基于物聯(lián)網(wǎng)的城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)(共83頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上分類號：TP311單位代碼：10422密 級：學(xué) 號： (專業(yè)學(xué)位)碩士學(xué)位論文論文題目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)Design and Implementation of the monitoring system based on Internet of Things urban drainage pipe line作 者 姓 名 學(xué) 院 名 稱 軟件學(xué)院專業(yè)學(xué)位名稱 軟件工程指 導(dǎo) 教 師 合 作 導(dǎo) 師 2013年 4 月 12 日分類號：TP311單位代碼：10422密 級：學(xué) 號： (專業(yè)學(xué)位)碩士學(xué)位論文論文題目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的城

2、市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)Design and Implementation of the monitoring system based on Internet of Things urban drainage pipe line作 者 姓 名 學(xué) 院 名 稱 專業(yè)學(xué)位名稱 指 導(dǎo) 教 師 合 作 導(dǎo) 師 2013年 4 月 12 日原創(chuàng)性聲明和關(guān)于論文使用授權(quán)的說明原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在

3、文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。論文作者簽名： 日期： 關(guān)于學(xué)位論文使用授權(quán)的聲明本人完全了解山東大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留或向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權(quán)山東大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文和匯編本學(xué)位論文。（保密論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定）論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名: 日期： 專心-專注-專業(yè)目 錄CONTENTS摘 要伴隨濟南城市化的進程，城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)速度快、規(guī)模大、更新快，排水管網(wǎng)管理的難度越來越大。近年來，城市雨水管網(wǎng)溢流和排水不

4、暢事件時有發(fā)生，濟南也曾遭暴雨襲擊，對社會秩序、城市功能、環(huán)境與資源等造成不同程度的破壞，給人民生活、經(jīng)濟社會發(fā)展和城市正常運轉(zhuǎn)帶來較大影響。為應(yīng)對以上問題，提高城市排水管網(wǎng)的運行監(jiān)測、管理和應(yīng)急服務(wù)水平，在濟南市排水管理服務(wù)中心開展了城市排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)。項目主要通過構(gòu)建排水設(shè)施在線監(jiān)測系統(tǒng)五大層次即數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支撐層以及業(yè)務(wù)應(yīng)用層來實現(xiàn)對排水管網(wǎng)和設(shè)施實時運行狀態(tài)的監(jiān)控。建設(shè)中采用遙感、遙測、數(shù)據(jù)庫、地理信息系統(tǒng)(GIS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)、互聯(lián)網(wǎng)(Internet)等現(xiàn)代科技技術(shù)來支撐項目的設(shè)計和開發(fā)。項目建設(shè)包括硬件平臺建設(shè)及軟件平臺建設(shè)，數(shù)據(jù)采

5、集層基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，部署和接入先進的排水管道內(nèi)液位測量設(shè)備，實現(xiàn)對城市地下排水管網(wǎng)內(nèi)的液位和流速監(jiān)測；數(shù)據(jù)傳輸層通過建立和選擇有線、無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸實時數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行分析、判別和入庫；數(shù)據(jù)層主要承擔(dān)著系統(tǒng)中的排水管網(wǎng)空間數(shù)據(jù)、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)等各類型數(shù)據(jù)管理和存儲。業(yè)務(wù)支撐層通過數(shù)據(jù)引擎、GIS引擎、服務(wù)組件等支撐模塊成為應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)層之間的橋梁和紐帶。項目建設(shè)過程中以先進性、實用性、可靠性、安全性和擴展性為建設(shè)原則，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范上遵循地理信息相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、計算機軟硬件標(biāo)準(zhǔn)、濟南數(shù)字市政標(biāo)準(zhǔn)等國家、行業(yè)和地方的有關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。目前項目在濟南市排水管理服務(wù)中心上線，實現(xiàn)了濟南市城市排水管線監(jiān)測的統(tǒng)一

6、、集中管理，在實際運行過程中,從社會、經(jīng)濟以及管理效益上滿足了城市排水排水設(shè)施管理工作的需要，提高了濟南城市排水設(shè)施運行運營管理和規(guī)劃決策水平。關(guān)鍵字：排水管網(wǎng)；管網(wǎng)監(jiān)測；物聯(lián)網(wǎng)；3S； ABSTRACTWith the process of urbanization in Jinan, the faster the pace of construction of the municipal sewer system, large-scale, fast update, drainage network management more and more difficult. In recent

7、 years, the city storm sewer overflow and poor drainage events have occurred, Jinan who have been heavy rains caused varying degrees of damage, the social order, urban functions, environment and resources, to the peoples living standards, economic and social development and urban the normal operatio

8、n of a greater impact. In response to the above problems, improve the urban drainage network operation monitoring, management and emergency service levels, drainage management service center in Jinan City to carry out the construction of the municipal sewer line monitoring system.Project by construc

9、ting drainage facilities online monitoring system five-level layer：Data Acquisition、Data Transmission Network,、Data Layer,、Business Support Layer and Business Application Layer to achieve real-time operating status of the drainage network and facilities monitoring. Building in the use of Remote Sens

10、ing, Telemetry，Database, Geographic Information Systems (GIS), Global Positioning System (GPS), the Internet (the Internet) and other modern technology to support the design and development of the project. Of this project includes the construction of the hardware platform and software platform, Data

11、 Acquisition Layer is based on Internet of Things technology, deployment, and access level measurement equipment, advanced drains within the urban underground drainage network level and flow monitoring; Data Transmission Layer through the establishment and wired, wireless data transmission network r

12、eal-time data transmission and data analysis, discriminant, and storage; data layer is mainly responsible for the management and storage of the drainage network in the spatial data in the system, real-time monitoring data and other types of data. Service support layer through the data engine, GIS en

13、gine, service components support module as a bridge and link between the applications and the data layer.Project construction process, construction principles, advanced, practical, reliability, security and scalability for geographic information standards, computer hardware and software standards, d

14、igital Jinan Municipal standard national, industry and local standards and norms to followconstruction standards. Project in Jinan drainage management service center line, the drain line monitoring of Jinan city unified, centralized management, in actual operation, from the social, economic and mana

15、gement effectiveness to meet the needs of the urban drainage and drainage facilities management work of improve the Jinan urban drainage facilities run operations management and planning decision-making level. Keywords: Drainage network; Pipe Network Monitoring; Internet of Things; 3S;第1章 緒論排水系統(tǒng)是城市的

