城市井蓋智能化管理

鄭豐收，周 文，宋永明

(1.山東正元地理信息工程有限責(zé)任公司，山東濟(jì)南250101;2.山東建筑大學(xué)，山東 濟(jì)南250101)

隨著我國城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)事業(yè)的持續(xù)高速發(fā)展，城市中給水、排水、燃?xì)?、熱力、電力、通信等各類市政公用設(shè)施日益增加。城市路面的各類地下管線設(shè)施的井蓋也相應(yīng)地不斷增多。近年來，由于城市中井蓋管理不善，造成全國范圍內(nèi)各類傷人、損車事件頻發(fā)，嚴(yán)重影響了市民的出行安全，造成不良的社會影響。3月22日晚長沙3.22墜井事件，再一次讓城市井蓋管理問題成為了社會關(guān)注的焦點(diǎn)。如何改善和加強(qiáng)城市井蓋管理已成為困擾全國各地市政設(shè)施管理部門的一個難點(diǎn)、熱點(diǎn)問題。各地政府先后頒布了一些針對井蓋管理的法律規(guī)定，以山東省濟(jì)南市為例，濟(jì)南市人民政府于2007年頒布了《濟(jì)南市城市道路井蓋設(shè)施管理規(guī)定》，按照市、區(qū)兩級管理體制，對各產(chǎn)權(quán)單位所屬井蓋設(shè)施管理責(zé)任做了明確規(guī)定，為井蓋設(shè)施的規(guī)范化、制度化管理提供了基礎(chǔ)性的法律依據(jù)，對道路井蓋設(shè)施管理曾起到了重要的促進(jìn)作用，但隨著城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，現(xiàn)行規(guī)定在管理范圍、管理內(nèi)容、管理方式等方面出現(xiàn)了一定的局限性和不適應(yīng)性［1］。因此，為了切實(shí)改善城市路面井蓋設(shè)施管理狀況，還需要客觀、全面地分析和研究各方面存在的現(xiàn)實(shí)問題和原因，通過政府有關(guān)部門的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、組織和協(xié)調(diào)，各相關(guān)責(zé)任管理單位和部門，乃至全社會加強(qiáng)協(xié)作配合，采用新的技術(shù)和新的管理模式，從各方面采取有針對性的管理對策和措施。以下將從幾個方面對城市井蓋管理存在的問題進(jìn)行分析、研究和探討，提出了幾種井蓋智能管理的模式和方法。

一、井蓋設(shè)施的安全防護(hù)

1.現(xiàn)存缺陷

由于受利益驅(qū)動，一些不法分子鋌而走險偷盜路面井蓋的現(xiàn)象在全國各地城市十分普遍。盡管全國各地在防止井蓋被盜和限制井蓋回收方面均制定了相關(guān)法規(guī)，但市政管理部門缺乏切實(shí)有效的管控手段和辦法來杜絕井蓋丟失現(xiàn)象的發(fā)生。對于大多數(shù)城市現(xiàn)狀的路面井蓋設(shè)施而言，由于缺乏補(bǔ)救性的二次安全防護(hù)設(shè)施，井蓋一旦丟失或損毀，路面上立刻形成了一個對行人和車輛隨時構(gòu)成安全威脅的陷阱。建設(shè)部2006年頒布的《城鎮(zhèn)道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》以強(qiáng)制性條文的形式明確:“在道路經(jīng)常性巡視的過程中，當(dāng)?shù)谝话l(fā)現(xiàn)人發(fā)現(xiàn)井蓋丟失、缺損等影響道路安全運(yùn)行時，因按應(yīng)急預(yù)案處置，設(shè)置臨時圍擋，通知相關(guān)單位補(bǔ)缺，并現(xiàn)場監(jiān)視?！?，但由于井蓋基本是在晚上夜深人靜時被盜，市政維護(hù)巡視人員很難在第一時間發(fā)現(xiàn)，大多情況下只能在第二天上班巡查發(fā)現(xiàn)后再安排維修安裝。但是，從井蓋丟失到巡視人員發(fā)現(xiàn)及安排相關(guān)部門趕來補(bǔ)裝修復(fù)之前，對行人和車輛的安全威脅隨時存在，尤其是在夜間或雨天積水路段，過往行人隨時有掉入檢查井并造成傷亡的可能，路面車輛也隨時可能發(fā)生陷入事故和險情。

