蕪湖：充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

文｜施金榮

城市地下管線(xiàn)是城市的“生命線(xiàn)”，城市的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要“血管”合理布局。城市管理者需要將所有地下管網(wǎng)管理起來(lái)，通過(guò)智能管理體系，對(duì)地下管網(wǎng)的空間位置、管線(xiàn)自身壽命、管線(xiàn)負(fù)荷運(yùn)行情況、外界對(duì)其影響情況等信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，存儲(chǔ)于專(zhuān)用數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過(guò)專(zhuān)業(yè)分析軟件，得出及時(shí)合理的處理維護(hù)措施，將城市地下管網(wǎng)事故消滅在萌芽階段，防患于未然。

安徽省蕪湖市在地下管線(xiàn)建設(shè)中，充分應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采用多種檢測(cè)儀器和設(shè)備，對(duì)污水管道中的污水水質(zhì)多種參數(shù)值、液位需要進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和檢測(cè)，將采集和檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸回監(jiān)控管理中心進(jìn)行分析處理，做到對(duì)蕪湖市污水管網(wǎng)系統(tǒng)的綜合監(jiān)管。

圖1 污水治理全過(guò)程監(jiān)控示意圖

蕪湖城市地下污水管線(xiàn)的建設(shè)和管理現(xiàn)狀

目前蕪湖市現(xiàn)有5座啟用污水處理廠，污水處理能力共47萬(wàn)噸/日，其中朱家橋污水處理廠22萬(wàn)噸/日，城南污水處理廠10萬(wàn)噸/日，城北污水廠6萬(wàn)噸/日，濱江污水處理廠3萬(wàn)噸/日，城東污水處理廠6萬(wàn)噸/日，三山污水處理廠，日處理能力約5萬(wàn)噸；泵站42個(gè)，包括雨水20座，污水13座，立交橋6座 ，補(bǔ)水1座；排水干管網(wǎng)總長(zhǎng)約1600公里(污水干管網(wǎng)560公里)，排水（污）161個(gè)（含國(guó)家、省重點(diǎn)監(jiān)控企業(yè)32個(gè)）。

數(shù)據(jù)現(xiàn)狀：混雜分散紙質(zhì)，設(shè)計(jì)、竣工、勘察資料混雜，查閱調(diào)檔難；管網(wǎng)數(shù)據(jù)量大，并分散于各職能部門(mén)；數(shù)據(jù)更新不及時(shí)，準(zhǔn)確性差；停留在紙質(zhì)檔案。

管理現(xiàn)狀：重建設(shè)，輕管理，對(duì)污水處理管理各個(gè)環(huán)節(jié)缺少科學(xué)的信息化管理手段。

監(jiān)察現(xiàn)狀：缺乏城市各類(lèi)不同污染源（排污企業(yè)、政府單位、住宅小區(qū)等）的科學(xué)排污監(jiān)察手段；缺乏有效的狀態(tài)評(píng)估和管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)管手段。

養(yǎng)護(hù)現(xiàn)狀：管網(wǎng)管理養(yǎng)護(hù)隨意性大，效果不易評(píng)估。

應(yīng)急管理現(xiàn)狀：應(yīng)對(duì)危機(jī)事件管理手段蒼白，部門(mén)聯(lián)動(dòng)性差決策水平停留在經(jīng)驗(yàn)判斷和簡(jiǎn)單層次推理。

托管現(xiàn)狀：污水處理廠運(yùn)營(yíng)績(jī)效評(píng)估及信息化監(jiān)管不足。

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市地下污水管線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

蕪湖市住建委綜合分析蕪湖市城市污水管網(wǎng)監(jiān)管現(xiàn)狀，結(jié)合蕪湖城市地下污水管線(xiàn)監(jiān)管需求，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，通過(guò)將地下管網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行信息交換和通訊，規(guī)劃蕪湖市“城市地眼工程”，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)利用將GIS技術(shù)和專(zhuān)業(yè)模型合理集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管網(wǎng)中智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理，最終達(dá)到地下管網(wǎng)感知地下、服務(wù)地上的發(fā)展目標(biāo)。

本項(xiàng)目采用的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由國(guó)際電信聯(lián)盟提出的感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的三層結(jié)構(gòu)。感知層是由各傳感器和傳感器網(wǎng)關(guān)構(gòu)成，蕪湖城市地下污水管網(wǎng)管理系統(tǒng)中的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備選用管道液位儀、COD設(shè)備、水位儀和雨量計(jì)，用來(lái)監(jiān)測(cè)獲取管網(wǎng)等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的液位、流量、COD濃度、降雨量等信息；網(wǎng)絡(luò)層是連接感知層與應(yīng)用層的紐帶，考慮到設(shè)備部署的位置比較分散，本次采用3G/GPRS網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)中；應(yīng)用層是整個(gè)地下污水管網(wǎng)管理系統(tǒng)的中樞，是管理系統(tǒng)的功能的集中體現(xiàn)，在城市地下污水管線(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中，利用GIS對(duì)管網(wǎng)及監(jiān)測(cè)設(shè)備的空間分布及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理，并通過(guò)感知層監(jiān)控污水管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)；通過(guò)分析統(tǒng)計(jì)，與污水模型等綜合分析應(yīng)用，輔助污水管網(wǎng)的業(yè)務(wù)管理。搭建了以住建委中心機(jī)房為基點(diǎn)的，輻射市政、環(huán)保、污水辦等職能機(jī)構(gòu)，串聯(lián)污水管理各業(yè)務(wù)單元的城市綜合污水專(zhuān)網(wǎng)。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖3 四色預(yù)警部署

