1、 NB-IoT 智慧排水解决方案白皮书 2018 年年 09 月月 目录目录 1 序言 . 3 2 排水行业问题和挑战. 5 2.1 排水行业普遍存在的痛点问题 .5 2.2 传统智慧排水存在的问题 .6 3 当 NB-IoT 遇上智慧排水. 7 3.1 NB-IoT 五大亮点 .7 3.2 NB-IoT 在智慧排水领域的优势 .8 4 NB-IoT 智慧排水解决方案 . 9 4.1 总体设计 .9 4.2 软件平台设计 . 19 4.3 感知层智能设备设计 . 52 4.4 系统建设方案 . 错误错误!未定义书签。未定义书签。 4.5 NB-IoT 智慧排水端到端的安全防御体系 . 55 5
2、 NB-IoT 智慧排水解决方案价值 . 57 5.1 经济效益 . 57 5.2 社会效益 . 58 6 NB-IoT 智慧排水商业模式 . 59 7 奥格 NB-IoT 智慧排水实践 . 60 8 智慧排水发展趋势及展望 . 62 9 缩略语表 . 62 1 序言近年来，受全球气候变化影响，暴雨等极端天气对社会管理、城市运行和人民群众生产生活造成了巨大影响，加之部分城市排水防涝等基础设施建设滞后、调蓄雨洪和应急管理能力不足，出现了严重的暴雨内涝灾害， “逢雨必涝”现象在各地上演。一场接一场的暴雨，让一座又一座城市陷入内涝之困：道路积水、管线断裂、交通阻滞、房屋受损、人员伤亡等。 随着社会各
3、方对城市排水防涝水平的要求和希望越来越高。国家各部委亦对于城市排水防涝工作非常重视，自 2013 年 3 月以来，国务院办公厅、住房和城乡建设部先后发布了一系列政策性文件，明确要求加强城市排水防涝防洪设施建设，解决城市积水内涝问题，将城市排水防涝设施建设作为智慧城市的重点任务，用 10 年左右时间建成较完善的城市排水防涝、防洪工程体系。 同时，因经济快速发展而对环境问题的忽视，已经严重的影响了城市水体的健康，越来越严重的污染也进一步危及人民群众生产生活。近几年“让市长下河游泳”的呼声渐高，反映了百姓对解决和治理城市黑臭水体的强烈愿望。 2015 年，中国中共中央办公厅、国务院办公厅既排水防涝政
4、策之后，颁布实施了水污染防治行动计划 （ “水十条” ）并提出要在 2020 年年底前，地级以上城市建成区黑臭水体均控制在 10%以内； 到 2030 年， 全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。 一系列目标确定后， 在 2016 年 12 月，国务院办公厅更是开始全面推行河长制，落实绿色发展理念、推进生态文明建设。 政策的推进也加速了技术的发展，逐步成熟的智慧技术为实现城市中的雨污管理目标提供了重要的保障。城市排水运行监控管理在经历了人工单位分散式监管，人工集中式远程监控（依靠电话汇报灾情） 阶段之后， 开始向智慧排水发展。 在这一波智慧城市建设大潮中， 采用物联网、 大数据、云计算等技术，建
5、设城市智慧排水，解决城市排水现存不足和问题，推动城市排水管理提升，促进城市提升防涝治污能力，同时提高城市排水基础设施智能化水平，为真正实现信息资源共享一体化 的智慧城市打好坚实基础，已成为智慧城市建设的重要组成部分。 当前， 传统智能排水解决方案存在许多问题， 比如GPRS传输安全性低、 网络覆盖深度性欠佳、维护困难等。而NB-IoT具有高安全、广覆盖、大连接、低功耗、部署灵活、稳定性强和低成本等特点，可以较好的解决上述问题，并更好的满足智慧排水的发展需求。 鉴此，广州奥格智能科技有限公司和华为技术有限公司双方联合，共同发布NB-IoT智慧排水解决方案白皮书（2018版） ，全面分析传统智慧排
