宁波作为我国东南沿海地区经济社会高速发展的副省级计划单列城市,在发展的同时时常遭受水患之苦,近几年经常出现强台风、高潮位、强降雨3碰头现象,使得中心城区防汛排涝任务十分艰巨。2012年8月的强台风“海葵”、2013年10月的超强台风“菲特”、2014年9月的强台风“凤凰”都给宁波城区造成了巨大的创伤,损失惨重。2013年11月,浙江省委、省政府发出了“治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水”的“五水共治”号召,并以此作为全面深化改革的重要内容和需重点突破的改革项目。为落实“五水共治”要求,宁波市也积极推进各项水治理工作,其中智慧排水项目建设就是重点工作内容之一。

　　 3年多来,市排水公司投入巨资,精心构建了一整套从管网运维、泵站排水到污水处理厂水处理全过程监控的智慧排水管理系统,该系统无论是在软硬件投入,还是在功能特色、管控规模、运行效率、实用化程度等方面在国内城市中都不多见,真正实现了日常运行监控、灾时预警和灾时调度指挥于一体的平灾结合全程管控。

　　 近年来,构建“智慧排水”的理念已经深得广大排水同行的高度认可。我们的理解,所谓“智慧排水”就是指通过各类传感器、水质水量水位仪表等在线监测设备实时感知城市排水系统的运行状态,通过互联网将监测信息进行传输,并采用可视化的方式有机整合各排水管理部门与排水设施的资源,搭建“城市排水物联网”,对海量排水信息(如天气预报、台风路径、卫星云图、道路桥梁、水库水位、内河水位、江河潮位、实时雨量、污水处理厂、排水管网、雨污泵站、媒体宣传等)进行及时分析与处理,做出相应的调度指挥指令或者是辅助决策建议,从而实现以更加精细和实时动态的方式管理城市排水系统的整个生产、管理和服务流程,最终达到智慧管理的状态。

　　 现有的4座污水处理厂、泵站运营分公司及管网运营分公司都是市排水公司下属的基层单位。智慧排水项目建设启动前,各下属单位已各自实现了管理职责范围内的集中控制及视频监控。但这些基层单位的子系统均为独立运行、各自为政,且功能较为单一,技术水准不够高,应用深度和作用效果也有限,亟需进行集成整合、深度优化与效率提升。

　　 现状智慧排水项目建设共分2期进行:

　　 (1)1期项目于2012年5月启动,2013年9月进行了验收。本期工作内容是旨在利用数据采集与监视控制(SCADA)、视频监控、地理信息系统(GIS)、数据库及网络通信等计算机技术,在已建成的4座污水处理厂生产管理系统、泵站调度中心、12个沿江闸门及地理信息系统的建设基础上,实现公司内部数据集中并在此基础上开发公司层面的生产管理实时调度系统。实施的具体内容为:总公司控制中心大屏系统安装及机房建设、公司信息主干网络建设、各个基层站点中控室网络改造、生产集中监控系统及视频监控系统建设、生产管理调度平台建设等,共计接入了66座雨污泵站信号、12个沿江闸门信号、19座立交视频、21路重点泵站视频以及4座污水处理厂的共计3.7万个信号点数据,同时还接入了696km的管线数据(含9.4 万条管道、9.6万个管点信息),基本上实现了对上述各种信息的采集、分析、汇总、显示的集中接入与整合。

　　 (2)2期项目于2013年年底启动,2015年3月进行了项目初验。本期工作内容是在1期建设内容基础上,更新主干管网信息至760km;新增6座新建成泵站的实时运行数据及视频信息;新增20路道路及沿江排放口视频信息;10个井内水位计安装、10个雨量计信号接入;手机端防汛内容访问站点建立;建立其中2座污水处理厂服务片区的雨、污水离线、在线水力模型等内容。

　　 1、2期建设完成后,整个系统即可投入实用化运行。

　　 如图1所示,整个系统从逻辑上划分为4层,从下至上分为:支撑层、数据层、应用服务层和应用系统层。

　　 支撑层为软、硬件平台,它包括网络设施、摄像头、服务器、大屏幕、防火墙等硬件设施,以及数据库软件、操作系统、地理信息系统运行开发平台、工控平台、应用服务平台等软件平台,是整个系统的技术支撑。

　　 数据层为系统的数据存贮管理层,它采用数据库、文件等方式,存贮管理来自运行监测的实时数据、运行管理业务数据,以及满足系统运行所需的系统配置数据等,是运行监测、视频监控、生产管理等系统的数据支撑。

　　 数据集成与管理部分主要以排水综合数据库建设为主,它包含了各类排水设施的空间和属性信息、运行工况信息、运行管理信息及其它相关的多媒体(视频)数据等,且具有对数据的抽取、汇总、整合、补漏、差错、入库与归档等管理功能,是各类综合应用建立的基础。

