在线监测技术在市政领域的应用现状及前景

缪勤荣

(中新南京生态科技岛投资发展有限公司 江苏南京 210019)

随着社会经济的不断发展，各类工程设备为人们提供越来越便捷舒适的生活，与此同时此类设备的可靠性、稳定性以及安全问题也逐步成为人们关注的焦点，以往单纯依靠人力检测保证设备的安全可靠已远远无法满足现实需求，近年来随着“物联网”概念的兴起，在线监测技术迅速发展，在众多工业领域得到了广泛的应用，大幅提高了人各类工程设备的管理效率及水平。

“智慧城市”是城市未来发展的必然方向，而智能化的市政设施是智慧城市的主要内容。市政设施智能化即是通过在线监测技术的运用，实现市政设施的数字化、智能化调度和管理。本文主要对在线监测技术的技术现状及其在市政领域的应用现状进行分析和总结，并探讨在线监测技术在市政领域应用的前景和发展方向，为市政领域在线监测技术的应用提供技术参考。

1 在线监测技术概述

在线监测技术是指应用传感设备以及传输网络实现待监测目标与控制中心的信息交换和通信，以实现对特定目标的智能化识别、追踪以及实时监控和管理的一种技术[1]。在线监测技术实际上是“物联网”概念的一种实际体现，其在一定程度上实现了人与物体的实时沟通，某些在线监测技术甚至也可以实现物体之间的交互。在线监测技术通常具有一般物联网技术典型的的系统架构，即通常包含感知层、网络传输层、应用层三个层面，具体架构参见(图1)[2]。

图1 在线监测技术典型系统架构图

在线监测技术中的感知层一般由各类传感器或传感器网络组成，主要实现对目标物信息的采集、捕获和识别[3]。网路传输层相当于在线监测系统的神经网，其主要任务是实现信息传输和交换，它必须能够实时地、可靠地将感知层采集的信息进行处理，并通过有线或无线方式发送给终端。应用管理层主要负责信息的存储、分析和显示，其目标就是实现用户的简单便捷化的监控和管理。

2 市政领域在线监测技术的应用现状

在线监测技术早在上世纪中期就开始应用于各行业之中，近年来随着无线传输技术及计算机信息技术的快速发展，在线监测技术的应用则更加多元化，普及化。在线监测技术在市政领域的应用也越来越广泛。目前，在线监测技术在市政领域应用较多的主要包括以下几个方面:

(1)智能交通

智能交通区别于以往依靠人工实现交通管理的方式，主要通过应用计算机技术、智能传感技术、数据传输技术等先进技术实现交通的智能化监控和管理。智能交通的基础就是通过对城市交通一系列实时数据的采集、分析，建立起有针对性的、完善便捷的城市交通运输管理体系，实现城市交通高效、有序地运行，提高车辆行人出行的便利程度和安全保障[4]，其应用体系如(图2)所示。可见，在线监测技术是智能交通的核心，大量交通智能管理功能是建立在线监测技术应用的基础之上。

图2 智能交通应用体系结构图

国外在线监测技术在交通领域的应用起步较早。早在1995年，美国交通部就提出了“国家智能交通系统项目规划”，该规划提出到2025年建成基于智能传感器网路和卫星定位技术的智能交通系统，系统通过对交通系统的智能化管理，可以实时地提供车辆的最佳路线，提高车辆的行驶效率，降低能源消耗;通过车距的监控，可以更好地保障出行安全[5]。智能交通在我国的发展起步相对较晚，上世纪末期国家才开始关注智能化交通系统的建设，近年来随着我国经济的发展，智能交通已成为交通领域发展的热点。上海市率先实现了智能交通监测系统的应用，该系统利用部署于道路路口处的视频监控和各类传感器掌握实时的城市交通信息，并在特定车辆上设置卫星定位系统和信息接收终端以便于控制中心实时地调度和管理[6]。中国科学院沈阳自动化设计的智能交通监控系统也取得了良好的应用效果，该系统主要通过视频监控设备和温度、湿度传感器对道路的能见度和路面状况进行实时监测，并及时向过往车辆给出提醒，有效地保障了道路交通的安全[7]。

(2)桥梁安全监测

桥梁安全监测系统主要是应用传感设备对桥梁的结构状态进行实时地监测和评估，并在桥梁的结构状态出现异常时提供及时的预警信息，辅助桥梁的安全管理与维护[8]。近年来，随着人们对桥梁结构安全的重视程度不断提高，桥梁安全监测也随之快速发展，各项研究及应用工作不断展开，也取得了丰硕的成果。

国外桥梁安全监测系统的大规模建设起源于上世纪八十年代。英国的Foyle大桥、美国的Sunshine Skyway Bridge大桥，墨西哥的Tampico大桥等都在此期间建设了桥梁安全监测系统，通过在桥身上布设的各类传感器对大桥主梁及其它部位在荷载作用下的结构变化信息进行采集，实现桥梁结构安全的实时、全方位监测[9～10]。国内对于桥梁的结构安全同样非常重视，桥梁安全监测系统的研究及应用在全世界也位于前列。至今，我国的润扬长江大桥、江阴长江大桥、苏通大桥等大型桥梁均已建立了针对桥梁结构安全的健康监测系统，而城市内的中小型桥梁也在逐步推进结构安全在线监测系统的建设。(图3)为苏通大桥安全监测系统结构图，其应用固定式监测和移动式监测两种监测方式对大桥的结构安全实时进行评估。如今，桥梁的结构安全监测已经成为桥梁设计过程中必须考虑的内容，杭州湾跨海大桥、杭州钱塘江四桥、苏通大桥等在初期就设计了相应的结构安全监测系统，显然桥梁安全的在线监测已成为桥梁建设发展的必然趋势。