6、水遍存在的痛点及NB-IoT物联网智慧排水的优势，从云、管、端协同发展等方面总结了NB-IoT智能排水表应用方案，并展望智慧排水发展趋势。 随着智慧城市的发展，物联网、云计算、大数据等新技术的广泛应用，基于NB-IoT技术的智慧排水将成为智慧城市管理信息化水平的标志之一， 将推动行业创新， 增进民生福祉， 提升社会价值，保护环境资源。 2 排水行业问题和挑战 2.1 排水行业普遍存在的痛点问题 近年来城市排水取得了巨大的发展，无论是在防涝还是治污方面，都有了长足的进步，但由于城市排水业务涉及城市公共服务、百姓民生、城市形象等多方挑战，城市排水也一直存在诸多管理难题。 2.1.1 排水设施实时状
7、态不透明 目前国内城市排水的监控和管理方式相对简单、粗放，基本是以人工读取数据为主，在强暴雨期间，难以获得实时最新水位信息，给后续响应抢救工作带来困难。同时，水质监测也是不定期人为取样，实验室化验，数据对于上下游的用水户及污水处理厂缺乏及时反馈。 2.1.2 排水事件应对方案不科学 在降雨期间，目前我国大部分城市的应对方法依然为延续了几十年的“路障筒+撬棍”模式，派遣抢险队员提前蹲点，如所负责路段出现水浸，则根据自己经验开启雨水井盖或泵站开关。同时，针对目前的管道及河道治污，污水处理厂也是紧跟惯例的处理调配，并不根据污染物变化而进行更改。针对排水户对自然水体的污染，属于监察部门责令关闭，但排水
8、户依然选择在其他未监管时间排放，继续造成污染。 2.1.3 排水设施监管维护不精细 在使用传统方式进行排水设施管理的地区， 日常巡检主要靠业务人员不加区分的重复的逐条管道、沟渠，逐个泵站、污水处理厂检查的方式进行，或者是通过外包服务，将管道，沟渠清理，设施设备维护外包给社会公司。存在运维方式落后、运维管理工作量大、服务质量保障困难等问题。 2.1.4 后续改进措施研究不科学 因为技术手段的相对落后，目前国内城市排水的后续改进措施依然陷于“头痛医头，脚痛医脚”的局部解决方案，如某地段经常出现内涝，仅仅是增加更多的雨水篦子或者是在本地区增加泵站， 亦或者河流某段污染严重， 则要求上游所有厂家强行停
9、产或者增加污水处理装置。缺乏全局分析研究，不能从根本上解决排水的内涝及污染问题。 针对传统排水存在的以上问题， 急需通过智能化远程监控终端， 将所有设施及水务相关数据可视化，并实时回传，支持控制中心管理人员做出正确判断。同时，利用远程监管，依据现场实时回传的数据及时对现场抢修人员或者净水物料配比人员进行指导， 确保科学应对现有状况。 采用 GIS 技术，支持位置可视化和基于设施设备养护管理系统，以改变传统的不加区分的重复“人工巡检、热线报修”的传统运维模式，通过实时“在线巡测”判断设施设备状态，合理规划设施设备养护周期，主动研判外包服务成本效率，改变重复运维，高额外包的局面，变被动巡检为定向维
10、护，提高管理维护人员及车辆的使用效率，降低维护外包成本。 同时，利用大数据积累的模拟分析，改变过去措施研究仅限于局部方案，从整体上通过模型模拟全域状态，研判内涝或者污染的根本原因，精准治理，提高改进措施科学程度。 2.2 传统智慧排水存在的问题 目前国内智慧排水领域，基本采用基于 GPRS 技术实现城市排水的智能监控管理。因为数据传输安全性低、网络覆盖面局限大、偏远地区维护困难、传统网络遭遇关停等问题，一直阻碍了智慧排水的广泛应用。主要体现在： 2.2.1 数据传输安全性低 GPRS 使用的 2G 网络安全性较低，特别是容易受到“GSM 劫持+短信嗅探技术”的攻击， 而智慧排水系统对于数据交换
