城市智慧管网系统案例

1.3.6.1　哈尔滨市智慧管网系统

2013年8月，哈尔滨市智慧管网系统建设全面展开，首先将进行全市主城区供水、排水、供热、燃气、电力、通信、铁路、工业管线八大类地下管线及附属设施的空间地理及属性信息普查。

1）地下管网将全部数字化管理

长期以来，哈尔滨市地下管网存在管理部门多、数据准确度差、共享不及时等诸多问题。为提高地下管网的科学化、现代化、智能化管理水平，哈尔滨市正推进全市“智慧管网”系统建设的首要工作就是地下管网普查。“哈尔滨智慧管网系统总体建设方案”明确，通过“一大工程、三大系统、四大体系”建设，建成以云计算为基础，以管线数据中心为核心，以行业用户为节点，包括地下管网信息采集、监控、数据应用服务为一体的综合地理信息管理系统，实现哈尔滨市地下管网的数字化、智能化管理和服务。

“一大工程”指管线普查及数据处理工程。工程通过对现有管网数据的专业分析、核查、集成，并结合实施地下管线的集中探测普查，获取全市范围内各专业管网数据，建立起标准统一、位置准确、数据完整、互惠共享的城市地下管网数据库，为“智慧管网”系统建设提供基础依据。

“三大系统”包括管网（云）平台系统、管线数据管理及应用服务系统、管网动态信息监控网络系统。“三大系统”建成后，可实现全市地下管网数据的集中采集、存储、管理、监控、应用服务一体化，地下管网实时三维查询，辅助审批、智能分析、共享服务及维护，地下管网监控预警，突发事故应急管理和信息发布。

“四大体系”分别为政策法规、标准规范、安全保障、运营服务体系。建成后，可使哈尔滨市的地下管网从建设、应用管理、安全运营维护、数据信息长效更新、共享服务等全过程都做到有章可循、有法可依，真正实现哈尔滨市地下管网有序建设和高效管理。

2013年，普查范围涉及管线总长度近2万km，范围囊括道里、道外、南岗、香坊、平房、松北、呼兰（利发开发区）7个主城区内3.5m宽以上既有市政道路，以道路两侧第一排建筑物内边线为界，河道查至河道堤肩两侧外20m。

2014—2015　年，普查机关单位、企事业单位、住宅小区、院校及庭院等内部管线，以及呼兰、阿城地下管网。

2）爆管泄漏可快速查准漏点

哈尔滨市“智慧管网”系统平台建设完成后，可以实现地下管网信息由多家封闭管理变为开放式的只有一个“管家”，各管线产权单位通用共享，一旦发生地下管网事故，相关产权单位可随时快速查准漏点抢修。以系统的爆管“把脉诊断”分析为例，当城市的给水、燃气等压力管道发生爆管泄漏时，通过系统的管道压力分析，工作人员能够快速、准确地定位漏点，并对管线进行分析，及时找出相关的控制阀门。由此，将有效控制灾情，缩短抢险救灾时间。

哈尔滨市“智慧管网”信息平台如图1-11所示。

图1-11　哈尔滨市“智慧管网”信息平台

1.3.6.2　太原市“地眼工程”

地眼工程项目建设目标为：利用物联网技术实现市政部门对地下网管基础设施、部件和特种人员的动态管理，通过数字太原地理信息系统，把地上、地下各类管线及其源头数据信息整合在统一监控管理平台上，实施立体化、数字化、实时化监管，实现市政部门对地下设施的智能化监管运作，切实提升城市安全保障能力。

主要建设内容为：

（1）地下管网事故预警应急调度系统。

（2）地下管网监测管理平台。

（3）城市综合地下管网监测系统：智能管网监测集成柜（现场设备）和传感器的安装。

（4）人防工事附近的自来水泄露监测，避免人防工事塌陷。

（5）将街道污水管网的液位和流量监测作为试点，监测和预防污水管道的堵塞、严重渗漏等；试点街道污水管网内的甲烷、乙烷、氢气等易燃易爆气体的监测，防止煤气渗漏或甲烷积聚造成危险或爆炸。