16、重要基礎(chǔ)設(shè)施，在城市經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮著重要的作用。近年來，隨著城市規(guī)模不斷的擴大和生活水平的日益提高，城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，同時近年來嚴(yán)重城市內(nèi)澇也對城市排水系統(tǒng)提出了更高的要求。如何應(yīng)對氣候的變化、社會的發(fā)展，作為城市排水系統(tǒng)的重要組成部分，排水管網(wǎng)的運行管理和安全調(diào)度將面臨著更高要求和嚴(yán)峻考驗。在傳統(tǒng)的排水管網(wǎng)運行中，管網(wǎng)的改擴建和運行調(diào)度憑借簡單的數(shù)據(jù)計算完成，甚至僅憑個人的經(jīng)驗決策，導(dǎo)致管網(wǎng)不能進行科學(xué)地、高效地、安全地管理和運行。因此，使用計算機，借助現(xiàn)代信息技術(shù)對管網(wǎng)進行在線監(jiān)測，通過掌握和積累排水管線的運行記錄，實現(xiàn)排水管線的規(guī)劃、設(shè)計、管理和運行調(diào)度進行科學(xué)化、精細(xì)化建設(shè)，

17、來提高排水企業(yè)整體水平和服務(wù)質(zhì)量。1.1 城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)背景我國多數(shù)城市排水管道不成系統(tǒng)，有的利用街道、河道排水，影響環(huán)境衛(wèi)生。有的排水能力低致使有的城市雨后長時間積水，對生活、生產(chǎn)影響很大。目前，我國城市排水網(wǎng)普及率，按服務(wù)面積計算為64.8左右，排水管道總廠度11萬km多，人均卻只占有排水管道長度0.55m 1。近年來，我國的城市排水系統(tǒng)雖然已經(jīng)有了長足的進步，取得了比較顯著的成效，但也存在不足之處，許多城市在汛期發(fā)生“水浸”、“內(nèi)澇”等事件，給人民群眾帶來經(jīng)濟損失和生命安全威脅。城市排水管線的信息化管理面臨的主要問題歸納起來有以下幾點：1排水管線運行管理水平較低。目前，我國

18、大部分城市的排水運行管理水平較低，很多城市仍沿用傳統(tǒng)依靠圖紙甚至人工記憶和經(jīng)驗的管理模式2。隨著計算機技術(shù)的普及和發(fā)展，不少城市對排水?dāng)?shù)據(jù)進行了信息化處理，但其信息化和專業(yè)化程度比較低，多采用AutoCAD、Excel等格式單個文件分塊存儲數(shù)據(jù)，無法掌握城市排水系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征。此外，雖有部分城市采用了基于GIS的新型管理模式，但其專業(yè)分析功能通常都較弱，系統(tǒng)僅體現(xiàn)了排水管網(wǎng)的地理特征，僅提供基本地圖顯示和查詢功能，缺少網(wǎng)絡(luò)分析、動態(tài)模擬和優(yōu)化分析等專業(yè)功能，不能為城市排水安全運行提供科學(xué)的決策支持。2管網(wǎng)人工管理及養(yǎng)護難度大。很多城市對污水排放管理不嚴(yán)格，居民生活和工業(yè)污水任意排放，導(dǎo)致管

19、網(wǎng)淤積嚴(yán)重，過水能力得不到充分利用；泥沙淤積、管網(wǎng)老化、排水管道被占壓情況也比較普遍3。河道亂倒垃圾、污水私自排放以及眾多污水處理廠站的管理還存在位置分散、人工管理難度大的問題，需要采取數(shù)字化的管理手段來實現(xiàn)遠(yuǎn)程的狀態(tài)信息獲取。3排水系統(tǒng)調(diào)度分析和布局優(yōu)化相對滯后。排水設(shè)施基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及管網(wǎng)實時、歷史運行狀態(tài)信息獲取能力的缺乏，不能提供精確和權(quán)威的數(shù)據(jù)，為污水收集設(shè)施規(guī)劃提供服務(wù)支持。排水系統(tǒng)調(diào)度控制分析、布局優(yōu)化分析和應(yīng)急事故分析也缺乏科學(xué)依據(jù)，流域級別的綜合管理模式無法實現(xiàn)，在城市防汛搶險等危機事件過程中，現(xiàn)有的管理調(diào)度手段蒼白無力。4缺乏有效的管網(wǎng)運行評估和監(jiān)測手段。大多數(shù)城市目前沒有對地

20、下的排水管線實現(xiàn)實時在線監(jiān)測，基于在線數(shù)據(jù)的全管網(wǎng)系統(tǒng)分析和動態(tài)模擬管理模式鮮有應(yīng)用案例，不能及時準(zhǔn)確掌握排水管網(wǎng)在汛期以及日常各個時期運行狀況的變化情況，無法掌握管網(wǎng)在重要節(jié)點的流量、流速和液位情況，無法對汛情做出正確的判斷。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀美國的環(huán)境保護管理體制主要分為聯(lián)邦環(huán)保局、10個大區(qū)辦公室(按地區(qū)而并非按流域或水系設(shè)立) 和州環(huán)保局3個層次。USEPA（美國國家環(huán)保局）是負(fù)責(zé)環(huán)境保護的綜合協(xié)調(diào)管理機構(gòu),其主要職責(zé)是進行宏觀管理,負(fù)責(zé)制定有關(guān)環(huán)境保護的法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)與方法,并監(jiān)督執(zhí)行。與中國情況不同,USEPA 和其10個大區(qū)辦公室是垂直領(lǐng)導(dǎo)關(guān)系4。與我國明顯不同的是,USE

21、PA 并沒有建立本系統(tǒng)的國家級水環(huán)境監(jiān)測站網(wǎng),也沒有建立本系統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測隊伍,各大區(qū)和各州環(huán)保局負(fù)責(zé)組織對本地區(qū)水體進行定期的監(jiān)測。由于沒有環(huán)保系統(tǒng)的監(jiān)測隊伍,因而主要依靠合同實驗室(商業(yè)性私營公司、其他部門和自愿者) 按照環(huán)保局提出的要求進行監(jiān)測,而USEPA 按合同給予經(jīng)費補助。USGS 是美國內(nèi)政部下屬的專門負(fù)責(zé)收集自然界信息的技術(shù)機構(gòu),其中水資源部有4000 余名工作人員,下設(shè)東南、中部及西部3個大區(qū),其主要經(jīng)費來源與USEPA相同,即由國會撥款。與USEPA不同的是, USGS有自己完整的國家監(jiān)測站網(wǎng),包括水質(zhì)和水文監(jiān)測站網(wǎng),以及采樣、樣品處理、保存與分析技術(shù)規(guī)范與規(guī)定,有相應(yīng)的專

