基于物聯(lián)網(wǎng)的道路檢查井監(jiān)督管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

林亦林

(福州市勘測(cè)院，福州 350108)

1 引言

本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)的道路檢查井監(jiān)督管理云平臺(tái)，將道路檢查井運(yùn)維服務(wù)與智能井蓋、開(kāi)蓋動(dòng)態(tài)預(yù)警等業(yè)務(wù)進(jìn)行有效結(jié)合， 建立新型的城市道路檢查井監(jiān)督運(yùn)維服務(wù)模式，面對(duì)市政井蓋類(lèi)型和數(shù)量眾多、日常維護(hù)繁瑣且復(fù)雜而造成的監(jiān)管困難， 實(shí)現(xiàn)城市檢查井維護(hù)由原有的片區(qū)、 道路式的粗顆粒度管理向單一設(shè)施的細(xì)顆粒度管理轉(zhuǎn)變， 采用開(kāi)蓋報(bào)警技術(shù)盡量避免了由于井蓋被盜或井蓋損壞等而造成的人身安全事故及其經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)提高了城市信息化管理水平， 有效地降低了城市管理的經(jīng)濟(jì)成本，積極響應(yīng)了國(guó)家對(duì)于建設(shè)智慧城市、智慧市政的需要。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體框架

為了提高平臺(tái)的可維護(hù)性和健壯性， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照逐層抽象、組件化架構(gòu)原則從下到上可以分為基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層4 個(gè)層次。系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)如下(見(jiàn)圖1)：

圖1 系統(tǒng)總體框架

從下而上，第一層是基礎(chǔ)層：該層提供系統(tǒng)的基本網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)及企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件環(huán)境，提供檢查井監(jiān)督管理平臺(tái)運(yùn)行所依賴(lài)的應(yīng)用和數(shù)據(jù)服務(wù)器、防火墻、交換機(jī)、路由器及其他計(jì)算機(jī)，是信息化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)施基礎(chǔ)，同時(shí)提供包含傳感設(shè)備，如存儲(chǔ)井蓋信息的RFID 標(biāo)簽信息[1]。

第二層是數(shù)據(jù)層，采用oracle11g，它是整個(gè)井蓋監(jiān)督平臺(tái)的信息資源核心[2]，主要分為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)和井蓋數(shù)據(jù)庫(kù)。 井蓋數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)加工和數(shù)據(jù)遷移完成建庫(kù)，它與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)合，構(gòu)成整套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)核心。

第三層是服務(wù)業(yè)務(wù)支撐層， 在統(tǒng)一的GIS 核心平臺(tái)運(yùn)行框架上，提供具體的服務(wù)功能，例如：數(shù)據(jù)交換服務(wù)、工作流服務(wù)、GIS 服務(wù)、用戶(hù)管理服務(wù)、消息服務(wù)、安全服務(wù)、表單服務(wù)和移動(dòng)端服務(wù)、井蓋打開(kāi)報(bào)警服務(wù)和電子標(biāo)簽掃描服務(wù)等。

第四層是應(yīng)用層， 在服務(wù)支撐層之上是四個(gè)功能模塊， 包含井蓋身份管理地理信息模塊、 井蓋監(jiān)督業(yè)務(wù)模塊、井蓋實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊及井蓋數(shù)據(jù)分析模塊。

第五層是用戶(hù)層：該層包含用戶(hù)主要有管理員、運(yùn)維人員以及監(jiān)督人員。

2.2 整體建設(shè)思路

(1)利用云計(jì)算技術(shù)搭建資源彈性可配置的平臺(tái)海量存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施，形成“兩級(jí)平臺(tái)”架構(gòu)

①采用高性能的服務(wù)器， 以Windows Server2008 操作系統(tǒng)為平臺(tái)，提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)器運(yùn)行環(huán)境；

②運(yùn)用相關(guān)虛擬化技術(shù)將物理服務(wù)器集群虛擬化，快速搭建基礎(chǔ)云環(huán)境。

(2)基于工作流技術(shù)構(gòu)建統(tǒng)一的城市管理處理流程，并綜合管理

①利用工作流快速搭建特定業(yè)務(wù)處理模板；

②開(kāi)發(fā)處理流程注冊(cè)模塊， 統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)處理流程模塊，并依據(jù)真實(shí)業(yè)務(wù)需求快速構(gòu)建具體業(yè)務(wù)處理流程。

