新技術(shù)條件下的城市安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬慧 郭嘉昒 鄧俊 鐘倫超(. 成都工業(yè)學(xué)院 材料與環(huán)境工程學(xué)院，四川 成都 670；. 四川科技職工大學(xué) 公共安全研究中心，四川 成都 600；. 清華大學(xué) 深圳國(guó)際研究生院，廣東 深圳 58000)

0 引言

城市安全問(wèn)題不僅與廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)與健康安全息息相關(guān)，還影響著中國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，具有重大的經(jīng)濟(jì)與政治意義[1]。城市運(yùn)行安全涉及到能源、電力、交通、水資源、通訊等方面[2]，本文主要基于新技術(shù)條件，從交通運(yùn)輸、水安全、城市管網(wǎng)、以及無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)等方面設(shè)計(jì)出一套較為合理的城市安全系統(tǒng)。

1 城市安全系統(tǒng)

1.1 道路運(yùn)輸運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

道路運(yùn)輸?shù)陌踩咝н\(yùn)行，對(duì)保障我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展、降低社會(huì)物流成本具有重要意義[3]。本文設(shè)計(jì)的道路運(yùn)輸運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要由道路運(yùn)輸運(yùn)行監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)及GPS車(chē)輛監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)構(gòu)成，包括客運(yùn)站動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警、客運(yùn)站運(yùn)行情況動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、客運(yùn)場(chǎng)站信息管理、車(chē)聯(lián)監(jiān)控管理、動(dòng)態(tài)軌跡管理、安全審計(jì)等多個(gè)方面的應(yīng)用，能明顯加強(qiáng)對(duì)城市公路運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析的能力，實(shí)現(xiàn)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的可視、可測(cè)、可控，實(shí)現(xiàn)城市道路運(yùn)輸安全應(yīng)急“重點(diǎn)掌控，及時(shí)預(yù)警，快速反應(yīng)，有效處置”。

道路運(yùn)輸運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)通過(guò)公路路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)管理、實(shí)現(xiàn)對(duì)交通事件多發(fā)、自然災(zāi)害頻發(fā)、特大橋梁、特長(zhǎng)隧道、重要埡口、季節(jié)性易擁堵路段等路段和風(fēng)險(xiǎn)源的重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)視頻監(jiān)控、交通量信息獲取、路網(wǎng)環(huán)境及運(yùn)行狀態(tài)信息獲取、設(shè)備管理、安全預(yù)警，能夠顯著提高行業(yè)運(yùn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力，有效提升事故災(zāi)害的預(yù)防能力。

1.2 水環(huán)境安全在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)

眾所周知，水是生命之源，水環(huán)境安全關(guān)系到城市居民千家萬(wàn)戶(hù)的日常生活的方方面面，確保城市水安全是環(huán)境保護(hù)與城市管理的重中之重[4]。隨著中國(guó)城市化工業(yè)進(jìn)程的不斷加快，各種工業(yè)廢水排放日益增加，對(duì)各地區(qū)水域造成嚴(yán)重污染[5]。如何有效對(duì)水資源進(jìn)行有效監(jiān)管與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就成了各國(guó)政府、企業(yè)以及科學(xué)家們研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。近些年來(lái)，各種無(wú)線通訊技術(shù)迅猛發(fā)展，各種高效低成本的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通訊技術(shù)諸如GPRS、ZigBee、LoRa、Bluetooth等得到普及應(yīng)用[6]，使得通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)水安全進(jìn)行實(shí)時(shí)高效監(jiān)測(cè)與管理成為可能：將監(jiān)測(cè)水域的電解質(zhì)/濁度/水溫/PH值/等傳感設(shè)備的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞到平臺(tái)，平臺(tái)提供趨勢(shì)分析、報(bào)警、及時(shí)提示等功能。

本文設(shè)計(jì)的水環(huán)境安全在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)主要由供電設(shè)備、數(shù)據(jù)采集傳感器、云端服務(wù)器、預(yù)警圖像儀、預(yù)警通知設(shè)備以及終端管理平臺(tái)等組成。具體來(lái)說(shuō)，在無(wú)市政電力接入?yún)^(qū)域，系統(tǒng)的供電設(shè)備主要采用單晶硅太陽(yáng)能板供電，通過(guò)光與熱的轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生二氧化碳排放，屬于清潔能源。數(shù)據(jù)采集設(shè)備采用高精度傳感器、采用高性能DSP對(duì)系統(tǒng)前端采集到的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，盡可能降低誤差，提高可靠性。系統(tǒng)支持的傳感器主要有PH傳感器、水溫傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、電解質(zhì)傳感器等各種水質(zhì)傳感器。預(yù)警通知設(shè)備主要由高音喇叭和高亮LED屏組成。當(dāng)傳感器值超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定限值時(shí)，系統(tǒng)管理者可以在接警中心對(duì)采集現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程廣播，及時(shí)阻止水污染進(jìn)一步惡化，同時(shí)LED屏顯示水污染現(xiàn)場(chǎng)情況。預(yù)警圖像儀主要采用高清紅外網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，并可與各種傳感器連接，按傳感器報(bào)警提示進(jìn)行圖片抓拍或通過(guò)系統(tǒng)設(shè)置拍照時(shí)間進(jìn)行抓拍、攝像，可采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備檢測(cè)到的數(shù)據(jù)信息，并通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)或移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)信息以圖片或視頻等形式傳送給云端服務(wù)器，直至終端管理平臺(tái)及手機(jī)app，實(shí)現(xiàn)水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警與智能化管理。

1.3 供水管網(wǎng)在線檢測(cè)管理系統(tǒng)