22、業(yè)監(jiān)測隊伍,負(fù)責(zé)美國全國的地表、地下水體及大氣降水的水質(zhì)與水量的監(jiān)測。 水質(zhì)自動監(jiān)測在美國起步較早。1959年美國開始對俄亥俄河進行水質(zhì)自動監(jiān)測；1960年紐約州環(huán)保局開始著手對本州的水系建立自動監(jiān)測系統(tǒng)；1966年美國安裝了第一個水質(zhì)監(jiān)測自動電化學(xué)監(jiān)測器；1973年美國水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)有12個自動監(jiān)測網(wǎng)，每個自動監(jiān)測網(wǎng)由4-15個自動監(jiān)測站組成；1975年美國建立了由13000個監(jiān)測站組成的自動連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)，在這些流域和各州（地區(qū)）分布設(shè)置的監(jiān)測網(wǎng)中，由150個站組成聯(lián)邦水質(zhì)監(jiān)測站網(wǎng)即國家水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)。英國由英國萊斯特大學(xué)參與、英國電子科學(xué)核心計劃研究的科學(xué)家開發(fā)的洪水智能監(jiān)測系統(tǒng)5，可以對可能暴發(fā)

23、的洪水發(fā)出預(yù)警。利用網(wǎng)絡(luò)計算，系統(tǒng)可及時發(fā)出洪水警報，以便采取預(yù)防措施，降低洪水造成的損失。每個獨立的監(jiān)測點由13個智能回聲傳感器組成。每個傳感器裝有一個比口香糖包還小的高性能計算機，以無線方式與網(wǎng)絡(luò)中的其它傳感器相通，形成計算網(wǎng)。該套監(jiān)測設(shè)備可以被安置在洪災(zāi)易發(fā)地點。在洪水來臨前，傳感器會及時發(fā)出警報，為正確分析和判斷防汛形勢、科學(xué)制定防汛調(diào)度方案提供依據(jù)，提高了決策的科學(xué)性、主動性。幾乎所有新建的水廠都應(yīng)用了監(jiān)控的光通訊、集散型控制及CRT顯示等裝置。計算機系統(tǒng)除監(jiān)控水廠和泵站運行外，配套采用了加藥控制裝置、自動攪拌實驗器、污染濃度計、SV測定器和自動界面計等傳感器和分析儀，從而使作為加速

24、澄清池的藥品混合、混凝和沉淀三大功能全部實現(xiàn)自動化運作。在自來水經(jīng)營管理中的判斷系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫和圖像管理等軟件技術(shù)的應(yīng)用也得到了迅速的發(fā)展6。水廠的運行從過程控制型向信息管理型過渡，水處理廠將與管網(wǎng)系統(tǒng)、水資源調(diào)度系統(tǒng)、河流水質(zhì)監(jiān)視和預(yù)報系統(tǒng)等有機的聯(lián)系在一起。在水源水質(zhì)、污水排放、流域水質(zhì)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，根據(jù)飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和水量變化，完成對若干自來水廠和污水處理廠運行的全面控制，以求更大范圍的宏觀環(huán)境效益和經(jīng)濟效益7。1.3 解決的主要問題目前，濟南市排水管理服務(wù)中心負(fù)責(zé)城區(qū)約200公里的排水河道，市區(qū)約300平方公里、長度約2100公里的城市排水管線，以及8座中水處理站點和14個雨污泵站管理。

25、為改善城市水環(huán)境，完成生態(tài)市建設(shè)、小清河水污染防控以及主要污染物減排目標(biāo)，排水中心按照市委、市政府的統(tǒng)一部署和市市政公用局的統(tǒng)一安排，先后組織實施了城區(qū)護城河、東濼河、西濼河、工商河等主要河道的綜合整治，加快了城區(qū)污水收集與處理設(shè)施建設(shè)步伐，有效改善了城區(qū)河道水質(zhì)，為護城河通航、大明湖擴建和小清河綜合整治等重點工程的實施奠定了良好的基礎(chǔ)。但受排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)歷史欠賬巨大、無法對現(xiàn)有管網(wǎng)實施監(jiān)控等客觀因素制約，因雨污混流、管網(wǎng)淤積等原因造成的污水冒溢問題仍然時有發(fā)生，對護城河、大明湖水質(zhì)和小清河出境斷面水質(zhì)達標(biāo)造成一定影響。項目建設(shè)意義和解決問題主要有以下幾點：1科學(xué)管理管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)，完善應(yīng)用數(shù)

26、據(jù)中心。改善傳統(tǒng)管網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄分散、不統(tǒng)一、不完整的局面，采用高科技信息化的管理手段對管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)進行管理8；建立應(yīng)用數(shù)據(jù)中心，為排水中心業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享、決策分析打下堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。2提高工作效率，輔助管理決策。通過對管網(wǎng)運行重要指標(biāo)的實時監(jiān)測，指導(dǎo)工作人員對管網(wǎng)的日常巡查、檢修養(yǎng)護工作，杜絕憑個人經(jīng)驗做判斷依據(jù)的現(xiàn)象，提高人員的工作效率；及時準(zhǔn)確的提供管網(wǎng)運行信息，為相關(guān)管理者進行科學(xué)決策提供事實依據(jù)。3管網(wǎng)運行現(xiàn)狀分析和評估。通過分析復(fù)雜管網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、上下游關(guān)系，為管理者準(zhǔn)確了解污水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特征提供依據(jù)；通過雨污水排水狀況的動態(tài)模擬分析，全面反映污水管網(wǎng)的排水負(fù)荷現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)雨污水管網(wǎng)

27、系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)和區(qū)域，為管網(wǎng)的改擴建及管理提供支持。4輔助管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計。利用管網(wǎng)監(jiān)測得到的海量歷史數(shù)據(jù)，通過計算機技術(shù)建立管網(wǎng)運行模型進行分析，以便發(fā)現(xiàn)當(dāng)前管網(wǎng)運行設(shè)計的不足和瓶頸，為未來管網(wǎng)科學(xué)、合理、有據(jù)的規(guī)劃提供技術(shù)手段。5提高管網(wǎng)應(yīng)急事件處置能力。通過對液位、壓力、流量等管網(wǎng)運行數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，能夠迅速找出當(dāng)前管網(wǎng)運行出現(xiàn)的問題，研究出當(dāng)前事件的處置辦法，實現(xiàn)排水中心針對應(yīng)急事件的快速反應(yīng)、快速診斷、快速行動。通過對現(xiàn)有城市排水管網(wǎng)實施實時監(jiān)控，實時獲取污水管網(wǎng)的流量、流速、液位等運行參數(shù)，對運行參數(shù)進行分析，預(yù)警污水管網(wǎng)冒溢造成城區(qū)河道水質(zhì)污染等突發(fā)性環(huán)境事件的發(fā)生，確保城市排水設(shè)

