SmartWater工業(yè)4.0時代新型排水管網(wǎng)智能監(jiān)測技術(shù)

1、SmartWate工業(yè)4.0時代的新型排水內(nèi)澇智能監(jiān)測技術(shù)唐蘭貴、趙冬泉、李磊、李雪森、裘建 （北京清控人居環(huán)境研究院有限公司， 北京 100083， ） 摘要 ：移動互聯(lián)網(wǎng)時代來了， “工業(yè) 4.0”時代來了，在這個既是“最好” ，又是“最壞”的 年代，需要用顛覆的精神來面對各種時代的挑戰(zhàn)。排水設(shè)施管理，一個傳統(tǒng)而保守的行業(yè)， 近些年不僅因為頻發(fā)的城市內(nèi)澇而飽受指責， 而且也面臨著各種時代的擾動。 如何結(jié)合最新 的工業(yè) 4.0 的思維和技術(shù)體系來提高行業(yè)的管理水平， 是行業(yè)管理者和技術(shù)研發(fā)機構(gòu)共同面 臨的難題。本文通過對 SmartWater 監(jiān)測技術(shù)的介紹，探討工業(yè) 4.0 時代的排水內(nèi)澇

2、監(jiān)控管 理技術(shù)。關(guān)鍵詞： 工業(yè) 4.0 ； SmartWater ；排水監(jiān)測；內(nèi)澇預警；智慧排水1. “工業(yè) 4.0”簡介2013年 12 月，德國電氣電子和信息技術(shù)協(xié)會發(fā)布了 “工業(yè) 4.0” 標準化路線圖，隨著“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略的推進，以智能為主導的第四 次工業(yè)革命即將到來。目前積極參與并推進工業(yè) 4.0 有全球知名的企 業(yè)如：ABB巴斯夫、寶馬、博世、戴姆勒、思愛普（SAP、西門子、 蒂森克虜伯（ThyssenKrupp等，也有相關(guān)研究機構(gòu)、大學，甚至還 有政府機構(gòu)聘請的觀察員?！肮I(yè) 4.0”這一名稱的含義是人類歷史上的第四次工業(yè)革命。 第一次工業(yè)革命是 18 世紀 60 年代至 1

3、9 世紀中期掀起的通過水力和 蒸汽機實現(xiàn)的工廠機械化； 第二次工業(yè)革命是 19 世紀后半期至 20 世 紀初的電力廣泛應用；第三次工業(yè)革命是 20 世紀后半期出現(xiàn)的、基 于可編程邏輯控制器（PLC的生產(chǎn)工藝自動化。工業(yè) 4.0的定位是 可與上述工業(yè)革命比肩的、智能化的、具有跨時代意義的技術(shù)革新?！肮I(yè) 4.0”致力于構(gòu)建智能網(wǎng)絡，推動工業(yè)由自動化向智能化和網(wǎng)絡化方向升級。其核心理念是：深度應用信息通信技術(shù)，讓制造領(lǐng)域的資源、信息、物品和人之間相互關(guān)聯(lián)，形成“信息物理融合系統(tǒng)(Cyber-Physical System，CPS”。2. SmartWater技術(shù)介紹2. 1技術(shù)框架北京清控人居環(huán)境

4、研究院（以下簡稱THHS巳在排水防澇規(guī)劃咨詢、排水物聯(lián)網(wǎng)研究及給排水信息化建設(shè)等方面擁有豐富經(jīng)驗，擁有多項自主知識產(chǎn)權(quán)的專利技術(shù)。借鑒“工業(yè) 4.0”戰(zhàn)略體系，積極 應對新一輪工業(yè)革命，THHSEI充分利用信息通訊技術(shù)和網(wǎng)絡空間虛 擬系統(tǒng)相結(jié)合的手段，設(shè)計并開發(fā)了 SmartWater?智能在線液位儀及 云服務平臺，其技術(shù)框架如下圖所示Nit暉址 ()唸邁無筑近琵硬無4再咕主機.砂廿主軽2. 2 技術(shù)特點SmartWater?智能在線液位儀可以同時滿足排水管網(wǎng)長期運行規(guī) 律監(jiān)測與內(nèi)澇精細化預警預報的要求， 具有逐分鐘持續(xù)監(jiān)測、 軟硬件 一體、智能互聯(lián)、報警信息全方位推送等市場上現(xiàn)有設(shè)備不具備的