2.“防墜網(wǎng)”的使用

為強(qiáng)化路面井蓋設(shè)施的安全防護(hù)，一方面應(yīng)采取各方面預(yù)防措施盡可能減少路面井蓋丟失損毀，另一方面也應(yīng)加強(qiáng)檢查井的補(bǔ)救性二次安全防護(hù)措施，以確實(shí)保障公眾的生命及財產(chǎn)安全。如果能夠在檢查井的設(shè)計(jì)及建造時，考慮在井內(nèi)加裝一些二次安全防護(hù)設(shè)施，一旦井蓋丟失或損毀的情況發(fā)生，這些預(yù)裝的安全防護(hù)設(shè)施就可以發(fā)揮應(yīng)急安全防護(hù)的作用，減輕墜井事故對行人和車輛的傷害和損毀程度。建議首先在新建道路檢查井建設(shè)過程中在井內(nèi)預(yù)裝專用防墜網(wǎng)，并逐步對已建成的檢查井加裝防墜網(wǎng)。目前，西安的一些市政排水管網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)安裝了安全防護(hù)網(wǎng)。濟(jì)南、哈爾濱等許多城市近年來也開始實(shí)施檢查井安裝“防墜網(wǎng)”的惠民措施，取得了良好的社會效果［2］。

二、數(shù)字城管——現(xiàn)行井蓋管理的重要模式

自從2004年北京東城區(qū)“數(shù)字化城管”模式取得成功之后，全國各地眾多的大中小城市先后采用了這一套管理模式來實(shí)現(xiàn)城市的精細(xì)化、現(xiàn)代化的管理，均取得了一定的管理效果。它以網(wǎng)格化管理法和部件事件管理法為精髓。井蓋作為城市部件的一部分，在現(xiàn)行的住建部城市部件劃分標(biāo)準(zhǔn)中井蓋有17種(雨水井蓋、污水井蓋、上水井蓋、電力井蓋等，如圖1所示)，大約占據(jù)了城市部件種類的1/5，井蓋管理已經(jīng)成為數(shù)字城管中部件管理中非常重要的一環(huán)。

圖1 井蓋部件

數(shù)字城管中對于井蓋的智能管理主要基于以下3點(diǎn):

1)井蓋的測繪普查。主要普查井蓋的種類、精確地理位置(X和Y坐標(biāo))、材質(zhì)、形狀、規(guī)格、權(quán)屬單位、養(yǎng)護(hù)單位、使用單位及現(xiàn)勢部件照片，建立完整的井蓋信息庫，對每個井蓋進(jìn)行唯一編碼，頒發(fā)“身份證”。這個過程是井蓋的數(shù)字化、智能化管理的重要依據(jù)，為后續(xù)管理打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2)“網(wǎng)格化”管理。將城市建成區(qū)按照一定的原則劃分為多個萬米單元網(wǎng)格，每位城市管理巡查員分配一定數(shù)量的網(wǎng)格作為責(zé)任區(qū)域。城市管理巡查員將統(tǒng)一配置帶有GPS定位功能、錄音、拍照功能的手機(jī)，在所屬的責(zé)任區(qū)域內(nèi)進(jìn)行定時巡查，每天至少定時巡查2遍，做到不漏查，不留死角。若發(fā)現(xiàn)井蓋問題(包括井蓋丟失、井蓋破損等)后，在第一時間、第一現(xiàn)場將包含該問題的圖片、聲音、位置、詳細(xì)內(nèi)容等各類信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到城市管理監(jiān)督中心。城市管理監(jiān)督中心通過受理立案后發(fā)至指揮中心，指揮中心將問題派遣到該井蓋的權(quán)屬部門進(jìn)行處理。井蓋權(quán)屬部門接到派遣通知后，立即派遣人員到現(xiàn)場進(jìn)行處理，處理完畢后將處理結(jié)果反饋給監(jiān)督中心，監(jiān)督中心對處理結(jié)果核查無誤后進(jìn)行結(jié)案，整個問題處理流程如圖2所示。這樣一來，城市井蓋的問題得到了快速反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了“第一時間發(fā)現(xiàn)、第一時間處置、第一時間解決”，平均處理時間大大縮短，井蓋問題存在的安全隱患將大大減少。在以上井蓋問題的處理流程中，由市政府牽頭制定并實(shí)施嚴(yán)格、科學(xué)的考核評價體系，有效地保證了各井蓋權(quán)屬部門對井蓋問題的處理效率。