28、施安全、穩(wěn)定運行，為城市污水管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、改造維護及應(yīng)急處置提供數(shù)據(jù)支持。6.為打造智慧城市奠定基礎(chǔ)。構(gòu)建智能城市排水系統(tǒng)，保證排水系統(tǒng)的正常運行與在暴雨影響下形成的大量雨污水的及時排放，通過監(jiān)控中心24小時監(jiān)測城市排水狀況，對溢流和內(nèi)澇過程規(guī)律進行系統(tǒng)分析，及時整改相應(yīng)的排水管道，盡量避免城市積水。及時排查和解決管道破損、管道堵塞、管道老化等問題，為打造智能城市打好堅實的基礎(chǔ)。1.4 本文的主要工作本文主要在現(xiàn)有排水信息化建設(shè)的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，分析了城市排水行業(yè)的實際需求和業(yè)務(wù)流程，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計和實現(xiàn)了城市排水管線的在線監(jiān)測系統(tǒng)。本文討論了城市排水行業(yè)的信息化項目的背景和所面對問題，介

29、紹了在排水行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇。在此基礎(chǔ)上分析了系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，并進行了流程改進和系統(tǒng)化工作，分析了排水管網(wǎng)監(jiān)測的開發(fā)思路。進而分析系統(tǒng)的功能需求和非功能性需求，將系統(tǒng)需求以流程圖和用例圖的形式詳細(xì)說明，得到排水管線管理和監(jiān)測的系統(tǒng)需求和設(shè)計指南。本項目主要針對排水管網(wǎng)的監(jiān)測技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)進行研究，主要掌握和建立以下幾方面工作：1排水管網(wǎng)設(shè)施的實時感知。研究排水管網(wǎng)設(shè)施的數(shù)據(jù)采集感知節(jié)點9，節(jié)點采用低功耗、多模、可重構(gòu)技術(shù)，并擁有智能感知能力。感知節(jié)點能夠適用于管道、防汛、河道等各種排水業(yè)務(wù)應(yīng)用范圍，針對發(fā)生的緊急情況能夠及時準(zhǔn)確的預(yù)警，同時可以對設(shè)施的運行狀況進行長期監(jiān)測。2排水

30、高速數(shù)據(jù)傳輸融合網(wǎng)絡(luò)。排水服務(wù)使用的網(wǎng)絡(luò)多種多樣，為了完成數(shù)據(jù)的高速傳輸需求，項目研究了電力載波網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)，同時還要可實現(xiàn)其與互聯(lián)網(wǎng)、RFID、WiFi/WiMAX、3G/B3G/LTE、Zigbee、藍牙和紅外等多種傳輸協(xié)議的互聯(lián)互通。網(wǎng)絡(luò)可以支持新的傳輸協(xié)議，只需通過遠(yuǎn)程更新網(wǎng)關(guān)程序再配合傳輸模塊即可達到和新的協(xié)議進行通信。3面向排水管線運行安全的監(jiān)控預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。通過構(gòu)建面對運行安全預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，提高應(yīng)急指揮及快速處置能力，保障城市排水管線的安全運行。利用智能網(wǎng)絡(luò)，通過液位、流量、流速等各種傳感器，在監(jiān)控中心實時監(jiān)控排水管線液位、流量、流速等數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)自動報警、預(yù)警；使得整個城市排水管線

31、的安全運行可把握、可控制、可預(yù)測。項目根據(jù)排水行業(yè)監(jiān)測管理系統(tǒng)的實際需求，設(shè)計并實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)分析模型，并對監(jiān)測結(jié)果進行了對比分析和展示。在詳細(xì)分析的最后，分析了系統(tǒng)測試，并對壓力測試的環(huán)境搭建和測試過程進行了詳細(xì)討論。1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)第1章緒論，主要描述排水行業(yè)監(jiān)測管理系統(tǒng)的開發(fā)背景和技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀，本文解決的主要問題和完成的工作。第2章需求分析，主要進行排水行業(yè)監(jiān)測管理系統(tǒng)的需求分析。首先進行了排水行業(yè)監(jiān)測管理系統(tǒng)的概述。其次描述了該系統(tǒng)的系統(tǒng)目標(biāo)和解決的問題。最后對需求分析按照功能需求和非功能需求兩個類別進行描述。第3章架構(gòu)設(shè)計，主要進行系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計。首先對系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)和原則

32、進行了闡述。其次，在技術(shù)架構(gòu)設(shè)計中，分別按照物理架構(gòu)和邏輯架構(gòu)進行設(shè)計。最后詳細(xì)描述了系統(tǒng)功能架構(gòu)的設(shè)計過程。第4章詳細(xì)設(shè)計，本章主要進行系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計。首先在系統(tǒng)建模部分，在對整體模型結(jié)構(gòu)描述的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，并分別進行了各個模塊的詳細(xì)設(shè)計。第5章系統(tǒng)實現(xiàn)與測試，首先描述了系統(tǒng)的整體實現(xiàn)，并對各個模塊的實現(xiàn)進行了描述。其次，著重分析了功能開發(fā)和監(jiān)測模塊的實現(xiàn)，并對算法實現(xiàn)進行了詳細(xì)描述。最后，本章描述了系統(tǒng)測試的情況，并對壓力測試進行了詳細(xì)描述。第6章對論文進行了總結(jié)，并對系統(tǒng)的進一步提升提出了改進意見。第2章 需求分析2.1 系統(tǒng)概述2.1.1 城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)項

33、目背景項目建設(shè)和開發(fā)具有一定的技術(shù)基礎(chǔ)，濟南排水中心的前期建設(shè)完成了排水綜合管理系統(tǒng)的建設(shè)，為排水設(shè)施普查成果應(yīng)用于排水業(yè)務(wù)提供了機制，同時實現(xiàn)和完善了城市排水管網(wǎng)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的更新管理機制，實現(xiàn)對排水重點專項業(yè)務(wù)和日常綜合業(yè)務(wù)方面的管理，能夠?qū)ν话l(fā)事件做出快速反應(yīng)和準(zhǔn)確分析并及時解決問題。排水綜合管理系統(tǒng)同時實現(xiàn)了與城市防汛視頻監(jiān)控系統(tǒng)、中水站監(jiān)測系統(tǒng)、防汛預(yù)警決策支持系統(tǒng)、12319服務(wù)熱線系統(tǒng)以及排水其他相關(guān)系統(tǒng)的有機整合，為城市排水設(shè)施、城區(qū)河道、中水站、泵站的運行、調(diào)控等方面的提供在線監(jiān)視、監(jiān)測、監(jiān)控以及應(yīng)急指揮調(diào)度的管理。但濟南市城市排水管線分布面廣、量大，在沒有物聯(lián)網(wǎng)技