11、的安全性有着极高的要求， 特别是涉及到设备远程操控的数据传输。因此目前大规模的设备远程操控并未推广。 2.2.2 网络覆盖面局限大 大部分的水利设施设备位于市内或者地下，需要网络有深度覆盖，但 GPRS 受限于有限增益，难以覆盖。以路面雨水或者污水窨井为例，现有检测设备需要伸出一根天线，车辆行人来往极易破坏。 2.2.3 偏远地区维护困难 传统的智慧排水解决方案中， 以 GPRS 或者 LTE 方式传输的网络模块对于电池的电力供应要求较高， 而水里设施设备所处的环境有的时候会位于高山荒野偏远地区， 如监测河流水质仪器，水库水位等等，更换电池及进行模块维护成为一大问题。 2.2.4 传统网络遭遇
12、关停 传统智慧排水采用 GPRS 公网进行信息传输，虽然 GPRS 模块成熟稳定，通信费用价格低廉。 但是随着国家逐渐关停 GPRS 网络， 有些地区的监控中心与智能监控终端的通信会受到影响，从而影响智慧排水系统的运行稳定。 3 当 NB-IoT 遇上智慧排水 3.1 NB-IoT 五大亮点 NB-IoT(Narrow Band Internet of Things)，即基于蜂窝的窄带物联网，作为远距离无线通讯技术中的佼佼者，NB-IoT 具备高安全、广覆盖、低功耗、大连接和低成本这五 大亮点。 图 3-1 NB-IoT 五大亮点 3.2 NB-IoT 在智慧排水领域的优势 NB-IoT智慧排
13、水解决方案的优势有助于解决排水行业和传统智慧排水面临的普遍问题，具体如下： 针对排水行业普遍存在的痛点：NB-IoT 智慧排水有助于回传设备实时状态，利于制定科学化的应对方案， 同时反馈的设施设备信息也有助于判断维护状况， 降低相关人员运行维护工作量； 针对数据传输安全性问题：NB-IoT 智慧排水数据传输基于双向鉴权，实施空口严格加密及专有频段， 同时网络侧的物联网网关可作为本地策略执行设备。 蜂窝移动网等底层网络保障域间安全数据交换，并提供防攻击服务。 针对网络覆盖面问题： NB-IoT 覆盖能力强， 比 LTE 提升 20dB 增益， 相当于提升了 100倍覆盖区域能力。 不仅可以满足偏
14、远地区水利设施的广覆盖需求， 对于厂区、 地下车库、井盖这类对深度覆盖有要求的应用同样适用。 针对维护困难问题：NB-IoT 聚焦小数据量、小速率应用，因此 NB-IoT 设备功耗可以做到非常小， 设备续航时间可以从过去的几个月大幅提升到几年。 特别针对一些不能经常维护的设备和场合，如安置于高山荒野偏远地区中的排水传感监测设备。 4 NB-IoT 智慧排水解决方案 4.1 总体设计 4.1.1 系统建设原则 智慧排水系统项目技术难度较高， 在系统设计过程中， 着重考虑安全可行与现有技术的合理运用，设计的适度超前、经济适用和可扩展结合，统一的接口标准与设计规范，统筹规划，分步实施。系统建设要以数
15、据为中心，确保安全性、保密性、共享性，分布式与集中式相结合的方式管理数据， 同时兼顾实用性与先进性， 使得系统易操作与标准化以便开放与扩充，同时通过优化结构达到一定的稳定性要求。 4.1.2 系统集成设计要求 智慧排水系统是一个庞大复杂的网络信息系统工程，具有建设周期长、范围广、多学科等特点，如何使整个工程各个方面的建设协调一致，充分发挥工程投资效益，系统集成是一项重要的保障措施。 （1）系统集成目标根据智慧水务应用的需求，应用系统工程的思想和方法，按照标准规范，统筹规划系统建设过程中的各种资源，配合施工设计和开发设计，将网络系统、存储服务器、数据建库与数据库管理系统、应用支撑平台、应用系统等