（6）监测人防工事的水渗漏或地质结构的变化引发的塌陷。

（7）在电力管沟内易燃易爆气体的监测，监测附近燃气的渗漏或污水管网的易燃气体的积聚，预防易燃易爆气体的积聚引发爆炸事件。

（8）在电力管沟内液位的监测，监测地下水位或自来水的渗漏，预防电气事故。

（9）通过试点的建设，探讨浅层水和自来水、污水间的液位等关系。

（10）探讨其他地眼工程中的其他技术问题。

1）太原市物联网资源中心平台

物联网资源中心平台是太原市物联网地眼工程应用系统的智能化管理综合数据存储中心，主要应用是处理和存储城市管网的基础信息、各个监测点采集的视频数据和实时数据。

太原市物联网资源中心平台的建设主要包括资源中心服务器的部署、资源中心数据存储实现、资源中心网络规划、资源中心安全要求、资源中心计算资源虚拟化技术等。

资源中心建设主要包括以下几个方面：数据中心部署、网络传输建设、数据中心机房建设、环幕显示系统。

2）物联网公共接口平台

物联网公共接口平台就是为了实现数字化城市信息共享，提供不同层次的接口为数字化城市提供统一规范的接口服务，实现高效有序的接口管理，使数字化城市系统可靠地运行，从而保证系统的可靠性、兼容性和扩展性。具体建设内容包括接口平台的建设和数据接驳。

3）项目硬件基础平台

（1）网络规划设计。数字太原地眼工程规模大、涉及的技术多、网络规模设计复杂。

整体网络设计主要采用无线和有线方式。无线网络采用码分多址（code division multiple access，CDMA）和无线虚拟专用拨号网络（virtual private dialup network，VPDN）技术，其形式为GPRS或3G传输技术，主要负责将现场传感器及数据采集仪所采集的各种数据传输到数字太原地眼工程数据中心；有线网络负责将各个管线点位的生产数据传输到数据中心。无线网络为数据采集通信网络。有线网络为数据传输专网，带宽为10M。

（2）物联网数据资源中心建设。数字太原是太原市物联网应用系统的数据存储中心，主要应用是处理和存储城市中各个监测点采集的视频数据和实时运行数据。方案设计目标为城市智能化管理综合数据中心。

主数据中心存储系统采用光纤通道存储局域网络（fibre channel storage area network，FC-SAN）和互联网协议存储局域网络（Internet protocol storage area network，IPSAN）、网络附属存储（network attached storage，NAS）混合组网的华赛统一存储方案，能够支持FC与IP两种通信协议和接口，同时支持NAS集群的网络文件系统。系统按功能分为三个子网：前端网络、后端网络、维护网络系统。

①前端网络。主要是处理实时数据上报业务请求、业务管理访问业务请求。主要包括：

a.小型机集群。运行数据库服务，处理Web服务器和通信服务器的数据库服务请求。

b.Web应用服务器。处理来自业务管理人员的业务管理请求，如查看监测点状态、浏览实时数据等。

c.通信服务器。处理来自各个采集点的实时上报数据。

d.备份服务器。按照备份策略定时定期完成备份任务。

e.以太网交换机。

②后端网络。主要指SAN存储区域网络，包括磁盘阵列、虚拟磁带库、物理磁带库、FC交换机、以太网交换机。提供FC-SAN、IP-SAN及NAS，可根据需要选择不同网络类型接入。

③维护网络。连接到所有网元，方便统一设备管理与维护。

系统对关键海量数据采用FC-SAN和IP-SAN融合的存储解决方案。系统的实时采集数据包括实时运行数据和视频数据，属于核心业务系统，实时采集数据对性能和数据安全有高标准要求，方案采用FC-SAN架构，集中存储在高性能存储的FC磁盘中。

对视频数据，采用互联网小型计算机系统接口（Internet small computer system interface，iSCSI）IP-SAN架构，用户浏览视频可通过NAS网络文件的方式实现。

（3）三通道环幕显示系统。

4）项目软件平台

项目软件平台主要包括监测监控软件平台、地眼工程应急指挥平台、地眼工程业务模型分析、数据库系统。

地眼工程的数据库系统是一个建立于市政专网环境中的分布式数据库系统，它将地眼工程有关单位，各业务单位、城管办、市管委的数据库连接在一起。各业务单位都有各自独立运行的局部数据库系统，完全实施自治、用户自主管理。在市管委平台，地眼工程的数据平台除了自有的传感器网络、GIS、地下管网综合监测、预警分析系统数据外，还有一些市属管网单位的数据库。为了在中心数据平台为上层应用提供统一的全景业务视图，该中心集成了各生产者数据库的远程访问接口。生产者数据库是指管线单位本地的数据库，由于各单位将管网运行的数据存储实时存储在这个库中，它是地眼监控平台数据的提供主体。

