图 3 属性信息查看

4.2排水设施档案管理

提供全面的排水防涝设施档案管理能力，除按国家标准普查的设施基本资料外，还提供了如管道清障信息、管道检测信息、管道CCTV检测影像信息、工程档案信息等功能。

图 4窨井挂网档案

图 5 排水管道CCTV检测视频

4.3排水管道缺陷管理

对排水管道开展QV检测或CCTV检测后，系统辅助实现对排水管道缺陷分布、缺陷评估、缺陷信息查看等功能，使管理人员及养护人员更便捷地掌握排水管道缺陷情况。

图 6 排水管道缺陷分布

图 7 缺陷信息查看

4.4排水设施养护管理

提供科学养护管理能力，提供基于道路和水系两种养护管理方式，规范养护流程，明晰管养主体，变被动养护为主动养护，结合移动巡查通，及时发现井盖丢失等排水设施问题，大大提高城市排水设施养护水平。

图 8 排水管养问题表单

4.5移动APP巡检应用

利用移动APP管网巡检系统，巡检人员通过GPS 定位，及时发现排水管道及附属设施有损坏、缺失或有危及安全运行的情况。

图 9 移动巡查

4.6排水防涝在线监测

通过物联网、SCADA、三维仿真等技术，实时监控水闸、泵站、管网等设施工况，实现城市易涝点的管理，通过部署液位仪、液位尺、高清摄像头等方式，重点监控城市易涝点积水情况，结合城市防汛预案，实现智能化泵闸联动控制，为防涝指挥提供科学依据。

图 10在线监测

图 11河道水位监测

4.7排水管网水力模型

基于SWMM（storm water management model，暴雨洪水管理模型）降水-径流模拟模型，以城市排水设施数据为基础，结合管网监控数据，气象雨情状况，实现对城市汇水区智能划分、排水网管、管点饱和度分析，为管网规划、防涝预测提供决策依据。

4.8防涝应急抢险调度

根据气象预报信息启动相应防涝应急预案，通过短信/微信通知抢险人员，实现灾前提前布防，通过抢险队伍与设备物资调度实现灾中应急抢险，通过“一雨一报”“一雨一档”实现灾后恢复总结。

图 12防涝应急指挥

5.1状态监测实时化

建立排水防涝前端感知监测体系，在重要区域、重要路段、重点管网处安装雨量计、液位计、流量计、摄像头等监测设备实时采集监测数据，通过传输网络上传至监控中心，使管理人员实时掌握积水点水位、排水管网水位、流量、视频监控等信息。

5.2综合展示可视化

以三维实景、二维地图、遥感影像为载体，将排水管网、雨水口、水浸黑点、水位监测点、视频监测点等各类对象实景化上图，一清二楚展示排水防涝各类设施信息，使管理更具临场感。

5.3检测养护精细化

将移动互联网应用技术运用到排水养护管理工作过程中，借助移动智能终端，现场调阅巡检区域的排水管网及设施资料情况，同时也可将现场发现的问题及时发送给管理平台，实现问题的早发现、早解决。

5.4应急指挥科学化

通过健全统一高效、科学规范、反应迅速、处置有力的应急体制和应对机制，提高应对城市内涝处置的综合能力。通过对应急物资、应急队伍、应急人员等联动指挥，实现应急指挥的科学化。

创新点

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