圖2 網(wǎng)格化管理問題處理流程

3)公眾熱線舉報和其他方式的舉報。城市管理部門向社會公眾開通24小時熱線，接聽市民反映的城市管理中存在的問題，一旦接到井蓋缺損的電話立即轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)屬單位補(bǔ)裝更換井蓋，提高了井蓋補(bǔ)裝效率:各產(chǎn)權(quán)單位建立接到電話2小時到達(dá)現(xiàn)場，8小時內(nèi)修復(fù)的制度;城市管理部門在網(wǎng)站上設(shè)置相關(guān)欄目，群眾反映的有關(guān)井蓋丟失等城市管理中的熱點(diǎn)問題，工作人員都將逐一實(shí)時落實(shí)答復(fù);可以通過12319熱線、12345市長熱線、電視、網(wǎng)絡(luò)、報刊等多渠道公開接受市民監(jiān)督。歡迎廣大市民積極反映問題、踴躍參與城市的井蓋管理。

三、RFID技術(shù)——井蓋管理的利器

射頻識別技術(shù)作為聯(lián)接物理世界與現(xiàn)有IT系統(tǒng)的橋梁，被公認(rèn)為本世紀(jì)“最重要技術(shù)之一”［3］。將RFID技術(shù)引入城市井蓋管理，相當(dāng)于給城市井蓋加裝了“電子身份證”。只要對城市中的各類市政公用設(shè)施井蓋加貼上電子標(biāo)簽，有關(guān)管理人員只需用電子識別器掃描標(biāo)簽，即可明確具體的井蓋產(chǎn)權(quán)單位等信息，解決了井蓋丟失后補(bǔ)裝處理時間過長等問題;同時，有關(guān)城市市政設(shè)施管理部門只要打開計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)，全部加貼電子標(biāo)簽的井蓋是否完好、歸誰管理等管理信息就可一目了然，極大地提高了管理效率。

基于RFID技術(shù)的井蓋管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。主要包括射頻前端采集系統(tǒng)和服務(wù)器/監(jiān)控系統(tǒng)兩部分。其中射頻前端采集系統(tǒng)主要采用井蓋日常巡查人員手持或車載射頻讀寫器進(jìn)行走動式巡視和檢查的形式，通過讀卡器對井蓋上固定的RFID芯片進(jìn)行識別和內(nèi)容讀取，從而對井蓋進(jìn)行唯一識別，這些數(shù)據(jù)及讀寫器的拍照數(shù)據(jù)通過3G等無線通信手段實(shí)時上傳至息系統(tǒng)，以達(dá)到對井蓋的檢查、對井蓋事件的實(shí)時準(zhǔn)確處理的目的。服務(wù)器/監(jiān)控系統(tǒng)主要包括與射頻前端采集系統(tǒng)進(jìn)行雙向通信，通過數(shù)據(jù)交互子系統(tǒng)與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)其他外部系統(tǒng)進(jìn)行無縫雙向信息交流，從而實(shí)現(xiàn)真正的井蓋管理多部門實(shí)時聯(lián)動系統(tǒng)。