16、的硬件及软件集成为具有优良性能价格比和高度协调一致的有机整体，到达系统的总体设计目标。 （2） 系统集成任务从工程建设整体分析， 系统集成的任务主要包括： 1） 应用系统集成；2）数据集成；3）系统运行环境集成；4）安全集成。 4.1.3 系统总体框架 建设框架如下图所示，由分层支持体系、两大保障体系共同构成，其中分层支持体系包 括数据感知层、传输层、服务层、应用层和用户层；两大保障体系包括标准规范与政策法规体系，运维管理、数据更新与安全保障体系。 图 4-1 系统总体框架图 1) 数据感知层 数据感知层是指基础的监测设备，智能终端设备和网络终端基础。包括雨量计、水质监测仪、液位监测仪、流量监
17、测仪等基础监测设备，基础监测终端设备通过集成 NB-IoT 标准模组，与 NB-IoT 基站连接来实现通讯能力，智能终端通过 NB-IoT 基站将信息上传给 IoT平台。 同时， 也包括高清摄像头、 集群终端、 移动巡检设备、 视频会议终端等智能终端设备。通过光纤等固定网络方式或者大流量无线网络传至平台层。 2) 网络传输层 NB-IoT 等无线网络和固定网络等专用网络。网络是整个物联网的通讯基础，不同的物联网场景和设备使用不同的网络接入技术和连接方式。NB-IoT 网络具有大连接、低功耗、低成本、广覆盖的特点，符合智慧排水监测设备通讯的需求。 3) 服务平台层 IoT 平台支持公有云、私有云
18、等多种灵活部署模式， 并提供连接管理、设备管理、数据分析、应用使能等基础功能。 IoT 平台提供连接感知、连接诊断、连接控制等连接状态查询及管理功能；通过统一的协议与接口实现不同终端的接入，上层行业应用无需关心终端设备具体物理连接和数据传输，实现终端对象化管理；平台提供灵活高效的数据管理，包括数据采集、分类、结构化存储，数据调用、使用量分析，提供分析性的业务定制报表。业务模块化设计，业务逻辑可实现灵活编排，满足行业应用的快速开发需求。 4) 应用层 包括排水行业所有专业应用， 如基础设施信息管理、 基础设施养护管理、 排水项目审批、实时在线检测、应急指挥调度、黑臭水体监管、仿真模型构建及应用和
19、视频接入综合管理平台等几大应用功能平台 。 5) 用户层 用户层反映了图形用户界面以及所有的显示逻辑， 它是应用的客户端部分， 由它负责与用户进行交互，包括手机端、平板、PC 端。 4.1.4 系统技术架构 智慧排水建设基于 SOA （Service-Oriented Architecture， 面向服务架构） 设计思想，采用数据、管理、服务、应用相分离的架构原则，在保持灵活性和扩展性的前提下，实现政务地理信息数据的整合、 管理和网络化共享的在线服务， 实现不同市属部门业务应用系统与平台服务的集成。 系统核心技术路线为跨基础 GIS 平台的中间件技术、瓦片地图引擎技术、海量矢量数据的管理等核心
20、基础，还包括：一站式空间信息服务、采用 CSW 规范实现服务聚合、分布式多节点互联互通、空间数据的备份与恢复、业务流程管理定制、可定制可扩展的后台配置 等技术。 1）NB-IoT 技术 目前， 城市智慧排水主要采用公网 GPRS 结合的方式进行物联网感知层信息的汇聚传输和监控指令的下发。这种通信方式虽然已比较成熟，但是需要集中网关，且国内排水环境较差、较多水利设施位于地下或者偏远地区，也需采取专门天线或者派驻人员进行人工监控。 NB-IoT 构建于蜂窝网络，通信距离长、覆盖范围大，深度深；基于运营商公网，不需要单独建网，稳定性高。在城市智慧排水中应用 NB-IoT 技术，可构建更为稳定的排水物