34、術(shù)支撐的情況下，只能采用傳統(tǒng)手段實現(xiàn)對排水設(shè)施進行監(jiān)控管理和分析，目前無法全面實現(xiàn)對排水管線的實時采集、動態(tài)監(jiān)控和運行狀態(tài)感知。2.1.2 城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)項目說明基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)項目將在原先信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)新功能和新系統(tǒng)，主要包括：遠(yuǎn)程排水設(shè)施運行狀態(tài)實時感知和數(shù)據(jù)采集、動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸、智能高效處理排水設(shè)施的海量信息和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)對排水管線在汛期安全運行情況進行有效準(zhǔn)確監(jiān)督、實現(xiàn)排水管理服務(wù)部門的業(yè)務(wù)辦理快速高效協(xié)同。項目建立排水管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中心、管網(wǎng)在線監(jiān)測指揮系統(tǒng)以及基于GIS服務(wù)和協(xié)同平臺技術(shù)之上的各項業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)。項目的建成能夠?qū)崿F(xiàn)濟南市城市排水的統(tǒng)

35、一、集中管理，全面提升濟南的排水設(shè)施運營管理水平、規(guī)劃決策水平和客戶服務(wù)水平，為保障排水設(shè)施的安全穩(wěn)定運行提供現(xiàn)代數(shù)字化管理手段。2.1.3 城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)概述系統(tǒng)綜合集成了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、移動通信技術(shù)、數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、3S技術(shù)等先進信息技術(shù)，提供了對排水管網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施進行信息自動采集、在線視頻、動態(tài)監(jiān)測、實時監(jiān)控管理、輔助決策和應(yīng)急處置管理等功能，系統(tǒng)功能滿足排水管理服務(wù)中心對城市排水設(shè)施、城區(qū)河道、中水站、泵站運行等方面的在線監(jiān)視、監(jiān)測需要，滿足污水全收集和其他工程管理需要，滿足城市排水管理業(yè)務(wù)工作需要，滿足中心的日常辦公需要。充分發(fā)揮既有系統(tǒng)資源功效，為城市排水規(guī)劃、建設(shè)、管理和應(yīng)急

36、處置工作提供了技術(shù)支持，實現(xiàn)了城市排水?dāng)?shù)據(jù)、排水決策等的信息化管理。達到對地下排水管網(wǎng)的可視化管理，為城市排水設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)提供合理化分析，為排水事故影響進行評價和分析，提供合理化處置建議，提高排水管理的數(shù)字化、信息化水平。2.2 系統(tǒng)目標(biāo)和解決的問題本項目的系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)，是在前期項目完成項目的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)排水業(yè)務(wù)的精細(xì)化，主要包括：1. 在排水監(jiān)管中心建立監(jiān)測數(shù)據(jù)分析平臺，用于將現(xiàn)場采集的液位、流量、流速等數(shù)據(jù)進行接入、整理和分析，并提供直觀、有效的排水系統(tǒng)監(jiān)測分析結(jié)果，為排水事件的提前預(yù)警和及時處置提供決策支持，建立一套先進有效的排水預(yù)警機制。 2. 通過與既有管網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)的對接，利用平

37、臺提供基于地理信息實時、全界面的數(shù)據(jù)展示，并按系統(tǒng)既定時間自動刷新數(shù)據(jù)，方便工作人員隨時查看各個觀測點管道的運行狀況，實現(xiàn)管網(wǎng)數(shù)據(jù)的綜合展示。3. 通過監(jiān)測分析平臺的建設(shè)，提升排水中心對于管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)分析能力，并對分析結(jié)果實現(xiàn)即時的報警與同步處理，使管網(wǎng)的運行問題能夠得到快速的解決，提升辦公決策的準(zhǔn)確性、及時性、有效性。4通過對管網(wǎng)現(xiàn)狀的分析，得到現(xiàn)行管網(wǎng)運行的薄弱環(huán)節(jié)，并利用分析結(jié)果進行管網(wǎng)布局的優(yōu)化設(shè)計與評估，實現(xiàn)對管網(wǎng)的優(yōu)化，增強管網(wǎng)的排水能力，降低冒溢等排水故障的發(fā)生概率。5.通過對實時的監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析與處理，對管網(wǎng)進行運行預(yù)警并對管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀實現(xiàn)動態(tài)模擬，為決策者提供準(zhǔn)確直觀

38、的決策依據(jù)。6. 依托于現(xiàn)代信息技術(shù)，充分貫徹數(shù)字市政建設(shè)的指導(dǎo)思想，實現(xiàn)排水管網(wǎng)監(jiān)測的自動信息化，建立起先進的管理模式，提高單位行政效率及社會公共服務(wù)水平。7. 基于現(xiàn)代無線通訊技術(shù)，建立起移動辦公平臺，可隨時隨地的信息查詢及報警管理，實現(xiàn)機動靈活的辦公方式。2.3 需求問題描述濟南市排水管理服務(wù)中心（以下簡稱中心）隸屬濟南市政公用事業(yè)局，負(fù)責(zé)濟南市區(qū)城市排水許可管理，市區(qū)河道、排水泵站監(jiān)督管理，城市污水管網(wǎng)、泵站的規(guī)劃建設(shè)和管理維護等工作。中心下屬排水管理、河道管理、工程管理、中水站泵站管理、技術(shù)檔案管理、辦公室、財務(wù)科、信息中心管理等8個部門，管理著歷下、市中、天橋、槐蔭、歷城5個區(qū)十個

39、業(yè)務(wù)單位。圖 2-1 組織架構(gòu)圖1.科室職能：管理中心的各個科室在日常工作中所承擔(dān)業(yè)務(wù)范圍和職能如表2-1所示。表 2-1 科室職能表科室業(yè)務(wù)范圍辦公室中心日常辦公事務(wù)，日常通知、公文收發(fā)管理、排水文化建設(shè)財務(wù)科中心財務(wù)相關(guān)工作排水科負(fù)責(zé)城市排水戶管理、排水管網(wǎng)的養(yǎng)護維護監(jiān)督管理、城市排水許可管理。排水的應(yīng)急處置管理，排水工程管理、排水設(shè)施在線實時運行監(jiān)控、考核管理、排水安全生產(chǎn)管理、排水設(shè)施巡查管理河道科負(fù)責(zé)河道日常管理的監(jiān)督、河道巡查管理、12319分站工作、河道清淤工作管理、河道應(yīng)急搶險、河道工程審批、河道在線運行實時監(jiān)控、河道科日常考核。工程管理科負(fù)責(zé)排水中心相關(guān)工程項目的前期手續(xù)準(zhǔn)備