圖3 基于RFID技術(shù)的井蓋管理結(jié)構(gòu)圖

因普通用于井蓋的RFID芯片價格便宜，一般一兩塊錢即可，具有大規(guī)模實(shí)用推廣的潛力，國內(nèi)已有濟(jì)南等城市已開始嘗試將射頻識別技術(shù)(RFID)等更先進(jìn)的技術(shù)手段應(yīng)用于城市井蓋管理［4-5］。在傳統(tǒng)數(shù)字城管的管理模式基礎(chǔ)上，它取得了更良好的管理效果。

四、基于無線傳感器的井蓋檢測監(jiān)管系統(tǒng)

近年來，針對城市中井蓋丟失頻發(fā)的問題，國內(nèi)個別公司嘗試井蓋缺失檢測技術(shù)，主要是針對是電力、電信管線井蓋，其特點(diǎn)是可以利用自有線路提供電源和信號通道，在井蓋背面安裝傳感裝置，檢測信號通過有線方式或移動通信網(wǎng)GPRS或CDMA終端傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，特別是不存在溺水或防爆問題，相對易于實(shí)現(xiàn)。而城市排水、給水、燃?xì)狻崃芫€井及道路泄水井、留泥井等，井蓋或水箅形式規(guī)格多樣，涉及溺水、污雜、高溫或爆炸等復(fù)雜環(huán)境，管井?dāng)?shù)量巨大而且檢測裝置布線和供電困難，現(xiàn)時尚無令人滿意的技術(shù)措施。

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

整個系統(tǒng)由3個物理部分組成:子域基站與無線傳感網(wǎng)，移動通信遠(yuǎn)程交換網(wǎng)，監(jiān)管中心局域網(wǎng)。其中，井蓋檢測傳感器包含在子域無線傳感網(wǎng)內(nèi)，如圖4所示。

1)子域基站與無線傳感網(wǎng):以城市道路交匯口為地理核心設(shè)置基站，與附近多個井蓋傳感器構(gòu)成子域無線傳感網(wǎng)，基站隨時獲取各井蓋狀態(tài)信息。

2)移動通信遠(yuǎn)程交換網(wǎng):連接子域基站與井蓋監(jiān)管中心服務(wù)器。子域基站設(shè)置移動通信網(wǎng)傳輸終端GPRS或CAMD，將子域內(nèi)各井蓋信息轉(zhuǎn)發(fā)到井蓋監(jiān)管中心服務(wù)器。

3)監(jiān)管中心局域網(wǎng):由井蓋監(jiān)管中心服務(wù)器、城市管線GIS服務(wù)器、井蓋動態(tài)監(jiān)管總站、按管線產(chǎn)權(quán)單位劃分的管井監(jiān)管工作站、局域以太網(wǎng)交換機(jī)等組成。借助城市管線GIS服務(wù)器，管井監(jiān)管站可在管線地理信息平臺上顯示轄區(qū)內(nèi)井蓋的裝備信息、狀態(tài)信息、故障處理信息等;借助Mobi/Web服務(wù)器，通過移動通信終端或?qū)拵ЬW(wǎng)Internet向現(xiàn)場人員或有關(guān)部門發(fā)送信息。

2.子域無線傳感網(wǎng)

1)子域:以道路交匯口為核心的圓形區(qū)域，或一段無分支道路中間的圓形區(qū)域。城市道路曲直交錯，大量管井無規(guī)則分布，通過選擇適當(dāng)?shù)淖佑虬霃?，道路及周邊的管線井蓋可以映射在不同子域內(nèi)，由此進(jìn)行地理分組與編碼。城市包括多個行政區(qū)域，每個區(qū)域可劃分為多個子域。