　　 排水综合数据库由基础地理数据集、设施基础数据集、运行监测数据集、运行管理数据集、运行评估数据集、非结构化数据集、系统配置数据集、元数据集及其他数据集组成。其中,运行评估数据集包含计算模型预测及评估结果数据集,其他数据集包含水文、气象、环保等数据集。

　　 应用服务层是构建各类应用系统的公共技术支撑,主要由软件组件、应用服务和各种公用接口等构成,具体包括:1控制各类设备的控制软件组件或平台,以实现实时数据采集、实时通讯、大屏幕控制、视频控制等;2实现桌面应用和智能手机开发应用的通用组件,如数据管理、地图显示、报表组件等;3提供应用服务的组件,如地图服务、查询服务、统计服务、短消息服务等服务组件;4满足实时监测的通讯接口、数据接口、通用数据库访问接口等。

　　 应用系统层是在以上技术支撑下,面向用户需求开发的各类应用系统,它涵盖了宁波城市排水体系中的污水处理厂运行监管、水质在线监测、数据采集与监控、排水管网巡查、排水泵站远程调度、视频监控、城市内涝预警预报、防汛预警与指挥调度、日常运维监管、规划建设支持等全过程综合管理需求。该应用层主要包括了运行集中监控和生产管理软件等2大类系统。

　　 (1)运行集中监控系统。这是一个具有客户/服务器(Client/Server)结构的开放式计算机局域网络,是生产在线监控系统的控制中心。该系统设计的主要技术路线为:1采用工控Intouch平台,实现公司所属基层单位不同品种上位机的统一开发和在总公司SCADA监控中心的数据实时刷新显示;2采用成熟的DRIVER-OPC通讯软件,实现基于公共交换电话网(PSTN)、数字数据网(DDN)、无线专网通讯、虚拟专网(VPN)、GPRS等平台的网络通讯,并支持单通道、主备双通道通讯;3采用统一的规约协议(TCP/IP、OPC),并安装协议转换器,从而整合原各分公司控制中心不同厂商的自控系统数据采集模式,实现了公司所属污水厂、泵站、沿江闸门控制站、下穿立交道路、市区主干道路等运行信息的统一管理开发和在总公司控制中心的数据实时刷新显示,并对各类信息进行汇总、记录、统计、显示、报警、打印和上报等处理,使得操作人员可以监视和维护整个监测系统;4针对Intouch平台应用进行二次开发,实现软件应用调用接口和数据同步,实现GIS应用、大屏幕应用对运行监测的功能级和数据库统一访问。

　　 (2)生产管理软件系统。由大屏幕显示、排水运行管理、“排水通”、排水综合发布、系统配置管理等5个子系统构成。各子系统的主要功能为:1大屏幕显示子系统:在获取各类设施数据、在线及历史运行数据、基础地理数据、骨干网络连接数据的基础上,充分利用大屏幕的展示效果,清晰、直观、综合地显示各种相关信息。2运行管理子系统:在获取各类设施在线及历史的运行数据和排水监测中心化验数据的基础上,对实时监测数据和化验数据进行有效管理,并在数据管理的基础上进行报表管理和分析管理。3“排水通”子系统:该子系统主要是针对智能手机终端开发的应用,主要用于应急管理及移动报送,也能实现在暴雨积水、污水冒溢等突发事件时的应急管理。它包含了巡查宝和管线眼两大部分,主要涉及管网巡查、养护、疏通、检测、应急处置等日常业务。系统具备管线定位、计划制定、路线规划、轨迹记录、属性查询、台账管理、统计考核、事件上报等功能。4综合发布子系统:通过Web的方式对排水公司的相关运营信息进行综合发布。支持各类排水设施信息、运行工况信息、水质水量信息和突发事件信息等的内网发布,还能实现与气象、水利、水文、河道等外部相关信息的链接。5系统配置子系统:为整个系统的角色、权限、用户、系统日志记录、数据的备份恢复以及各种参数配置进行统一管理和维护。

　　 如图2所示,智慧排水系统的运行管理模式共分为4个层级,从下至上分为操作层、调度层、管理与指挥决策层、监管层。

　　 操作层分布在设备运行或监测现场,主要完成现场信息采集,包括厂、站设施设备、主干道路、积水、管道监测点、河道水位、雨量点等;调度层分布在各监控分中心,承担着分中心管辖设施的直接调度控制与运行管理职责,主要完成调度控制、数据上传和报表制作;管理与指挥决策层设在公司本部,负责对整个系统的运行管理、调度指挥及决策,完成排水系统的运行效能分析、状况评估、突发事件处置、运行绩效考核等;监管层主要指行业相关管理部门,主要是通过政务专网,获取和浏览城市排水运行相关信息,支撑行业监管、应急指挥等。