（1）数据通信具体流程。

①传感器采集现场端数据。

②数据采集仪与传感器数据交换。

③数据采集仪负责将数据转发至数据接收终端，统一定义格式，与脉冲时间持续发送至接收服务程序。

④服务终端接收所有的数据反馈，可以做成服务集群来处理大量的发送数据请求。

⑤数据库可以采用集群技术对大量数据进行分布处理。

⑥对于所需数据暂时无法从库中获取时由服务端主动发送拉取指令。

在整个通信这一层中主要包含的传感器 数据采集仪数据传输和数据采集仪 数据服务接收端接口数据传输两大块内容。

（2）数据接入层体系构架。各生产单位管线系统通过市政专线与平台端连接，各生产单位的应用层将数据同时写入产生数据库和备份数据库，平台端的地眼数据库通过数据库的逻辑链路以全局业务视图集成了各生产数据库。

（3）物联网公共接口平台。接口的总体设计目标建立在三维地理信息平台基础上，结合政府各部门不同的工作特点，完成对数据的上传、筛选、分类、转换、映射、规范等工作，完成地理信息数据的海量处理，开展数据统计分析，对现有接口进行分析，完成对各部门数据接口的统一标准化处理工作，保证系统的可扩展性和兼容性。

①接口具体目标。

a.实现基础数据上传的标准化，做到基础数据库完全统一，增加基础数据的利用率。

b.提供地理信息实时化，保证地理信息的准确、快速定位，给各部门、各级领导、大众群体提供精确信息。

c.提供数据安全化，保证数据的正确流向和身份验证，确保数据的安全。

d.提供数据共享层次化，保证不同类型的人群共享不同的数据。

e.通过接口设计实现最终完成以下功能：为数字化城市系统提供完美接口；将数据高效、准确传递；给决策层提供映射数据服务；更高效地保证数字化城市系统的管理工作。

②接口提供的功能模块。

a.数据分类。

b.数据编目。

c.数据映射。

d.数据安全。

e.数据加载与转换。

f.数据清洗与筛选。

g.数据接口标准化。

h.系统扩展服务。

1.3.6.3　南京市智慧管网

南京数字地下管网三维可视化智能管控平台是一个全面的地下管线安全信息采集、监视和预警体系，它对施工过程中的安全问题进行监管及地下管线的使用寿命进行有效管控，更重要的还有对紧急情况的应急操作。南京数字地下管网三维可视化智能管控平台主要有管线台账、施工管理、危险源监管、应急响应等平台管理模块。通过直观的三维管线互动界面，实现浏览、查询、统计地下管网信息等基础性管理；通过三维虚拟现实模拟训练，也能科学地进行地下管网的辅助规划、设计，指导工程的文明施工和预防性维护。

通过智能管理平台，管网的工作人员可以更加清楚明确地掌握所有管线现阶段的具体信息如生命周期，对有可能发生异常的管线进行评估和监测，进而在紧急事件发生后，迅速筛选和做出反应。由此，工作人员可以对其进行有效的集约化管理和科学决策，节省人力物力财力。

在南京数字地下管网三维可视化智能管控平台中，首先对地下管线基础数据进行严格的1∶1三维建模，确保信息完整、准确、真实、系统。与图表化的二维数据一一对应，逐步建立了完整的三维地下管网数据库，将其放置与管线对应的地面建筑三维虚拟网络世界中。在互联网平台上，对各类管线源头、终端、走向、介质等技术参数以及周边环境、易燃易爆危险源分布、抢险疏散通道等信息进行分析汇总，对管线设备管理、维护责任单位、责任人进行建库备案，实现管控一体化。平台管理者或浏览者可以选择自动漫游方式，跟随虚拟摄像机的镜头，分检视各个管线。或模拟一场事故，进行事故处置演练。