一般而言，城市的供水系統(tǒng)，不僅包括水源、水庫(kù)、凈水廠、管道、泵站等，還包括向城市千家萬(wàn)戶(hù)輸送水的配水管網(wǎng)，它不僅滿(mǎn)足廣大人民群眾的日常飲用和其他生活使用，還要保障消防用水等各種應(yīng)急狀況的使用[7]。城市的供水系統(tǒng)和市政電力、燃?xì)?、交通運(yùn)輸、排水系統(tǒng)及通訊等系統(tǒng)組成了城市運(yùn)行賴(lài)以生存的生命線系統(tǒng)，它們的受損甚至破壞將會(huì)引發(fā)整個(gè)城市運(yùn)行的癱瘓或部分癱瘓。因此，確保城市供水系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，是保障廣大人民群眾的基本生活、保障城市正常運(yùn)行的一個(gè)重要內(nèi)容[3]。在某種程度上可以說(shuō)，城市供水管網(wǎng)能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行，將對(duì)廣大人民群眾的基本生活乃至城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展產(chǎn)生重大影響。近年來(lái)，設(shè)計(jì)、建設(shè)保障城市供水管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)逐漸成為城市管理者面臨的一項(xiàng)緊迫課題與挑戰(zhàn)。

本文設(shè)計(jì)的供水管網(wǎng)在線檢測(cè)管理系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)程終端控制設(shè)備實(shí)時(shí)采集管網(wǎng)流量、壓力等數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將流量計(jì)、壓力分析儀、水質(zhì)分析儀、閥門(mén)等數(shù)據(jù)傳輸送至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過(guò)對(duì)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收、儲(chǔ)存以及分析處理，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)遠(yuǎn)程控制各種閥門(mén)大小或泵的啟動(dòng)停止，生產(chǎn)各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)列表、報(bào)表以及對(duì)比曲線圖以供評(píng)估和決策。

1.4 燃?xì)夤芫W(wǎng)在線檢測(cè)管理系統(tǒng)

近年來(lái)，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市建設(shè)取得了日新月異的巨大進(jìn)步，但是城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全隱患與問(wèn)題日益增多。毋庸置疑，城市燃?xì)夤艿赖陌踩€(wěn)定運(yùn)行對(duì)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與人民群眾的獲得感、幸福感皆具有重要意義。全球?qū)Τ鞘腥細(xì)夤芫W(wǎng)的安全運(yùn)行日益重視，并進(jìn)行了大量的研究[8]。本文針對(duì)燃?xì)夤芫W(wǎng)在線檢測(cè)設(shè)計(jì)了燃?xì)夤芫W(wǎng)在線檢測(cè)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)，將分散在各處的燃?xì)夤芫W(wǎng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的流量、壓力、溫度等信息實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)控中心服務(wù)器，形成以監(jiān)控中心為核心輻射整個(gè)管網(wǎng)的分布式監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使在線監(jiān)測(cè)不存在盲區(qū)。實(shí)時(shí)與所有遠(yuǎn)程站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，數(shù)據(jù)采集、傳輸每天24小時(shí)不間斷。并通過(guò)管網(wǎng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真，可按需求在屏幕上直觀顯示燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)管網(wǎng)總圖，區(qū)域圖，工藝流程圖等。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)超越系統(tǒng)設(shè)定的限值時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)生成報(bào)警信息，計(jì)算機(jī)終端會(huì)出現(xiàn)明顯的報(bào)警畫(huà)面和報(bào)警信息，終端模擬屏上的相應(yīng)數(shù)據(jù)會(huì)以閃爍、變色等多種形式提醒監(jiān)控人員，同時(shí)可以提供聲音、短信報(bào)警等提示手段。還能夠通過(guò)無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)報(bào)警信息以短信等方式及時(shí)、準(zhǔn)確通知到相關(guān)操作人員，使他們可以隨時(shí)掌握第一手安全信息，及時(shí)地將各種安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)。

1.5 無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)

無(wú)人機(jī)作為一種飛行機(jī)器人，不僅在軍事上可用于監(jiān)視、偵查等用途，而且在航空測(cè)量、搖感勘探、交通監(jiān)控、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)情檢測(cè)等民用領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[9-10]。采用無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)空中指揮，還可以執(zhí)行空中圖像采集與傳輸、空中監(jiān)視于取證等多種任務(wù)，通過(guò)與各種地面技術(shù)裝備相配合，能夠?qū)崿F(xiàn)監(jiān)視范圍廣、取證方式多樣、行動(dòng)執(zhí)行能力更強(qiáng)等目標(biāo)。

無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)主要由無(wú)人機(jī)飛行器、遙控器、地面接收站三部份組成。無(wú)人機(jī)飛行器搭載高清專(zhuān)業(yè)攝像機(jī)，將拍攝到的圖像通過(guò)微型高清微波發(fā)射器，將圖像傳輸?shù)降孛娼邮照?。?jīng)過(guò)地面微波圖像系統(tǒng)或無(wú)線路由設(shè)備，將高清圖像傳送至控制中心。通過(guò)無(wú)人機(jī)通訊系統(tǒng)與以上各子系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，可以全面提升處理處置城市運(yùn)行中各種突發(fā)事件的能力，為城市運(yùn)行安全、應(yīng)急管理與救援提供有力保障。

2 結(jié)語(yǔ)

新技術(shù)發(fā)展如火如荼，其應(yīng)用領(lǐng)域逾發(fā)廣泛，城市安全是城市發(fā)展的基本保證和必然要求，將各項(xiàng)新興技術(shù)與安全管理相結(jié)合，必將極大提高安全管理效率，提升城市安全管理水平，推動(dòng)我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展。