信息化技术在智慧排水指挥调度管理中的应用

熊杰

摘要：智慧排水指挥调度管理系统是智慧城市的重要组成部分，依托大数据、互联网、物联网等信息技术，可以实现对城市排水系统運行情况的实时掌握，并根据实际需要灵活调度、科学指挥，在解决城市内涝、提高城市水资源利用率等方面发挥了显著作用。本文首先介绍了智慧排水指挥调度管理中使用到的一些信息技术，随后着重概述了智慧排水指挥调度管理系统的基本组成和具体功能，包括电子水尺系统、视频监控系统、河道水位检测系统、雨量数据采集系统等。最后结合南昌市城市排水应用实例，证明智慧排水指挥调度管理系统在预防城市内涝方面发挥了良好效果。

关键词：信息化技术智慧排水指挥调度管理视频监控自动化保护

Application of Information Technology in Smart Drainage Command and Dispatch Management

XIONG Jie

（Nanchang Municipal Public Utilities Service Center，Nanchang，Jiangxi Province，330000 China）

Abstract： The smart drainage command and dispatch management system is an important part of a smart city. Relying on big data， Internet， Internet of things and other information technologies， it can realize real-time control of the operation of the urban drainage system， and flexible dispatch and scientific command according to actual needs. It has played a significant role in solving urban waterlogging and improving the utilization rate of urban water resources. This article first introduces some information technologies used in smart drainage command and dispatch management， and then focuses on the basic composition and specific functions of the smart drainage command and dispatch management system， including electronic water gauge system， video monitoring system， river water level detection system， rainfall Data acquisition system， etc. Finally， combined with the application of urban drainage in Nanchang， it proves that the intelligent drainage command and dispatch management system has played a good effect in preventing urban waterlogging.

Key Words： Information technology; Intelligent drainage command and dispatch management; Video surveillance; Automatic protection

在早期的城市建设中，由于缺少统筹规划，城市排水系统的统一调度难度较大，在处理暴雨等突发事件方面缺乏有效联动，各方力量难以快速、高效地形成合力，影响了城市排水系统的正常运行。随着“智慧城市”的不断发展，信息化技术在城市排水管理中得到了推广应用，构建智慧排水指挥调度管理系统成为保障城市排水系统稳定运行的关键。近年来，国内许多城市进行了智慧排水指挥调度管理系统的试点应用并取得了良好效果，尤其是在强降雨天气下避免城市内涝问题上有突出表现，具有推广应用价值[1]。

1.智慧排水指挥调度管理中的信息化技术

随着智慧排水指挥调度管理系统的推广使用，相应的理论研究也日益丰富，进而推动了技术创新，让该系统的整体功能更加丰富，实用价值也得到了进一步的提升。目前来看，智慧排水指挥调度管理系统中运用的信息技术主要有以下几种。（1）地理信息技术。地理信息技术主要涵盖了GIS、GPS等技术，它能够基于空间位置数据信息，融合应用大数据分析、城市管理等知识，对某个范围内的地理信息和空间信息进行研究、管理。在智慧排水指挥调度管理中，地理信息技术可以提供城市道路、河流、路面等不同空间区域的水位信息，为城市防汛排涝指挥调度提供了必要的信息参考。（2）物联网和互联网技术。物联网是利用各种类型的传感装置、电子仪表，实现对环境信息、设备运行信息的动态采集，并利用通信设备将这些数据同步反馈至指挥调度中心，然后在指挥电视墙上呈现出来，方便调度中心工作人员远程操控和实时管理。互联网则可以将调度中心与泵站值班室以及前端各类电气设备连接起来，实现相互通信和保证指令下达，是维持整个智慧排水指挥调度管理系统稳定运行的关键[2]。（3）大数据技术。对于前端传感装置、电子仪表采集到的海量数据，需要利用大数据、云计算等技术，对数据做筛选、分类、统计等一系列处理，从中提取有价值的信息，为排水指挥调度管理提供必要的参考。（4）其他技术。除了上述几种关键技术外，该系统还设计到安全技术、数据共享技术等。

