基于物联网的道路检查井监督管理平台设计与实现

林亦林

(福州市勘测院，福州 350108)

1 引言

本文研究基于物联网的道路检查井监督管理云平台，将道路检查井运维服务与智能井盖、开盖动态预警等业务进行有效结合， 建立新型的城市道路检查井监督运维服务模式，面对市政井盖类型和数量众多、日常维护繁琐且复杂而造成的监管困难， 实现城市检查井维护由原有的片区、 道路式的粗颗粒度管理向单一设施的细颗粒度管理转变， 采用开盖报警技术尽量避免了由于井盖被盗或井盖损坏等而造成的人身安全事故及其经济损失。同时提高了城市信息化管理水平， 有效地降低了城市管理的经济成本，积极响应了国家对于建设智慧城市、智慧市政的需要。

2 总体设计

2.1 系统总体框架

为了提高平台的可维护性和健壮性， 系统设计按照逐层抽象、组件化架构原则从下到上可以分为基础层、数据层、业务层和应用层4 个层次。系统总体框架设计如下(见图1)：

图1 系统总体框架

从下而上，第一层是基础层：该层提供系统的基本网络、操作系统及企业级数据库系统等基础软件环境，提供检查井监督管理平台运行所依赖的应用和数据服务器、防火墙、交换机、路由器及其他计算机，是信息化系统的软硬件设施基础，同时提供包含传感设备，如存储井盖信息的RFID 标签信息[1]。

第二层是数据层，采用oracle11g，它是整个井盖监督平台的信息资源核心[2]，主要分为业务数据库、基础地理数据库和井盖数据库。 井盖数据库通过加工和数据迁移完成建库，它与基础地理数据库结合，构成整套系统的数据核心。

第三层是服务业务支撑层， 在统一的GIS 核心平台运行框架上，提供具体的服务功能，例如：数据交换服务、工作流服务、GIS 服务、用户管理服务、消息服务、安全服务、表单服务和移动端服务、井盖打开报警服务和电子标签扫描服务等。

第四层是应用层， 在服务支撑层之上是四个功能模块， 包含井盖身份管理地理信息模块、 井盖监督业务模块、井盖实时监控模块及井盖数据分析模块。

第五层是用户层：该层包含用户主要有管理员、运维人员以及监督人员。

2.2 整体建设思路

(1)利用云计算技术搭建资源弹性可配置的平台海量存储基础设施，形成“两级平台”架构

①采用高性能的服务器， 以Windows Server2008 操作系统为平台，提供稳定可靠的服务器运行环境；

②运用相关虚拟化技术将物理服务器集群虚拟化，快速搭建基础云环境。

(2)基于工作流技术构建统一的城市管理处理流程，并综合管理

①利用工作流快速搭建特定业务处理模板；

②开发处理流程注册模块， 统一管理业务处理流程模块，并依据真实业务需求快速构建具体业务处理流程。

(3)物联网、物联网技术快速搭建无线物联网感知体系

①利用物联网、物联网统一管理传感器、观测数据，实现城市部件巡查的自动化、提升工作效率；

②井内传感设备通过安装高性能锂电池解决供电问题，同时通过设置数据采集频率起到省电作用，日常低频率上报， 发生险情时高频率上报， 另外通过安装新型井盖，将开盖报警、井下监测等设备进行集成，提供一整套解决方案，解决防震防水问题。

2.3 业务流程

安装智能设备的检查井在设备报警后， 将报警信息传输到监督管理平台， 平台接收到报警信息后根据权属单位进行派发，权属明确的派发对应权属单位处置，权属不明确的派发应急机构处置， 处置机构到达现场进行处理并拍摄反馈，平台接收并做相关记录。

图2 设备报警流程

3 系统功能设计

3.1 井盖身份管理地理信息模块

采集所实施道路上井盖的身份信息(包括井盖类型、材质、规格尺寸、维护单位、联系电话、联系人、地理坐标等)并编码，建立井盖基础数据信息库。

通过整合井盖地理坐标信息及井盖身份信息建立井盖身份地理信息系统， 该系统通过视图操作能够进行地图放大、缩小、漫游、图层控制等操作，同时可通过地理信息系统在电子地图上查询井盖基础信息。