21、联网，同时能够提高排水设施设备控制的实时性、可靠性和灵活性。 2）基于 SOA 的多层软件架构技术 智慧排水信息化建设需要有足够的柔性来支撑业务快速的变化。需要使业务同服务分离、服务同技术分离，由业务驱动服务、服务驱动技术。采用这种松耦合体系的好处就在于每一个层次发生变化不会影响到整个体系，从而减少了因变化带来的工作量，使响应速度更快。 应用服务平台面临和同其他各业务系统的整合，而现在实现异构系统集成的主流技术选择就是采用 SOA 架构，凭借 SOA 松耦合的特性，使得系统可以按照模块化的方式来添加新服务或更新现有服务，以解决新的业务需要。 业务逻辑层通过 Web Service 标准接口提供
22、服务。通过 Web Service 标准（包括 XML数据封装、SOAP 封包协议、WSDL 发布协议、HTTP 数据传输协议） ，为系统集成提供了强大的标准性、兼容性和可扩展性。 3）J2EE 技术 J2EE 平台适用多层次分布式应用模型，采用基于组件的方式来设计、开发、组装和部署企业应用系统，以及基于可扩展标记语言（XML）的数据交换、统一的安全模式和灵活的事务控制。凭借这些技术，不但可以面对快速变化的市场提供崭新的解决方案。而且，开发出 来的是与平台无关的 J2EE 组件的解决方案， 它不依赖于某个特定厂商提供的产品或者 API。这意味着不管是开发商还是最终用户都有最大的自由去选择那些更
23、能满足他们业务或技术需求的产品或组件， 不但有利于降低信息系统拥有成本， 也有利于适用快速变化的市场需求。 J2EE 技术是基于 JAVA 语言的面向企业级应用的技术标准簇，JAVA 语言的与平台无关性， 保证了基于 J2EE 平台开发的应用系统和支撑环境可以跨操作系统平台在各种标准 J2EE应用服务器中运行。 4）采用 CSW 规范实现服务的聚合 因排水系统涉及多部门使用，智慧排水信息化建设能够提供的服务以目录的形式注册到功能目录 Portal 中，便于其他部门查看和使用。当有需求时，其他部门也可以将自身的功能以目录的方式注册到 Portal 中，这样就可以实现平台和数据的分布式提供，而有需
24、求的用户通过统一的 Portal 查看和使用本部门可以使用的功能。从而实现城市排水管理“一张图”的横向聚合和纵向贯通。 5）基于 WMS 的自适应数据传输和访问技术 “Web Map Service” （网络地图服务，WMS）是 OGC 标准中比较简单也是比较重要的标准之一。通过构建金字塔模型，对矢量数据或者影像数据进行处理，形成多比例尺多细节层次模型，不仅可以访问影像数据接口，同时可以实现矢量图的快速浏览显示。 为了降低计算机内存的消耗，加快计算机处理时间和节省网络传输时间，需要将数据分级组织， 每一级的数据又分割成小的数据块， 这种组织数据的方法通常称为金字塔数据结构。矢量地图数据是多比例
25、尺描述的，当显示电子地图时，比例尺越大，细节展现越详尽，比例尺越小，细节展现越粗略。 在尺度模型内实现图块覆盖后，图块是一个相对独立的地理单元，记录了本地理范围内的所有地理要素。客户端 GIS 系统工作时，用户通过电子屏幕在任一时刻只能看到图块数 据集内有限的、 与当前显示等级相一致的地理实体数据集合； 地图放大时电子屏幕覆盖范围减小，在当前已显示的地理实体基础上，相对次要的地理实体也逐渐在屏幕上显示起来；地图缩小时电子屏幕覆盖范围增大， 在已经显示的地理实体中相对次要的地理实体逐渐隐藏而不显示。 6）可定制可扩展的后台配置技术 智慧排水信息化建设过程中不但需要实现对专题数据不同展示、集成气象