圖4 液位流量對(duì)比分析

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的地下污水管線(xiàn)管理應(yīng)用

1、感知地下，全面掌控地下管網(wǎng)運(yùn)行狀況

部署在全市主要區(qū)域200平方公里范圍內(nèi)，75個(gè)流量液位儀，監(jiān)測(cè)污水管道內(nèi)實(shí)時(shí)液位、流量，通過(guò)充滿(mǎn)度模型，制作的充滿(mǎn)度專(zhuān)題圖，全盤(pán)掌握地下管網(wǎng)運(yùn)行狀況，帶壓運(yùn)行等有危險(xiǎn)管段一目了然，給管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)部門(mén)提供技術(shù)支持。

2、智能預(yù)警，快速應(yīng)對(duì)突發(fā)事件

系統(tǒng)依據(jù)設(shè)備安裝的檢查井井深，比對(duì)井內(nèi)污水液位，對(duì)液位狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和分級(jí)分色（紅、橙、黃、綠），以顏色預(yù)警方式實(shí)時(shí)在電子地圖上刷新顯示，液位超限實(shí)時(shí)預(yù)警報(bào)警，實(shí)現(xiàn)快速預(yù)警預(yù)報(bào)，及時(shí)應(yīng)急響應(yīng)，準(zhǔn)確定位故障，迅速解決問(wèn)題。

3、服務(wù)地上，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)精細(xì)化管理

利用歷史數(shù)據(jù)周期性疊加到散點(diǎn)圖上，結(jié)合曼寧公式、謝才公式和相應(yīng)參數(shù)生成流量液位曲線(xiàn)，分析預(yù)判管網(wǎng)情況。

利用管網(wǎng)健康度評(píng)價(jià)技術(shù)，通過(guò)層次分析法確定管網(wǎng)健康運(yùn)行的主要影響因素及其權(quán)重，在無(wú)量綱化管道評(píng)價(jià)指標(biāo)和灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)系數(shù)基礎(chǔ)上，采用多指標(biāo)等權(quán)重加權(quán)計(jì)算得到管段健康度，并據(jù)此進(jìn)行健康度量化評(píng)判，形成管網(wǎng)健康度專(zhuān)題圖。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)劃化應(yīng)用，改變了蕪湖污水管理靠經(jīng)驗(yàn)的舊模式，實(shí)現(xiàn)了以利用感知設(shè)備采集數(shù)據(jù)，水利模型分析數(shù)據(jù)，形成“管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理一張圖”。污水管理部門(mén)利用GIS一張圖實(shí)現(xiàn)對(duì)污水管網(wǎng)的精細(xì)化管理。

圖5 水質(zhì)狀況監(jiān)管一張圖

圖6 曼寧曲線(xiàn)顯示圖

“管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理一張圖”已經(jīng)指導(dǎo)蕪湖管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)和改造工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的精細(xì)化管理。基于管網(wǎng)健康度，系統(tǒng)生成養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，由市政處、城建集團(tuán)等對(duì)管網(wǎng)做日常巡檢養(yǎng)護(hù)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題(功能性檢查及結(jié)構(gòu)性檢查)及時(shí)上報(bào)匯總，加權(quán)計(jì)算更新管段健康度模型，得出實(shí)時(shí)全管網(wǎng)運(yùn)行現(xiàn)狀，按照健康度等級(jí)對(duì)管道維護(hù)緊急程度優(yōu)先排序，指導(dǎo)城市污水管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)與防澇工作，為管網(wǎng)管理輔助決策提供支撐，進(jìn)一步提升城市污水管理水平，保障城市公共服務(wù)質(zhì)量和城市安全。

4、科學(xué)分析，輔助領(lǐng)導(dǎo)決策

對(duì)污水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)全管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)，采集到的大量管網(wǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和深入分析，完善各類(lèi)管網(wǎng)數(shù)據(jù)模型，結(jié)合蕪湖污水管網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建立符合蕪湖實(shí)際情況的管網(wǎng)水力模型，現(xiàn)已創(chuàng)建管網(wǎng)健康度模型、污水管網(wǎng)淤泥狀態(tài)評(píng)估模型、雨水入流分析模型、污水管網(wǎng)溢流預(yù)警模型、污水管網(wǎng)COD水質(zhì)模型。系統(tǒng)利用GIS技術(shù)將這些模型可視化，科學(xué)直觀指導(dǎo)污水管理工作。

管網(wǎng)規(guī)劃輔助決策一張圖，對(duì)各監(jiān)測(cè)設(shè)備發(fā)出的預(yù)警信息或超出預(yù)警值觸發(fā)的報(bào)警信息，可實(shí)時(shí)進(jìn)行圖上定位，并根據(jù)位置信息獲取相關(guān)管網(wǎng)實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，綜合判斷，確定警情類(lèi)別。對(duì)管網(wǎng)事故點(diǎn)流量進(jìn)行散點(diǎn)圖分析，結(jié)合曼寧公式、謝才公式和相應(yīng)參數(shù)生成流量曲線(xiàn)，判定故障類(lèi)別，結(jié)合管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)，指導(dǎo)管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)。

物聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模化應(yīng)用，給蕪湖市的污水管理帶來(lái)了新的思路，“城市污水管理信息系統(tǒng)”幾年來(lái)的應(yīng)用積累，將污水管理從粗放式的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ揭蛄司?xì)化管理新模式。管網(wǎng)四色預(yù)警、管網(wǎng)健康度應(yīng)用、科學(xué)制定養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃、流程化管理養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)績(jī)效考核等成為蕪湖城市污水精細(xì)化管理中的新亮點(diǎn)。