平台具有很强的功能拓展性和兼容性。在加强管线应用的日常运行管理的同时，可结合城市规划、项目审批、建设施工城市管理、质量监督等数字管理系统，可汲取和提供公共数字数据信息，增强管线安全的提前预警和应急处置能力，及时应对处理各类突发问题。

1.3.6.4　上海市智能水网工程

“十一五”期间上海市数字水务的建设已经汇集整合了气象、海洋、海事、水文、水利、供水、排水等多行业（部门）的数据，积累了各类基础设施、实时监测信息、业务管理信息、政务信息、元数据信息等，实现了水务信息资源的集成交换、集中存储、分级管理和分层维护，服务于防汛保安、水资源调度、水环境整治多任务应用。在此基础上，《上海市国民经济和社会发展第十二个五年规划》提出加快建设以数字化、网络化、智能化为主要特征的智慧城市。作为其重要组成部分，同时也明确建设智能水网工程，整合水务、气象、海事、海洋、环境、港口等涉水管理部门的相关信息资源，完善相关监测、管理等服务体系。正在建设的上海市智能水网工程包括六大系统：水安全智能指挥系统、水资源智能调度系统、水交通智能服务系统、水环境智能监控系统、智能水网电子政务系统和智能水网电子商务系统。

由于历史原因，2016年之前，上海市自来水公司分成4家公司（市北、市南、浦东、闵行）独立经营。4家公司都建立了各自供水区域的供水信息化系统。各公司的信息化系统都是为自身供水区域服务，但是相互之间的管网是连通的，联络管上均安装了双向流量计，形成一网调度的供水格局。近年来，浦东供水区域水量增长较快，目前的水厂供水能力不能满足日益增长的水量需求，须从市北和市南公司通过居杨管和南杨管馈水至浦东区域。为了满足政府对供水水量、水压和水质的整体监测并实施合理的调度方案，上海市水务局下属的供水调度监测中心将对各供水企业的信息化系统进行整合。整合思路是实施两步走策略：第一步将跨公司的单系统进行整合，形成中心城区大规模的供水SCADA系统、管网GIS系统和管网模型系统；第二步将中心城区供水SCADA系统、管网GIS系统和管网模型系统整合到GIS平台上，建成基于GIS平台的上海市中心城区供水信息化平台。

上海市供水调度监测中心整合了各公司的供水SCADA系统，实现了从原水取水输送、水厂制水到管网输水系统的全过程监控。中心城区的所有水厂、泵站、水库、管网全部实现实时监控，并已开始覆盖区县水厂和泵站。目前中心城区管网在线监测点已超过500个，监测水量、水压、水质等生产信息。开发了Web应用和调度运行管理系统，已与水文、气象、太湖流域及水务局等部门实现了信息的互联互通。信息化的发展为科学调度、安全供水提供了有力的技术保障，更在“抗咸潮入侵，保障服务供应”“世博供水安全保障”和“高峰供水”及突发事件应急处置工作中发挥了至关重要的作用。

上海水务信息化建设总的发展目标和要求是：依托上海信息产业优势，顺应现代信息技术的发展趋势，正确处理好当前与长远、局部与全局、基础性建设与功能性开发的关系，以水务发展需求为导向、应用为核心，与“数字上海”建设相同步，全力推进以数据平台、网络平台和应用平台为基本框架，以三大行业基础数据库、局核心数据库和社会服务系统、决策辅助系统、政务管理系统为主要内容的“数字水务”建设。

目前，上海中心城区供水管网系统信息化建设已初具规模，在生产、管理中发挥了重要作用，但仍存在一定的不足，如各系统间的信息实时共享与系统集成问题，还须充分利用现有资源，使管网信息化水平上一个新台阶。

GIS系统具备强大的空间分析功能，可以集成监测、模拟、调度等一系列应用。以GIS平台为基础，集成GIS系统的静态数据、SCADA系统的动态数据和模型系统的模拟数据，形成图数结合的展示方式。利用GIS强大的图形展现、空间查询和地理分析等功能，对供水管网基础数据、SCADA实时监测数据和水力模型的模拟数据进行更加充分的挖掘、分析和利用。平台内容采用WebGIS的方式进行发布，可以通过登录网页的方式进行浏览和操作。目前，上海市供水系统已基本实现了数字化、信息化管理，正按照政府规划的智能水网发展理念分步建设与实施。