2基于信息技术的排水指挥调度管理系统设计

2.1电子水尺系统

电子水尺本质上是一种高灵敏度的接触式数字传感器，基于水具有弱导电性的特点，利用测量电极采集水位的变动信息，主要应用于城市道路积水以及排水管网等水位监测。从组成结构上来看，电子水尺系统外部使用了不锈钢材料作为外壳，内部则使用密封材料，防水等级为IP68，可以有效防止受潮、污染。在电路模块上，使用了过电压保护、电源极性反接保护等措施，保证了电子水尺的稳定运行，对提高测量精度和减少现场维护有积极帮助。

2.2视频监控系统

排水泵站包含了大量的管线、设备，如排污泵、电机、阀门、照明设备等。要想保证排水泵站的正常运行，需要各类设备之间能够做到协调配合。视频监控系统是以大量的摄像装置为基础，采集现场视频信息并将数据同步至监控室，方便管理人员实现对泵站各部分运行情况的实时和动态监管。另外，通过人为设定传输方式、传输时间，还能将视频监控系统采集到的视频信息，定时发送至调度中心或管理人员的手机客户端，从而实现数据共享，以便于随时查看泵站运行情况。除了泵站视频监控外，还有道路积水视频监控，主要用于监测路面是否出现大面积积水，或者排水井往外溢水情况。依托视频监控系统实现全天候、大范围的视频监控，让指挥调度管理人员随时掌握城市各处排水系统的运行情况，方便灵活调度和妥善处理[3]。

2.3河道水位监测系统

該系统主要用于城市内部河道水位、雨水情况的全天候、动态化监测。将监测到的相关数据进行分类整理后，与河道水位线进行对比，如果当前河道水位高度超过了标准，说明河道水位上涨情况严重，系统会自动进行预警，提醒调度中心的管理人员及时采取措施调度河道相关防汛闸门启闭，防止河道水位过量上涨影响城市排涝。由于前端的水位监测装置会不断采集河道水位信息，因此当采取排水调度措施并且水位线下降至标准范围后，可以自动解除警报，有助于提高智慧排水指挥调度管理的灵活性[4]。

2.4泵站自动控制系统

2.4.1水泵自动控制模块

智慧排水指挥调度管理系统中的水泵自动控制模块可以实时掌握每一台水泵的运行情况、电网状况、闸门位置等信息，在此基础上结合集水池进水量、液位等相关参数，自动确定开泵时间、开泵数量。在开泵以后，利用传感器获取液位变化信息，并将该信息同步反馈至泵站的PLC控制中心。当液位达到标准值后，再关闭水泵。这样一来，就可以实现泵站的无人值守，节约了人力，提高了运行效率。通过PLC内置控制程序，还可以准确计算出每台水泵的运行时间，调节启停顺序，解决了水泵长期闲置或过度使用的问题，实现设备利用效率的最大化。泵站自动控制的各项参数也会实时传输至调度中心，由调度中心的PC机进行监管，实现双机控制，进一步保障泵站设备的可靠运行。

2.4.2设备自动化保护模块

泵站系统中电气设备的种类和数量较多，为避免泵站系统运行中出现停运故障，设计了多种自动保护装置。例如，电气故障保护、进出水阀门开启保护、液位保护等。当泵站系统的某个部分发生故障后，自动保护模块可以立即响应，并发挥保护功能，避免故障问题的扩大化。设备自动保护控制功能的实现，大体上可以分为状态监测和故障保护两个步骤。前者是利用智能仪表、传感装置，实现对现场设备运行工况的自动采集;后者则是利用PLC对实时数据和标准数据进行对比，如果匹配不成功，则说明存在异常运行情况。在显示器上提供故障码，并进行自动保护控制，后期也可以通过手动操作查看故障信息或历史处理记录[5-6]。