5、特 性。SmartWater智能在線液位儀每15分鐘與云服務器時間同步一次， 所有設(shè)備在整分鐘進行全網(wǎng)同步監(jiān)測， 提高了數(shù)據(jù)的可比性； 預警報 警信息通過網(wǎng)頁端、手機短信、微信服務號進行全方位推送，提高了 預警預報的可靠性； 系統(tǒng)采用獨特的分體式設(shè)計， 既減少了打開井蓋 的維護工作量， 又保障了良好的通訊環(huán)境。 監(jiān)測主機可以浸沒水中進 行正常的工作和通訊， 無測量盲區(qū)， 并可及時推送地表積水的深度數(shù) 據(jù)，輔助應急處置。在現(xiàn)場通過標準化的安裝流程可以快速部署，安 裝完成后監(jiān)測數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)接谰迷诰€的云服務平臺， 真正實現(xiàn)了軟 硬一體，降低了安裝維護的難度， 智能化的配置方案使得儀器安裝使 用不需

6、要進行任何配置便可完成實施， 真正變成了誰都可以用的智能 專業(yè)監(jiān)測設(shè)備。2.3 實施案例 目前，該設(shè)備已經(jīng)在北京、無錫、昆明、深圳等多地進行了實測 驗證，系統(tǒng)安裝方便簡單， 不需要繁瑣的配置即可接入設(shè)備數(shù)據(jù)。安 裝現(xiàn)場照片如下圖所示。(a)井下主機安裝(b )井外中繼器安裝圖2 SmartWater ?智能在線液位儀現(xiàn)場安裝照片安裝完成后，可以通過服務網(wǎng)站、微信服務號等多種方式進行數(shù)據(jù)查看，并可通過短信、微信及時收到預警和報警信息。軟件部分界 面如下圖所示。排水在線監(jiān)測與預警系統(tǒng) 十5Ju3uI39+怕1事討t+n”韶申 * Il ! 0 nwijh 屯 UJljub O .IMI1WP 號

7、血*丄戸處 9血！! J3IJHKXH Ai.mm* pmh榊用 *v”工站 SflH-rtAF 21 1 訝玄itm-rv*鳥:芫漳 ni4-ct-a ij aM-on 創(chuàng)垢嗎iSkzWFmtL： sa汕亠衛(wèi)皿 耐總 訝磚ai!44L, TJ.ll 飼0C.號KlNidrM- Ll I+.1E 口飲卻廿HUlstflHJi44Mil | -i I1為疋姑站 14 4ft I彳審卅甘上旨MII4-II It di Ifci#|rni-i- 沖 it Ik IH I冊#11則H膽h住5吃1砂 ii-i-iiiWrMil-idSV-*LM4j!圖3 SmartWater ?云服務平臺警報管理界面S

8、martWater?監(jiān)測設(shè)備可以較為準確地獲取安裝點位排水管道液 位的長期變化規(guī)律，而且可以分析管道的溢流風險，及時發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運 行中的問題，通過及時采取相關(guān)措施，預防事故的出現(xiàn)，提高管網(wǎng)運 行的可靠性。同時，結(jié)合 SmartWater?智能設(shè)備逐分鐘、高頻率在線 監(jiān)測的特征，可以提前預判排水管道溢流風險， 進行內(nèi)澇或溢流事件 預警和報警信息的及時推送和發(fā)布。如下圖所示為降雨過程中的精細化監(jiān)測數(shù)據(jù)及微信和短信報警情況?？?亡可mm 屮lUM嚇1LMLJ-.M* H4:札A.vai armmMKU - IZ4i 暫“in” IlXi i tiMlr bJ I iLACKI 4BAUaMHVH WM W4-V* 4 HHil *科!鳥y 丄 WE*SB i|n* HU M ! UK . W Ivp M IHHR SXI C # #*i w i PiQU祝t UiI鍛信理警和報警 警 警過程暫押査看圖4 SmartWater ?監(jiān)測曲線及報警實例3結(jié)論與建議基于自主研發(fā)的SmartWater?智能在線液位儀及云服務平臺，可以幫助城市管理部門建立高效可靠的排水監(jiān)測預警系統(tǒng)，實現(xiàn)對排水管道、渠道、檢查井、排水口、下凹道路、地下停車場、城市河湖水系等點位的液位在線監(jiān)測和預警預報，