(3)物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)快速搭建無(wú)線物聯(lián)網(wǎng)感知體系

①利用物聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理傳感器、觀測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市部件巡查的自動(dòng)化、提升工作效率；

②井內(nèi)傳感設(shè)備通過(guò)安裝高性能鋰電池解決供電問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)采集頻率起到省電作用，日常低頻率上報(bào)， 發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)高頻率上報(bào)， 另外通過(guò)安裝新型井蓋，將開(kāi)蓋報(bào)警、井下監(jiān)測(cè)等設(shè)備進(jìn)行集成，提供一整套解決方案，解決防震防水問(wèn)題。

2.3 業(yè)務(wù)流程

安裝智能設(shè)備的檢查井在設(shè)備報(bào)警后， 將報(bào)警信息傳輸?shù)奖O(jiān)督管理平臺(tái)， 平臺(tái)接收到報(bào)警信息后根據(jù)權(quán)屬單位進(jìn)行派發(fā)，權(quán)屬明確的派發(fā)對(duì)應(yīng)權(quán)屬單位處置，權(quán)屬不明確的派發(fā)應(yīng)急機(jī)構(gòu)處置， 處置機(jī)構(gòu)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行處理并拍攝反饋，平臺(tái)接收并做相關(guān)記錄。

圖2 設(shè)備報(bào)警流程

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 井蓋身份管理地理信息模塊

采集所實(shí)施道路上井蓋的身份信息(包括井蓋類(lèi)型、材質(zhì)、規(guī)格尺寸、維護(hù)單位、聯(lián)系電話、聯(lián)系人、地理坐標(biāo)等)并編碼，建立井蓋基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息庫(kù)。

通過(guò)整合井蓋地理坐標(biāo)信息及井蓋身份信息建立井蓋身份地理信息系統(tǒng)， 該系統(tǒng)通過(guò)視圖操作能夠進(jìn)行地圖放大、縮小、漫游、圖層控制等操作，同時(shí)可通過(guò)地理信息系統(tǒng)在電子地圖上查詢(xún)井蓋基礎(chǔ)信息。

通過(guò)定位查詢(xún)能夠?qū)w進(jìn)行快速查詢(xún)定位， 包括地名定位、道路定位、書(shū)簽定位等。 通過(guò)信息管理能夠?qū)w信息進(jìn)行錄入、刪除、修改、分類(lèi)統(tǒng)計(jì)等操作。

3.2 井蓋監(jiān)督業(yè)務(wù)模塊

系統(tǒng)包括應(yīng)急處置監(jiān)督模塊及日常巡查維護(hù)監(jiān)督模塊。 結(jié)合井蓋地理信息系統(tǒng)及移動(dòng)信息通信技術(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)井蓋日常維護(hù)、應(yīng)急處置進(jìn)行監(jiān)督管理[3]。 主要實(shí)現(xiàn)功能有：日常巡查、應(yīng)急處置管理，案件管理、考核。日常巡查和應(yīng)急處置管理可實(shí)時(shí)對(duì)巡查人員基本信息及其日常巡查軌跡、 應(yīng)急處置時(shí)效、 應(yīng)急處置實(shí)時(shí)流程、 應(yīng)急處置前后效果等進(jìn)行監(jiān)督并顯示在井蓋地理信息系統(tǒng)上。

案件管理可記錄案件接案時(shí)間、 派遣時(shí)間、 派遣單位、結(jié)案等信息并通過(guò)列表形式展示，同時(shí)可對(duì)案件進(jìn)行歸檔、查閱等操作。

考核功能可按照井蓋問(wèn)題處置辦法對(duì)應(yīng)急單位、權(quán)屬單位處理井蓋問(wèn)題的情況進(jìn)行判定打分， 并自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)表。

3.3 井蓋實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊

運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無(wú)線傳輸技術(shù)，采用在井蓋上安裝實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備將井蓋實(shí)時(shí)狀態(tài)信息發(fā)送到接收器上，當(dāng)井蓋出現(xiàn)缺失情況后， 立即向系統(tǒng)報(bào)警并將井蓋具體位置、屬性等信息在電子地圖上進(jìn)行準(zhǔn)確顯示。