图3 桥梁安全监测系统结构示意图

(3)管道监测

传统的管道病害检测主要通过人工排查来解决，不仅检测效率低，而且无法实现病害的实时检测和预警。近年来随着在线监测技术的成熟，及各类传感设备的发展，更多的管道采用在线监测系统进行管理。目前，我国在线监测系统已在石油、供水、燃气、电力等多种管道领域得到应用。

国外对市政管线的监测研究与应用开展的较早，尤其是石油、供水、燃气等管道的在线监测系统已相对比较成熟。对于燃气以及石油此类具有很高安全要求的管道美国等发达国家已经立法必须对管道可能存在的泄漏情况进行监测[11]。而供水、排水、电力等市政管线方面，既可以远程监测城市管道参数，又可以远程控制相关设备的管线SCADA系统在各大城市得到了广泛的应用。国内关于管道监测方面的研究起步相对较晚，但近几年来发展迅速。上世纪末期，我国的一些城市开始认识到应用信息化技术管理市政管道的重要性，城市供水管网信息管理系统等城市管道信息管理系统在全国各大城市陆续得到建设，这些系统的建设有效改善了市政管网的管理模式[12]。此类系统通过在管道及相关设施内布设的传感器和远程控制设备，以实现管道信息数据的实时采集、设备的远程控制以及危险状况预警等功能。北京、大连、济南等城市均建立了供水管网、电力管线等市政管道的SCADA系统，实现了管线的远程调度和管理[13]。(图2)所示为大连市旅顺口区建成的给水管网管理信息系统的系统架构，系统承担了旅顺口区20km2范围的输水管道及设备的监控管理，有效保障了区域的供水安全。

图4 旅顺口区给水管网管理信息系统架构图

(4)其他

除上述几种领域之外，在线监测技术在环境监测与保护、城市灯光照明、灾害预警、治安管理等领域都有着广泛的应用。可以说在线监测技术作为物联网的重要组成部分，其未来还将会成为市政领域不可缺少的一部分。

3 市政领域在线监测技术的应用前景

在线监测技术是未来“智慧城市”建设的基础。应用在线监测系统对城市进行实时地智能化的管理是城市发展的必然趋势，2011年交通运输部发布的《道路运输业“十二五”发展规划纲要》中明确提出“在未来五年中国要按照适度超前的原则，推进交通信息化建设，大力发展智能交通，提升交通运输的现代化水平”。2014年国务院办公厅印发的《关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》中也明确提出“要在地下管线中广泛应用物联网监测和隐患事故预警等先进技术”。可以预见未来几年智能化市政将步入快速发展的周期，在线监测技术将更多地应用在城市建设中去。

目前在线监测在市政领域的应用功能还主要是设备的监测和灾害的预警，实质上在线监测技术应用方向和价值还有很多，未来市政领域在线监测技术还需向以下几个方向进一步发展:

(1)建立综合性的市政设施管理平台。

现有针对各类市政设施的监测管理系统建设还较为分散，尚未建立针对整个城市市政设施的综合市政管理平台，甚至一个城市不同区域的监测系统也不相同。“智慧市政”的目标就是建立综合性的城市管理平台，综合性市政管理平台不仅有利于增加管理效率，也有助于城市资源分配管理的协调统一。

(2)实现市政在线监测数据的共享。

目前我国交通、桥梁等各类市政设施监测系统所取得的监测数据还主要由其管理部门掌握，信息的共享通道还不通畅，数据的分享机制也不健全，在线监测数据的价值还很局限。只有数据的合理共享，才可以实现对于行业建设管理的推进，才可以有助于在线监测技术的应用及推广。

(3)辅助市政规划设计。

辅助市政规划设计是未来市政领域在线监测技术非常重要的发展方向。现有市政设施的设计主要还是依靠理论计算以及经验推导，有时与实际的使用状态存在较大差异。通过对在线监测得到的大量的实际运行数据进行分析和计算，可以发现当前市政设计的不足和瓶颈，指导市政设计手段的更新，为科学的城市规划设计提供技术手段。

(4)其他

此外，市政领域在线监测技术在区域环境整治与保护、工程建设流程管理、市政资源分配等方向也具有很好的应用前景。

4 总结

在线监测技术一方面可以说是物联网概念的具体体现，另一方面它也是整个物联网系统的基础，物联网正是强调所有设施的实时在线的联系及管理。可见在线监测技术未来将有更加广阔的发展机遇及应用前景，尤其作为重点发展物联网的市政领域，我们可以大胆的预见，将来各种形式的在线监测系统将对城市进行全天候管理，在线监测系统将走入移动终端并完全融入我们的生活，每一位市民都可以成为城市的管理者。当然，在线监测技术再市政领域的发展和应用还需要克服很多困难，如成本、标准化、微型化、硬件安全、网络安全等方面，这也需要多个领域的技术共同推进发展。

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