26、、水文、监控信息等发布的数据服务， 同时还需要实现对数据服权限、 功能权限、 流程管理的分层次控制，因此需要一个可定制可扩展的后台配置技术来实现对其支撑。 作为后台运维管理的平台需要具有以下特色： 一、数据发布精细化管理，支持同一数据在不同网络（政务内网、政务外网） 、不同专题应用信息粒度的差异化配置。 二、零编码的专题应用快速构建。 三、接口丰富，易与各种业务系统的集成。 四、分布式设计，支持节点动态变化，实现节点间协同服务。 五、一数一源，解决数据的不一致性。 六、支持异构空间数据交换，实现全方位数据共享。 3）GIS（地理信息系统）技术 采用 GIS 技术，将管网、水泵、闸门以及现场监控
27、设备等各类排水部件与地理位置和空间信息有机结合，实现排水设施的位置可视化，并支持基于 GIS 的动态监控管理。 4）移动互联技术 融合移动通信和互联网技术，整合移动通信随时、随地、随身和互联网共享、开放、互动的优势，为城市智慧排水提供丰富的移动应用，真正实现随时随地移动办公，为城市排水 管理人员及维护人员提供更大的工作便利。 4.1.5 系统安全设计 系统安全重点解决系统操作、数据库和服务器等系统安全级安全问题，建立有效的网络检测与监控机制，以保护主机资源，防止非法访问和恶意攻击，及时发现系统的数据库的安全漏洞，有效抵抗黑客利用系统的安全缺陷对系统进行攻击，做到防患于未然。 1）操作安全设计
28、为了规范系统操作，增强系统的安全性，系统采用了严格的安全管理措施。系统定义了多种用户角色， 每种角色都有自己独立的操作权限和用户界面， 用户登录系统后只能完成权限允许的各种操作。用户登录系统后的所有操作都要记录日志，并永久保存，以便在发生异常操作时追溯问题，明确责任。为了保证业务数据的完整性和安全性，在保存和传输业务数据时要对数据加密。 2）网络安全设计 通过进行合理的网络安全域划分，综合采用防火墙、VLAN 划分、入侵防御、防病毒、URL 地址过滤等安全措施，对整个智能排水管理平台的基础网络及系统平台进行全面安全防护，以建立安全、可靠的运行环境。 3）数据安全设计 数据安全对本系统来说尤其重
29、要，数据在广域网线路上很难保证在传输过程中不被非法窃取、篡改。数据库存储着关键敏感的数据。任何细小的疏忽、遗漏而造成的敏感信息的破坏、泄漏都将有可能导致异常严重的后果。因此，如何确保数据交换网络传输过程敏感信息的安全和完整性，保护这些敏感数据在使用、传输过程中高度的强壮性、保密性、完整性和不可抵赖性是整个系统安全设计当中的重中之重。 4.2 标准规范建设 根据国家电子政务政策规范 ，系统建设遵循中共中央办公厅、国务院办公厅关于我国电子政务建设指导意见 、 关于加强信息安全保障工作的意见和2006-2020 年国家信息化发展战略等一系列重要文件精神，执行信息化与电子政务建设相关标准规范。 在信息