3.4 井蓋數(shù)據(jù)分析模塊

利用井蓋巡查維護(hù)數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)對(duì)井蓋健康度運(yùn)行情況進(jìn)行分析，分析井蓋高維護(hù)路段、易盜風(fēng)險(xiǎn)路段、開(kāi)蓋頻率、井蓋事件平均處理周期，同時(shí)可結(jié)合業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析， 另外接入液位計(jì)等其他傳感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。

平臺(tái)根據(jù)接收的設(shè)備進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)， 統(tǒng)計(jì)出易損耗路段和類(lèi)型輔助檢查井維護(hù)。 同時(shí)根據(jù)處置數(shù)量和時(shí)限進(jìn)行考核。

4 關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新

4.1 智能井蓋打開(kāi)報(bào)警技術(shù)

智能井蓋中的井蓋打開(kāi)報(bào)警器以STM8 單片機(jī)為控制核心， 采用了永磁鐵加干簧管為基礎(chǔ)的傳感器來(lái)采集井蓋開(kāi)啟狀態(tài)。 通過(guò)在道路檢查井內(nèi)安裝探測(cè)傾斜狀態(tài)的裝置，此裝置安裝在井蓋下，不與井下液體接觸，同時(shí)不含有毒物質(zhì)，不會(huì)對(duì)原有井下環(huán)境造成影響，在井蓋打開(kāi)情況下，報(bào)警器通過(guò)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出井蓋報(bào)警的信號(hào)，對(duì)井蓋發(fā)生異常時(shí)可自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、上報(bào)并啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，實(shí)現(xiàn)道路檢查井的遠(yuǎn)程異地的監(jiān)測(cè)預(yù)警與應(yīng)急處置[4]。

4.2 基于RFID 的井蓋電子標(biāo)簽技術(shù)

利用RFID 唯一性， 進(jìn)行城市道路檢查井安全生命周期管理，同時(shí)建立一井一號(hào)一檔，基于RFID 唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，實(shí)現(xiàn)城市道路檢查井安裝、巡查、養(yǎng)護(hù)、廢棄的身份信息、位置信息、運(yùn)維信息的全生命周期的管理。

4.3 智能液位監(jiān)測(cè)報(bào)警

智能液位監(jiān)測(cè)報(bào)警配備井下液壓式液位監(jiān)測(cè)傳感器[5]，設(shè)備安裝在井下，同時(shí)投入水中，適應(yīng)井下復(fù)雜的水位環(huán)境，實(shí)時(shí)監(jiān)控井下水位變化，同時(shí)設(shè)置水位閾值和上傳頻率， 監(jiān)測(cè)出的水位數(shù)據(jù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)上傳到云端服務(wù)器進(jìn)行保存[6]，建立液位數(shù)據(jù)庫(kù)，再根據(jù)水位模型，預(yù)測(cè)水位走勢(shì)，對(duì)城市防澇搶險(xiǎn)工作提供指導(dǎo)說(shuō)明。

4.4 創(chuàng)新特色

提出了一種城市道路檢查井的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)在暴雨情況下的道路檢查井水位和流量數(shù)據(jù)檢測(cè)，分析未來(lái)水位走勢(shì)，形成智能監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，實(shí)現(xiàn)道路或積水點(diǎn)的預(yù)警，為市政管理與決策提供分析支撐。

基于RFID 為城市道路檢查井蓋建立 “一井一號(hào)一檔”，基于RFID 唯一標(biāo)識(shí)號(hào)，實(shí)現(xiàn)城市道路檢查井蓋安裝、巡查、養(yǎng)護(hù)、廢棄的身份信息、位置信息、運(yùn)維信息的全生命周期的管理， 創(chuàng)新城市道路檢查井運(yùn)維管理與服務(wù)模式。

5 結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目相關(guān)成果已經(jīng)陸續(xù)在福州市供排水管理中心、成都市井蓋中心、 南昌市市政工程管理處得到了成功的應(yīng)用，取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。系統(tǒng)為每個(gè)城市道路檢查井建立詳細(xì)身份信息、維護(hù)全生命周期數(shù)據(jù)、所有維修保養(yǎng)記錄，形成城市井蓋大數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)城市井蓋大數(shù)據(jù)庫(kù)，再結(jié)合不同模型，不同維度，挖掘出更有利于提升市政管理水平和效率的有價(jià)值數(shù)據(jù)。