2)子域無線傳感網(wǎng):各個管井設(shè)置無線傳感器，傳感器檢測井蓋狀態(tài)并通過無線網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到子域基站。子域內(nèi)各個井蓋傳感器與基站構(gòu)成無線傳感網(wǎng)，使用免費(fèi)頻段，網(wǎng)絡(luò)半徑500 m左右。借助子域無線傳感網(wǎng)，可減少公用移動通信網(wǎng)絡(luò)終端數(shù)量，節(jié)省公網(wǎng)資源和運(yùn)行資費(fèi)。如圖5所示。

圖4 城市管線井蓋檢測監(jiān)管系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)

圖5 城市管線井蓋無線傳感網(wǎng)物理結(jié)構(gòu)

井蓋無線傳感器:基于微處理器并固化存儲井蓋產(chǎn)權(quán)信息、地址編碼等，檢測井蓋對位狀態(tài)，生成數(shù)據(jù)記錄，通過無線網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送到子域基站。

3.井蓋檢測裝置

管線井蓋檢測裝置包括3個井蓋傳感器、1個水位傳感器和1個無線檢測終端，如圖6所示。

圖6 管線井蓋監(jiān)測裝置

井蓋傳感器采用機(jī)械開關(guān)或接近開關(guān)，當(dāng)井蓋開啟或移動時至少可以被一個井蓋傳感器檢測到。水位傳感器采用水位開關(guān)，當(dāng)井內(nèi)積水達(dá)到設(shè)定高度時水位開關(guān)動作。無線檢測終端基于微處理器，接受井蓋傳感器和水位傳感器信號，通過無線網(wǎng)絡(luò)端口向無線傳感網(wǎng)基站發(fā)送數(shù)據(jù)信息。整套檢測裝置安裝與管井內(nèi)壁，旨在避免裝置隨井蓋一起被盜竊。

無線傳感網(wǎng)使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)芯片和傳輸協(xié)議，單網(wǎng)設(shè)計(jì)容量255節(jié)點(diǎn)，視距傳輸半徑1000 m，傳輸速率9 600～115 200 bit/s;工作電壓DC5-24 V，平均功耗0.7 W，發(fā)射功率25 dbm;2.4 GB DSSS擴(kuò)頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)。針對金屬井蓋信號屏蔽問題，單獨(dú)設(shè)計(jì)井下無線檢測終端的射頻天線。無線檢測終端采用低功耗設(shè)計(jì)，由高能可充電鋰電池供電，可支持1年以上。

城市管線井蓋數(shù)量巨大且條件復(fù)雜，本設(shè)計(jì)特別突出了檢測裝置的適用性、可靠性、功耗、成本造價及無線傳感網(wǎng)覆蓋半徑等指標(biāo)，整套系統(tǒng)具有較好的技術(shù)性能和應(yīng)用價值。

五、結(jié)束語

城市路面井蓋管理問題關(guān)乎社會民生。井蓋管理水平的好壞也反映了一個城市的市政設(shè)施綜合管理水平，在某種程度上可以說是對承擔(dān)社會公共管理職能的政府智慧和能力的考驗(yàn)，體現(xiàn)了一個城市或地區(qū)的社會整體發(fā)展水平。在目前的條件下，要有效改善城市井蓋的維護(hù)管理水平，僅靠一種先進(jìn)的技術(shù)或者管理模式，僅靠一兩個部門的監(jiān)管是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要建立健全的相關(guān)法律、法規(guī)體制，更需要科學(xué)的系統(tǒng)性管理機(jī)制和體制的有效保障以及全社會的關(guān)注和參與。

［1］趙國陸.濟(jì)南井蓋設(shè)施管理法規(guī)將修改［N］.生活日報，2012-08-03.

［2］李向紅.城市路面井蓋管理問題探討［J］.市政技術(shù)，2009，27(6):560-563.

［3］游戰(zhàn)清.無線射頻識別技術(shù)(RFID)理論與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］李蘇東，司少先，楊玉坤，等.基于RFID/GIS的市政管線資源管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(3):66-69.

［5］崔洪濤.基于RFID的地下管線設(shè)施地理信息系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［J］.科技信息，2010(17):53，418.