40、、工程項目招投標(biāo)過程、工程項目過程的監(jiān)督管理，工程項目考核管理中水站、泵站科負(fù)責(zé)中水站、泵站的在線實時監(jiān)控、中水站、泵站日常管理、中水站泵站考核管理、中水站水質(zhì)數(shù)據(jù)報告、泵站狀態(tài)報告、泵站應(yīng)急搶險技術(shù)科技術(shù)檔案的管理、工程項目的前期手續(xù)管理和工程檔案的歸檔管理、科技項目管理信息中心負(fù)責(zé)中心信息化建設(shè)及日常管理工作2.信息化建設(shè)情況目前中心建設(shè)和運行的系統(tǒng)有：（1）排水綜合管理信息系統(tǒng)系統(tǒng)涉及排水設(shè)施地理信息子系統(tǒng)、巡查養(yǎng)護子系統(tǒng)、監(jiān)督考核子系統(tǒng)、行政審批子系統(tǒng)、技術(shù)檔案管理等十余個子系統(tǒng)模塊，是一個集地理信息、網(wǎng)上辦公、公眾服務(wù)于一體的城市排水綜合管理信息系統(tǒng)（2）地理信息系統(tǒng)建立了濟南排水空

41、間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的更新管理機制，實現(xiàn)能將排水設(shè)施的普查成果應(yīng)用于排水日常業(yè)務(wù)工作中，提高城市排水管網(wǎng)和設(shè)施的空間數(shù)據(jù)的管理的力度和效率，提高城市排水?dāng)?shù)字化管理水平，將城市排水設(shè)施普查成果應(yīng)用于排水業(yè)務(wù)工作，建立和完善城市排水管網(wǎng)空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)更新管理機制和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)更新管理機制，提高城市排水管網(wǎng)和設(shè)施的空間規(guī)劃和設(shè)計能力，為城市排水規(guī)劃、建設(shè)、管理和應(yīng)急處置工作提供可靠技術(shù)支持；提升地下排水管網(wǎng)的管理水平，實現(xiàn)與 “數(shù)字市政”系統(tǒng)的無縫鏈接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的對接、共享和業(yè)務(wù)的交流、對接。（3）中水站SCADA系統(tǒng)在各污水處理廠站建立設(shè)備自控系統(tǒng)，實現(xiàn)安全運行和實時流量、水質(zhì)數(shù)據(jù)，通過組態(tài)圖的形式

42、接入到管理系統(tǒng)中。 （4）視頻監(jiān)控系統(tǒng)建立了中水站視頻監(jiān)控、河道視頻監(jiān)控和防汛視頻監(jiān)控。（5）防汛預(yù)警系統(tǒng)系統(tǒng)為獨立運行系統(tǒng)，放置在濟南市政公用市政局。該系統(tǒng)根據(jù)濟南地貌特點，通過分析大量地形、雨情等基礎(chǔ)信息資料，建立洪水分析預(yù)報模型，并根據(jù)不同降雨強度、降雨時間，洪水在地表、河道及城市排水管網(wǎng)內(nèi)和在主要道路的流動狀況，實現(xiàn)災(zāi)情預(yù)警、預(yù)報3.業(yè)務(wù)現(xiàn)狀分析排水管網(wǎng)監(jiān)測信息化現(xiàn)存在的主要問題包括：（1）管網(wǎng)監(jiān)測運行管理不系統(tǒng)、不統(tǒng)一，不規(guī)范。目前濟南排水中心針對管網(wǎng)運行監(jiān)測，還沒有制定較統(tǒng)一、規(guī)范、系統(tǒng)的監(jiān)測管理機制。對于管網(wǎng)監(jiān)測業(yè)務(wù)，中心正處于試驗摸索階段。（2）管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析利用程度低通過排

43、水的監(jiān)測設(shè)備得到管網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)后，對數(shù)據(jù)分析利用的程度較低，利用這些狀態(tài)參數(shù)進行管網(wǎng)運行狀況的評估與管網(wǎng)布局的優(yōu)化評估，對管網(wǎng)的運行異常狀況進行提前預(yù)警具有重要意義。（3）分析結(jié)果展示程度差排水綜合管理信息系統(tǒng)的方案以流程為主，對應(yīng)急方案的文檔進行管理說明，應(yīng)急方案分析結(jié)果的展示方面較為欠缺，不能直觀的進行展示。（4）與空間數(shù)據(jù)結(jié)合程度低 現(xiàn)有系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)展示以數(shù)據(jù)本身為主，未結(jié)合空間數(shù)據(jù)進行地圖上進行位置的展示，空間數(shù)據(jù)的屬性信息中缺少對監(jiān)測數(shù)據(jù)信息的描述。（5）管網(wǎng)監(jiān)測點布局缺乏長遠(yuǎn)規(guī)劃目前中心正在使用的監(jiān)測設(shè)備數(shù)量較少，布點也僅限于大明湖污水主干管、東護城河、西護城河主干管等較典型的幾

44、個問題區(qū)，缺乏管網(wǎng)監(jiān)測布局長遠(yuǎn)科學(xué)規(guī)劃。 4.業(yè)務(wù)需求隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)的不斷更新，在濟南市市政公用事業(yè)局推進“數(shù)字市政”的大浪潮下，濟南市排水管理服務(wù)中心結(jié)合自身業(yè)務(wù)，對中心的信息化建設(shè)整體布局，著眼未來，對管網(wǎng)運行監(jiān)測業(yè)務(wù)提出了更高的要求。（1）綜合性的管網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析功能在實現(xiàn)管網(wǎng)運行監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一、規(guī)范、集中管理的基礎(chǔ)上，排水中心對如何利用這些監(jiān)測數(shù)據(jù)解決實際業(yè)務(wù)問題迫切渴求。中心希望系統(tǒng)能夠提供更加強大的綜合性的數(shù)據(jù)分析功能，以解決管網(wǎng)運行管理過程中各種問題，為管網(wǎng)未來規(guī)劃，輔助決策支持提供有力的技術(shù)支持10。（2）豐富的報表統(tǒng)計功能數(shù)據(jù)報表是中心日常工作評估、管理考核、決策支持