2.5雨量数据采集系统

传统的雨量监测系统是在降雨结束以后再提供降雨相关数据，数据采集具有滞后性，尤其是在出现强降雨天气时，由于提供的雨量数据不及时，不利于排水指挥调度管理工作的开展。而在线雨量数据采集系统则解决了这一弊端，一方面是能够精确测量出雨量信息，另一方面还能保证数据的反馈及时，方便调度中心的工作人员可以随时掌握雨量信息，确保了智慧排水指挥调度管理系统的可靠运行。雨量数据采集系统的核心装置是搭载了工业级处理芯片的数据采集器，使用ABD外壳进行保护，保证了在野外恶劣环境下也能正常采集数据。另外，还有传感器、外部U盘等。前端反馈的雨量信息，会根据数据采集时间自动生成一个文档进行存储。后续调用雨量数据时，可以直接调用相关的文档，防止数据丢失问题出现。

2.6泵站安全警报系统

为切实保障泵站设备及现场工作人员的安全，设计使用了安防报警系统。同时，为避免出现误报的情况，采用了双重安防设置。一方面是利用前端的高清网络摄像机，采集现场画面与视频信号，并将其实时传输至泵站值班室和指挥调度中心，在监控显示屏上实现画面同步，以便于值班人员随时掌握现场情况。另一方面，则是基于故障自检功能，每隔一段时间对系统中各类设备的运行情况进行一次检查，如果发现有异常运行的设备，则标记设备后进行报警。值班室或调度中心的工作人员，综合对比报警信息与视频画面，确定故障类型和故障位置，为下一步进行故障排查与维修提供了必要的参考。

3智慧排水指挥调度管理系统的应用效果

南昌市2020年6月1～3日发生强降雨，过程降雨量达到146.5mm，全市共102站降水超过50mm，81站超过100mm，7站超过200mm，也就是说全市有88站超过大暴雨级别。为有效应对雨情，市排水管理处指挥调度中心与市气象台预警中心采用联动机制，通过信息共享的方式，提前12h获取气象预警中心提供的降雨量预警预报信息，以便于对排水系统的灵活调度。在降雨开始后，利用智慧排水指挥调度管理系统，实时掌握各泵站水位变化及运行状态，并根据历年排水指挥调度管理经验，对一些易发生积水的区域进行了重点视频监控，避免出现严重内涝。同时，基于对雨情变化趋势的预测，提前做好区域排水人员、设备、车辆的指挥调度管理，提高泵站设备利用效率。在本次强降雨结束后，调取智慧排水指挥调度管理系统的后台数据，整个降雨过程持续排水37.5h，累计排水8.244×106m3。虽然本次降雨量较大，但是应用智慧排水指挥调度管理系统，实现了市城区内主干道路的“一日暴雨，四小时排干”社会承诺，未出现严重的道路积水和地面淹泡情况，预防了城市内涝现象的发生，该智慧排水指挥调度管理系统取得了理想的应用效果。

4 结语

在推进“智慧城市”建设的过程中，信息技术在城市管理中的应用越来越广泛。基于大数据、物联网等前沿信息技术建立起来的排水指挥调度管理系统，可以实现对泵站运行工作、城市道路积水和地下管网水位的动态监测，并实现智能预警、自动控制，在提高排水泵站运行效率、加快道路积水排出等方面展现出了应用优势。从实践应用效果来看，智慧排水指挥调度管理系统的应用能够有效应对强降雨天气，并且解决了城市内涝问题，在城市现代化建设中有良好的应用前景。

参考文献

[1]杨晓雷.基于新一代信息技术的智慧排水融合管控与指挥调度系统研究[J].IT经理世界，2020（3）：2-4.

[2]郑春华，翁献明，姜恺.温州市从"数字排水"到"智慧排水"的思考与实践[J].中国给水排水，2017（12）：30-35.

[3]赵印，姜涛，陈兵.智慧城市排水管网云服务系统设计与实现[J].中国给水排水，2017（5）：51-52.

[4]张新宇，谈晓珊.浅谈智慧城市排水管网监测系统的应用[J].城镇建设，2020（7）：210-211.

[5]田骊宁.基于GIS的智慧城市排水管网设计与实现[J].城市勘测，2021（z1）：203-206.

[6]江楠，张万辉，马扬，等.城市排水管网信息数据库与智慧排水系统研究现状与发展趋势[J].广东土木与建筑，2021，28（4）：56-60.