通过定位查询能够对井盖进行快速查询定位， 包括地名定位、道路定位、书签定位等。 通过信息管理能够对井盖信息进行录入、删除、修改、分类统计等操作。

3.2 井盖监督业务模块

系统包括应急处置监督模块及日常巡查维护监督模块。 结合井盖地理信息系统及移动信息通信技术，实时对井盖日常维护、应急处置进行监督管理[3]。 主要实现功能有：日常巡查、应急处置管理，案件管理、考核。日常巡查和应急处置管理可实时对巡查人员基本信息及其日常巡查轨迹、 应急处置时效、 应急处置实时流程、 应急处置前后效果等进行监督并显示在井盖地理信息系统上。

案件管理可记录案件接案时间、 派遣时间、 派遣单位、结案等信息并通过列表形式展示，同时可对案件进行归档、查阅等操作。

考核功能可按照井盖问题处置办法对应急单位、权属单位处理井盖问题的情况进行判定打分， 并自动生成统计表。

3.3 井盖实时监控模块

运用物联网技术、无线传输技术，采用在井盖上安装实时监控设备将井盖实时状态信息发送到接收器上，当井盖出现缺失情况后， 立即向系统报警并将井盖具体位置、属性等信息在电子地图上进行准确显示。

3.4 井盖数据分析模块

利用井盖巡查维护数据和监控数据对井盖健康度运行情况进行分析，分析井盖高维护路段、易盗风险路段、开盖频率、井盖事件平均处理周期，同时可结合业务流程进行分析， 另外接入液位计等其他传感设备进行数据处理分析。

平台根据接收的设备进行分类统计， 统计出易损耗路段和类型辅助检查井维护。 同时根据处置数量和时限进行考核。

4 关键技术和创新

4.1 智能井盖打开报警技术

智能井盖中的井盖打开报警器以STM8 单片机为控制核心， 采用了永磁铁加干簧管为基础的传感器来采集井盖开启状态。 通过在道路检查井内安装探测倾斜状态的装置，此装置安装在井盖下，不与井下液体接触，同时不含有毒物质，不会对原有井下环境造成影响，在井盖打开情况下，报警器通过监测网络发出井盖报警的信号，对井盖发生异常时可自动发现、上报并启动应急预案，实现道路检查井的远程异地的监测预警与应急处置[4]。

4.2 基于RFID 的井盖电子标签技术

利用RFID 唯一性， 进行城市道路检查井安全生命周期管理，同时建立一井一号一档，基于RFID 唯一标识号，实现城市道路检查井安装、巡查、养护、废弃的身份信息、位置信息、运维信息的全生命周期的管理。

4.3 智能液位监测报警

智能液位监测报警配备井下液压式液位监测传感器[5]，设备安装在井下，同时投入水中，适应井下复杂的水位环境，实时监控井下水位变化，同时设置水位阈值和上传频率， 监测出的水位数据通过物联网上传到云端服务器进行保存[6]，建立液位数据库，再根据水位模型，预测水位走势，对城市防涝抢险工作提供指导说明。

4.4 创新特色

提出了一种城市道路检查井的物联网监测模型，实现在暴雨情况下的道路检查井水位和流量数据检测，分析未来水位走势，形成智能监测分析结果，实现道路或积水点的预警，为市政管理与决策提供分析支撑。

基于RFID 为城市道路检查井盖建立 “一井一号一档”，基于RFID 唯一标识号，实现城市道路检查井盖安装、巡查、养护、废弃的身份信息、位置信息、运维信息的全生命周期的管理， 创新城市道路检查井运维管理与服务模式。

5 结语

项目相关成果已经陆续在福州市供排水管理中心、成都市井盖中心、 南昌市市政工程管理处得到了成功的应用，取得了明显的社会效益和经济效益。系统为每个城市道路检查井建立详细身份信息、维护全生命周期数据、所有维修保养记录，形成城市井盖大数据库，通过城市井盖大数据库，再结合不同模型，不同维度，挖掘出更有利于提升市政管理水平和效率的有价值数据。