　　 图3为宁波智慧排水系统的网络拓朴结构。泵站分公司、管网分公司、4座污水处理厂等6 家单位新建网络通过DDN专网与总公司控制中心实现网络连接,在此网络中传输视频数据和工控实时数据。

　　 全公司的生产管理系统硬件部署如图4所示。

　　 配置磁盘存储器、数据库服务器、应用服务器、Web服务器、视频服务器以及工作站等。

　　 各基层单位已集中各类信号于各分公司控制中心,根据实际情况,在现场各配置数据推送服务器一台,避免对原服务器造成过大的负担。视频数据在保证新建的公司内网足够带宽前提下,直接接入原视频网络。

　　 各基层单位视频信号已经从视频采集终端(枪机、球形机或者其他设备)连接至各基层单位控制中心。在DDN专线网络实施完成后,总公司控制中心所需要的视频信号通过其他视频传输设备连接到网络视频编码器,编码器通过(RJ45 接口)以太网端口连接到各分中心新建网络部分的交换机,分中心新建网络的交换机通过DDN专网与总公司控制中心的网络交换机连接(多模光纤模块),实现在总公司控制中心监控平台中可随时访问各分公司的视频数据。

　　 总公司控制中心采用统一平台,将各项数据先集中到安置在现场的数据推送服务器上,再通过内部网络,把实时数据传输至总公司控制中心。

　　 全新完成后的宁波智慧排水系统于今年主汛期到来之前正式投用,并迎来了对其应用功能的首次实战检验。

　　 2015年7月11日,第9号超强台风“灿鸿”在浙江省舟山市登陆,登陆时中心附近最大风力超过14级,风速45m/s。台风“灿鸿”过境期间给宁波带来了强降雨,平均降雨量为213 mm,最大达到516mm,导致江河水位暴涨,加上水库泄洪,使得市区内河全线超过警戒水位。

　　 如图5所示,市排水公司接收“灿鸿”台风预警通知(台风登陆前5天)后,控制中心根据系统中显示的台风预警等级及各项监测数据(水库水位、内河水位、泵站、管网运行情况等),通过模型计算初步模拟出现状情况、分析整体变化趋势,并作出灾情预判,提前进行了调整部署,下达部署指令,尤其是重点监视易积水区域的各项工况。

　　 台风到达前48h,控制中心结合系统中显示的当前工况及降雨量预测,分析尚需重点关注的易积水点,做好需要重点防范的部署点并及时通知,实时监督完成状况。

　　 台风到达期间,控制中心根据实时调度系统、立交实时视频,综合调度泵站、污水处理厂、沿江闸门、强排泵站、强排车部署等情况,及时发出相关指令。同时,现场人员可依据手机端信息网站、防汛抗台QQ群等信息平台,实时了解整体调度情况,并能及时向调度中心反馈现场实情。

　　 整个“灿鸿”台风期间,在总公司控制中心综合调度指挥下,宁波市区除部分低洼老小区、路段因内河水位倒灌出现积水外,19 座下穿立交无一积水,32m以上市区主干道路无大面积积水,市民出行基本不受影响,这种情况与“菲特”等超强台风期间城区多处受淹、下穿立交通道全部被淹没导致交通中断、给市民出行及生产生活造成重大影响的景象形成了鲜明对比,且整个智慧排水系统始终做到了运行稳定、各种信息高度融合共享、控制精准、指挥顺畅高效,完全经受住了实战的考验。

　　 (1)运维管理体制需进一步理顺。每个城市的排水管理都是1个庞大的系统工程,涉及多个部门的联合行为,这其中不但要加强技术投入,更要处理好管理体制和职责分工方面的问题。宁波市内排水管网实行市、区二级管理模式,由于管理体制的原因,很多信息分属多家单位掌握,已经建成的信息化各个业务应用系统很多也仅限于各部门内部使用,相互之间不能进行数据共享,远未实现应用层面的联通、共享,也未能实现跨部门、跨层级的业务协同。

　　 (2)智慧排水系统需要强化功能完善和整体水平提升。目前存在的主要问题是信息采集点内容不够均衡,布设密度和深度不能完全支撑排水精细化管理的要求,设备的完好性、可用性和可靠性有待进一步增强和优化。

　　 (3)更新理念,充分发挥现代科技管理手段的效能。现行生产运行过程中,经验管理较为普遍。同时,原有的排水信息化建设的功能大都以信息服务为主,主要是为了满足日常管理需求,而辅助决策、统计分析类系统还有许多不足,不能有效满足排水排涝决策、应急管理的需求。

　　 治水是一项长期而艰巨的系统工程。作为城市“治污水”、“排涝水”的主力军,我们将以智慧排水项目建设为主线,以优化提升运行效能、完善系统功能、充分整合系统资源为着力点,精心打造具有自身特点的智慧化排水管理体系,促进宁波城市排水综合管理水平的有效提升。