45、的重要利器。但目前情況是，當(dāng)前管網(wǎng)運行監(jiān)測系統(tǒng)報表功能是一項空白。（3）信息系統(tǒng)資源整合管網(wǎng)設(shè)施埋于地下，隱蔽性強，環(huán)境復(fù)雜；管網(wǎng)運行管理更是涉及面廣，技術(shù)要求高11。因此，如何利用已有的視頻監(jiān)控、管網(wǎng)GIS、中水站SCADA等信息資源，是進一步做好管網(wǎng)運行監(jiān)測工作的當(dāng)務(wù)之急。（4）統(tǒng)一規(guī)范管網(wǎng)運行管理方式，控制降低運營成本以先進的技術(shù)管理手段推進管理模式的轉(zhuǎn)變，執(zhí)行統(tǒng)一規(guī)范的管網(wǎng)運行管理辦法，變革先前工作上繁瑣的數(shù)據(jù)交流方式12，使信息數(shù)據(jù)更加流暢的、準(zhǔn)確的、及時的在各部門、不同人員間傳遞，發(fā)揮排水系統(tǒng)整體功效，降低管網(wǎng)運行管理成本。2.3.1城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)功能性需求排水管理服務(wù)中

46、心目前管理市區(qū)200多公里的排水河道，市區(qū)約300平方公里，長度約30004000公里排水地下管線，還有14個中水處理站點和20多個雨污泵站，排水管線還與市區(qū)的4個污水處理廠相連接。圖 2-2 排水管理業(yè)務(wù)范圍按照排水的業(yè)務(wù)，在線監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)需求主要有：1排水管線在線監(jiān)測需求主要監(jiān)測：（1）管道內(nèi)流量（2）管道內(nèi)流速（3）管道內(nèi)液位（4）管道內(nèi)淤積情況排水管線主要關(guān)注管線內(nèi)的污水流速和流量以及管線的淤積情況，通過安裝流量計和流速計來實現(xiàn)，淤積情況可以通過液位計探頭來實現(xiàn)。要求監(jiān)測設(shè)備能在管線中長期使用，安裝和維護方便快捷，防水、防腐蝕圖 2-3 排水管道內(nèi)部圖2中水站在線監(jiān)測需求中水站主要要

47、了解到污水處理的各個環(huán)節(jié)中的實時監(jiān)測和檢驗數(shù)據(jù)以及設(shè)備的運行情況，通過安裝COD、氨氮等指標(biāo)數(shù)據(jù)在線監(jiān)測設(shè)備和視頻來實現(xiàn)對中水處理站點的在線監(jiān)測監(jiān)控。（1）中水站視頻監(jiān)控系統(tǒng)（2）中水站SCADA系統(tǒng)3泵站在線監(jiān)測需求泵站需要了解積水井的液位情況和泵站設(shè)備的實時運行情況，通過安裝液位計和溫度、流量計、電流互感器、泵開關(guān)、紅外報警器等監(jiān)測和控制設(shè)備來實現(xiàn)泵站的實時監(jiān)控。4排水水質(zhì)在線監(jiān)測需求排水水質(zhì)監(jiān)測主要通過在排水管線末端到污水廠的管線上安裝水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備來實現(xiàn)排水水質(zhì)的監(jiān)測。主要提供COD、氨氮等指標(biāo)在線實時監(jiān)測基于以上的功能性需求，排水在線監(jiān)測系統(tǒng)需求分析的用例建模如圖2-4所示。圖 2-4

48、 排水在線監(jiān)測系統(tǒng)需求用例2.3.2城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)非功能性需求1能實現(xiàn)資源整合、節(jié)約高效、保護現(xiàn)有投資建設(shè)將充分利用中心現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、硬件資源，本著可靠、實用、易用、節(jié)約的原則，在以前系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對一切可用的設(shè)備、資源進行整合利用，避免重復(fù)投資造成浪費。而且最大限度地與原有網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫兼容。僅對必要的及目前需提高效率的設(shè)備、資源進行升級擴容。2考慮系統(tǒng)的擴展性、靈活性考慮到用戶數(shù)據(jù)量的增長、數(shù)據(jù)類型的拓展；考慮到在用戶的管理水平和信息技術(shù)應(yīng)用水平進一步提高之后，會對系統(tǒng)的性能和功能提出新的要求等原因。面對技術(shù)發(fā)展，系統(tǒng)中硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)必須有非常好的系統(tǒng)擴展性。因此，在設(shè)計中，應(yīng)當(dāng)保

49、證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化，系統(tǒng)應(yīng)可成長，應(yīng)能適應(yīng)業(yè)務(wù)增長和擴充。業(yè)務(wù)邏輯應(yīng)便于變更調(diào)整，由于法律、法規(guī)、政策、環(huán)境等的變化，某些業(yè)務(wù)邏輯有可能需要進行經(jīng)常性的調(diào)整和修改工作。系統(tǒng)應(yīng)提供方便性，保證在進行調(diào)整時不會影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。應(yīng)按一定的比例預(yù)留冗余節(jié)點，保證系統(tǒng)的擴充及容錯。3建設(shè)開放性系統(tǒng)在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，采用多種先進的技術(shù)。在排水監(jiān)測開放式系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計時采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，利用事件驅(qū)動和封裝的思想提供接口；在功能實現(xiàn)上，充分結(jié)合排水中心用戶的現(xiàn)有功能需求，同時還考慮到未來排水行業(yè)的各類應(yīng)用；在開發(fā)軟件平臺選型上，選用當(dāng)今主流平臺，為系統(tǒng)的后續(xù)發(fā)展和升級提供方便；在系統(tǒng)設(shè)計上遵循Open GI

50、S標(biāo)準(zhǔn)，采用開放式設(shè)計方法實現(xiàn)統(tǒng)一的存儲和管理13，為數(shù)據(jù)和系統(tǒng)下一步增值服務(wù)奠定基礎(chǔ)；同時在軟件整體組合方面，注重接口設(shè)計，并充分考慮本系統(tǒng)與中心其它系統(tǒng)的無縫連接。4需要建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)性由于在線監(jiān)測系統(tǒng)將是一個開放系統(tǒng)，系統(tǒng)的建設(shè)是按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼與規(guī)范，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化。在信息的收集、處理、匯總和傳遞過程中建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，來保證各層次之間形成高效規(guī)范的體系，從而確保對各種信息的高效收集和利用，最終達到與排水其它應(yīng)用系統(tǒng)的資源共享。5能實現(xiàn)數(shù)據(jù)動態(tài)更新性在對全市排水管線空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行綜合管理，并通過完善的數(shù)據(jù)更新與交換機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新與維護，進而保證數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢

51、性。通過管線規(guī)劃設(shè)計、管理等功能，為城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供決策支持14。6系統(tǒng)需要易維護性排水系統(tǒng)中所采用的系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用軟件、安全體系采用排水業(yè)界制定的穩(wěn)定、先進的標(biāo)準(zhǔn)體系，符合目前和未來軟件系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，使得將來維護工作難度降低。第3章 架構(gòu)設(shè)計3.1系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)和原則目前濟南市排水管網(wǎng)在線視頻監(jiān)控方面已完成了部分對中水站、泵站及河道的在線實時監(jiān)控。排水水質(zhì)在線監(jiān)測方面也已通過中水站和污水處理廠的實時水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對污水進出站水質(zhì)的監(jiān)控。接下來主要是對排水管線的在線監(jiān)測進行設(shè)計。利用在線監(jiān)測設(shè)備可以對排水管網(wǎng)進行如下的監(jiān)控：城市排水管網(wǎng)內(nèi)關(guān)鍵節(jié)點的液位、流量、流速實時

52、監(jiān)測；實現(xiàn)對城市雨污排水過程和狀態(tài)的掌握；了解城市重點排水戶的排污狀況。對管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點進行的監(jiān)測，結(jié)合在線監(jiān)測數(shù)據(jù)對管網(wǎng)的運行狀況進行分析，從而監(jiān)控管網(wǎng)的運行狀態(tài)，為管網(wǎng)日常維護、事故分析、應(yīng)急調(diào)度和預(yù)警預(yù)報提供數(shù)據(jù)支持，保障排水管網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，降低事故發(fā)生的風(fēng)險，并將排水事故造成的影響降到最低。系統(tǒng)的設(shè)計原則：1先進性原則系統(tǒng)在設(shè)計思想、系統(tǒng)架構(gòu)、采用技術(shù)上均要盡可能采用最先進的技術(shù)、方法、軟件平臺等，確保系統(tǒng)有一定的先進性、前瞻性、擴展性，符合技術(shù)發(fā)展方向，延長平臺的生命周期，保證建成的平臺具有良好的穩(wěn)定性、可擴展性和安全性。從一些信息化系統(tǒng)的建設(shè)實際經(jīng)驗和教訓(xùn)來看，先進性如果不能

53、得到保證，在系統(tǒng)的使用階段會出現(xiàn)后期投資追加過大以及系統(tǒng)維護費用加大等問題。2完整性原則系統(tǒng)的完整性主要體現(xiàn)在兩個方面：系統(tǒng)功能的完備性和數(shù)據(jù)庫中存儲的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完備性。系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)能滿足排水行業(yè)日常工作條件下所需的各種系統(tǒng)功能和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息。3實用性和適用性原則系統(tǒng)的實用性也是衡量軟件質(zhì)量體系中最重要指標(biāo)，與排水行業(yè)內(nèi)業(yè)務(wù)管理內(nèi)容結(jié)合是否緊密，是否具有嚴(yán)格以及明確的業(yè)務(wù)針對性，是系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素，每一個提交給排水中心的系統(tǒng)都應(yīng)該是實用和解決問題的。系統(tǒng)的適應(yīng)性也是軟件質(zhì)量體系中重要的指標(biāo)之一，系統(tǒng)設(shè)計從最開始就應(yīng)該以適應(yīng)于排水現(xiàn)場多種運行環(huán)境，而且還必須具有一定的應(yīng)變能力，能適應(yīng)未來變化的環(huán)

54、境和需求。4可靠性原則系統(tǒng)承擔(dān)著保證城市排水設(shè)施正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵任務(wù)，地下管線管理的日常工作對它的依賴性將會非常大，充分考慮系統(tǒng)的可靠性，系統(tǒng)采用國際先進成熟的ArcGIS產(chǎn)品作為基礎(chǔ)開發(fā)平臺，利用Oracle 作為數(shù)據(jù)庫軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的審核和數(shù)據(jù)的備份，具有完善的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外業(yè)數(shù)據(jù)的一致性。采用模塊化開發(fā)方式，嚴(yán)格按照軟件開發(fā)技術(shù)流程和質(zhì)量保證體系，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性。5安全性、保密性原則地下管線數(shù)據(jù)、河道、泵站、中水站和各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，所涉及的數(shù)據(jù)大多屬于保密資料，這些數(shù)據(jù)的安全性至關(guān)重要，因此系統(tǒng)應(yīng)遵循安全性的原則。系統(tǒng)在建設(shè)中必須同步考慮和實施安全工程

55、，建立基于排水中心用戶分級授權(quán)的訪問控制模式，逐步完善信息安全保障體系，要結(jié)合中心管理的具體情況，能按照不同業(yè)務(wù)管理內(nèi)容，采取不同的安全策略。因此在排水系統(tǒng)建設(shè)中，在網(wǎng)絡(luò)安全、操作系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)安全、通用安全、管理安全等方面應(yīng)符合國家關(guān)于計算機信息系統(tǒng)安全保護的相關(guān)要求，其措施如下：（1）開發(fā)采用國際通用和成熟的大型數(shù)據(jù)庫管理軟件和GIS開發(fā)應(yīng)用平臺軟件；（2）在數(shù)據(jù)庫管理設(shè)計中應(yīng)設(shè)置用戶的角色與權(quán)限，確保系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)的安全；（3）應(yīng)制定數(shù)據(jù)備份策略，記錄數(shù)據(jù)庫操作日志。3.2系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計主要包含系統(tǒng)物理架構(gòu)、邏輯架構(gòu)和技術(shù)路線的整體設(shè)計。3.2.1 城市排水管線

56、在線監(jiān)測系統(tǒng)物理架構(gòu)系統(tǒng)基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及數(shù)據(jù)平臺和應(yīng)用平臺的完整在線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)框架，它集現(xiàn)場檢測技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)于一體，體現(xiàn)了實時監(jiān)控城市排水管網(wǎng)運行的現(xiàn)代化水平。排水管網(wǎng)在線監(jiān)測系統(tǒng)的主要由：1各類采集傳感器組成的監(jiān)測數(shù)據(jù)前端采集層，2電力線載波、無線通信組成的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，3中心采集服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊組成的監(jiān)控中心控制管理層。圖 3-1 在線監(jiān)測系統(tǒng)物理架構(gòu)3.2.2 城市排水管線在線監(jiān)測系統(tǒng)邏輯架構(gòu)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)整體設(shè)計分為五層：數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支撐層、軟件應(yīng)用平臺，具體內(nèi)容如圖3-2所示。圖 3-2 在線監(jiān)測系統(tǒng)總體框架圖數(shù)據(jù)采集層主要為流量計、液位計、流速計等自動化的管網(wǎng)和設(shè)施監(jiān)測設(shè)備。數(shù)據(jù)采集層監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸層到數(shù)據(jù)層進行存儲，用于為軟件應(yīng)用平臺提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)層是排水中心數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，整合現(xiàn)有的監(jiān)測與管網(wǎng)數(shù)據(jù)并可接入新的數(shù)據(jù)，主要包括管網(wǎng)、地形、檔案、