30、化系统中，软件的调用、配置、管理、信息传送及数据交换等必须建立在标准化及规范体系之上。 1)数据访问层的标准与规范 采用 XML 数据描述体系建立，同时符合全国组织机构代码编制规则(GB11714-1997)和国家行政机关公文格式的规定，用于数据资源存储、查询和管理。 2)信息交换层的标准与规范 建立资源数据共享交换标准和交换目录体系：完善投资项目信息管理系统资源元数据标准；开展数据交换标准、空间数据格式转换标准、数据分发标准、互操作数据模型等标准建设，制定资源数据共享政策，健全数据维护和共享服务运行机制。 3)应用层的标准与规范 应用层的标准与规范包括应用系统安全管理、网络检测、病毒防护、数
31、字证书标准与规范等。信息安全管理标准采用信息安全管理体系实施指南(IS0-17799)；网络检测标准采用入侵检测系统（IDS）入侵检测数据交换标准 ；病毒防护标准根据系统实际使用情况分别从防毒、查毒、解毒三方面来制定。 4)公文标准化与规范 电子公文的制作、 审批、 签署、 下发、 管理可参照 国家行政机关公文格式 (GB/T9704-1999)、 标点符号用法(GB/T15834-1995)等来制定。同时注重电子公文交换格式的通用性、开放性、科学性、规范性和实用性。 5)计算机软件质量保证标准与规范 参照 计算机软件质量保证计划标准与规范 (GB/T12504-90)制定设计公文管理、 信息
32、管理、 商务管理、 电子邮箱管理等方面的操作性规范； 对基本信息系统设置信息查询权限；统一桌面操作系统和汉文处理环境；提供系统统计数据；并对用户端应用程序、服务器、显示器分辨率做出原则规定。 6)信息资源建设规范 采用统一指标系统、统一文件格式、统一分类编码、统一信息交换格式、统一名词术语、统一数据采集机制和质量控制标准、统一数据库选型及开发标准化规范等措施，使得一类数据标准确立后，同类的若干个数据结构都是该标准的“子集合” 。 7)人机界面规范 提供一个面向系统的统一接口， 包括多语种支持， 联机访问、 控制、 服务， 屏幕格式，报表打印格式，功能键设置，操作说明等。 8)系统运行维护规范
33、项目系统是一个人机系统，它的运行是人、组织、制度、设备、软件等互相配合、相互作用的一个综合性系统， 组织好其维护和管理， 是每个运行维护和管理人员的职责和义务。计算机运行维护和管理的基本内容包括系统试运行、系统升级、软件维护、硬件维护、系统运行和维护有关管理制度的建立等。 4.3 数据资源与数据库建设 根据目前排水管理部门业务单位的组成特点， 排水数字化信息管理系统的服务器与存储平台存储排水设施数据、在线监测数据、业务数据等。需要提供可靠、高效的运行平台，并提供安全、高效的数据存储及访问平台。为数据库、Web 服务、GIS 和应用系统提供运行 及数据存储平台，并能够相关部门进行数据交互。 对服
34、务器及存储平台的设计将以数据为中心， 结合实用性与先进性， 提供综合化的业务以及确保系统安全性。 4.3.1 数据库建设内容 数据库的数据按数据类型主要分为以下几种：基础信息数据、实时监测数据、业务管理数据、空间数据、多媒体数据。 1）基础数据库 基础数据库包括排水基础信息类表、排水专题信息类表、监测设备基本信息类表等。 1、排水基础信息类表 防汛基础信息类表包括管理类表、工程与设施类表。管理类表包括行政区划表、涉水组织机构信息类表。工程与设施类表包括泵站工程、污水厂、泵井工程等基本信息表。 2、排水专题信息类表 防汛专题信息类表包括基础排水设施数据类表、管网数据类扩展表等。 3、监测设备基本
