中心城区积水监测信息系统在天津市防汛中的应用

魏博洋

（天津市排水管理事务中心，天津 300202）

天津市地处华北平原北部，东临渤海，北依燕山，有“海河要冲”和“畿辅门户”之称。由于所处的地理环境的原因，天津地下水位较高，土壤以黏土、粉土为主且渗透性差，年均降水量在500～600 mm，多集中在6月中旬至9月中旬，占全年总降水量的73%，导致城市内涝灾害发生概率及频度增加。城市排水工作主要依靠人工和机械方式，降低城市内涝灾害影响，为城市居民的出行提供方便。

近年来，由强降雨引起的城市下穿隧道及城市内低洼地区大量积水现象时有发生，且有愈演愈烈的趋势。天津2018年因台风“安比”的登陆，中心城区短时造成77处地区淹泡、18处地道交通管制，日平均降水量达到182.2 mm。“城市观海”也成为近些年来的热门词语，城市内涝现象已经引起了党中央及国务院的高度重视。

1 中心城区积水监测信息系统概述

天津市排水管理事务中心作为天津市中心城区防汛排水工作的主要职能部门，为更好地完成中心城区的防汛排水工作、提高信息化管理水平和增加工作效率，从2005年开始建设积水视频监测系统，2017年开始建设电子水尺，并逐步搭建了天津市中心城区积水监测信息系统。该系统在每年汛期都为防汛调度指挥工作提供了部分数据和图像信息，对全市排水工作起到了一定的辅助作用。

中心城区积水监测信息系统由现场点位、数据链路和中心软件平台组成。其中，现场点位包含积水深度采集设备和视频监控设备、监测数据及视频图像上传设备等，数据链路包含现场监测设备的数据上传及监测中心数据接收，中心软件平台包含服务器数据采集子系统、积水视频监控平台、用户应用系统集成、巡检管理子系统4个部分。

2 前端设备

2.1 电子水尺

电子水尺和水位监测终端监测现场水位，并通过4 G网络将水位数据传送给管理中心。为灵活布设监测点、不受供电条件限制，选用太阳能供电型水位监测终端。电子水尺积水监测子系统包括采集终端、通信模块和供电单元3个部分，如图1所示。

图1 电子水尺积水监测子系统

电子水尺是一种以先进微处理器芯片为控制器、内置通信电路的数字式水位传感器，具备高可靠性及抗干扰性能；采用不锈钢防护外壳，内部用高性能的密封材料进行特殊处理，产品具有防腐、防冻、耐热、耐老化的特点，可在泥浆、污液和腐蚀性液体、冰冻等多种恶劣的环境中使用，即不受大气压力、湿度、含沙量、冰冻等外界因素的影响；采样精度与传感器的测量体长度无关，不同变幅的电子水尺的测量精度保持不变，均为1 cm；采样频率为1次/20 s，工作温度为-20～60℃，采用4 G网络通信和太阳能供电。

2.2 监控摄像机

摄像机选用200万像素，分辨率为1 920×1 080@25fps的高清球型摄像机。该摄像机具备22倍光学变倍，16倍数字变倍能力；采用高效红外阵列，低功耗，照射距离最远可达180 m；具备星光级超低照度能力，最低照度为0.001 Lux/F1.6（彩色）、0.001 Lux/F1.6（黑白）。

2.3 安装地点及安装方式

监测设备安装在易积水地区，根据安装位置和使用需求采取不同的安装方式。

（1）地道区域安装方式。为保证水位测量的实用性及准确性，电子水尺安装位置选择在地道中的最低处；为了监测摄像机有最大的观察范围，需要在积水片附近安装监控立杆，杆体为4 m直杆。同时，在摄像机附近安装阶梯水位尺，用以读取有效水位数据，便于建立水位数据对比系统。

（2）道路区域安装方式。道路区域安装相对简单，根据高程测量结果，选择在低洼积水处建设水位测量电子水尺及监控点位，采用太阳能供电系统。电子水尺安装在保护管内。

3 系统功能

3.1 分屏显示

为满足不同使用场景需求，系统软件界面增加分屏切换功能，可在单屏、双屏、三屏3种显示模式之间进行切换，用户可根据使用现场条件切换到适合的模式。

3.2 点位分布显示

系统在点位分布图上增加积水点相关排水泵站、雨量、河道的点位图层，并可以单独显示和隐藏；同时，在点位分布图的积水点详情标签中增加积水视频查看链接功能，可以直接在弹窗中查看该点位的实时视频。

3.3 云台控制

系统支持云台方向控制，调节云台控制速度，可通过用户级别进行云台抢占和锁定。

3.4 通过排水模型进行退水方案指导

基于统一的天津市暴雨模型公式、城市基础地形数据、高程数据、雨水管网数据、泵站数据、历史降雨及积水数据，系统进行内涝排水预测分析。

3.5 水位报警

系统使用人员可以为每个积水点单独设置警戒水位和报警方式。

3.6 积水片区报表

系统后台设定任务，每月底自动汇总各积水监测点当月的积水发生次数、积水日期、最大积水深度、退水历时等信息并生成报表显示。

3.7 水位数据比对、故障自诊断

在建设电子水尺获取水位数据的同时，在同区域内建设视频监测摄像机用来识别积水深度，系统将2组数据在软件平台中进行对比，在误差合理数值之内以电子水尺的数据为准；超过合理数值时，则以视频识别数据为准。同时，平台会发出报警信息提醒操作人员，通知设备维护单位现场排除设备故障。

3.8 视频资源专网共享

在原有自建视频的基础上，系统共享技防网（接入14万余路视频资源），既增加了大量视频资源，又节约了工作成本。

4 结语

传统的工作方式因数据不准，更多地依靠指挥调度人员的从业经验，往往导致排水设备和人力资源分配不均，造成全市排水退水速度的不均衡和人力物力资源的浪费。通过该系统的建立，改变了天津中心城区排水工作以往需通过人工汇报、经验估算的粗放式管理调度手段。通过该系统的使用，指挥调度人员根据精确的水位数据制定排水计划，合理调配人员及排水设备，加快城市积水的退水速度，保障城市人民出行便利和生产生活安全。