35、信息类表 监测设备基本信息类表包括 RTU 基本信息表、传感器基础信息类表、辅助设备基础信息类表等。 2）业务数据库 排水应急指挥调度数据包括应急预案和应急资源的调度信息，及工作成果档案等数据。 3）监测数据库 监测数据库主要包括基础监测信息、在线监测信息和测站设备工况监测信息。 4）空间数据库 空间数据库包括防汛基础信息类信息表、防汛专题信息类信息表、空间关系表等。 5）多媒体数据库 多媒体数据库包括多媒体文件基本信息表、 文档多媒体文件扩展信息表、 图片多媒体文件扩展信息表、视频多媒体文件扩展信息表。 4.3.2 数据资源管理 数据资源管理的主要功能包括建库管理、数据输入、数据查询输出、数
36、据维护管理、代码维护、数据库安全管理、数据库备份恢复、数据库外部接口等，是数据更新、数据库建立和维护的主要工具，也是在系统运行过程中进行原始数据处理和查询的主要手段。 4.4 软件平台设计 智慧排水系统的建设利用综合地理信息、遥感、物联网和现代化通信技术，为城市排水提供统一的数据资源、功能服务和应用服务。同时将水力模型融入系统建设中，通过高度仿真的模型建设，实现对降雨、积水、汛情的实况模拟，从而帮助管理部门实时掌握城市雨水情及污染状况。将排水管网被动安全上升为主动安全；同时完成应急指挥调度姿态建设，辅助程式排洪抢险工作提供辅助决策。 系统主要包括支撑地理信息平台、基础设施信息管理、基础设施养护
37、管理、排水项目业务审批、实时在线监测系统、应急指挥调度系统、黑臭水体监管系统、仿真排水模型、视频接入综合管理另外还有系统后台管理子系统及系统接口开发集成模块。 4.4.1 应用支撑地理信息平台 通过一张地图整合时空大数据，实现泵站、水位、雨量、视频、GPS、井盖、地下管网 等设备基本信息、参数、位置信息管理。通过一张图，整合气象、指挥调度、公安、规划、国土等多家数据，将空中数据、地面数据、地下数据进行有效整合，形成统一的防汛预警监控信息化数据库，实现空中、地面、地下三个维度的数据监管，对空中数据进行监管，主要为气象数据： 云图、 雷达、 台风信息、 天气预报等； 对地面数据进行监管， 主要为视
38、频数据、水泵、水位、雨量、积水点、河面污染等；对地下数据进行监管，主要为管网数据、管网流量、管网水位等数据。从而实现数据整合共享。 应用支撑地理信息子系统主要是通过集成其他子系统以及预留接口以供接其他部门的管理系统已有子系统的服务进行整合。 1）地图操作 基础：实现基础设施、静态信息的全面展示，基本操作功能，包含放大、缩小、平移、比例尺设置等基本操作。 视图：包括全图、默认范围地图、鹰眼视图、自定义视图、前一视图、后一视图。 选择：包括点选择、线选择、多边形选择、圆形选择、矩形选择、自定义选择等多种选择方式选择地图要素。 2）地图数据展示 基础地图数据：包括基础地形图与卫星地图，两者能够通过滑
39、块进行对比切换。 排水项目数据： 在地图上对水利项目进行分类展示， 能够清楚的了解到水利项目具体在地图上的位置以及项目类型，点击对应的水利项目可以查看项目的详细信息。 各类范围信息数据：包括排水分区、示范区边界、流域范围、污水处理厂服务范围、行政区范围等各类范围数据在地图上的展示，并提供各个范围的基本属性查询。 排水设施数据：包括排水管线点、泵站、闸站、污水厂等排水设施在地图上的展示。 监测数据：包括气象、台风、雨量、水位、水质、流量等监测仪器的监测数据展示，在地图上点击对应的监测设备能够以数据和图表的形式展示实时与历史的监测数据。 图 4-2 地图数据显示案例图 4.4.2 基础设施信息管理
40、 在地图上可直观地看到水泵等设施的分布情况及设备列表，点击图上设施可查看设施的实时监测数据， 也可从设备列表中定位到某设备位置， 还可以在列表上对设备进行编辑管理。实现对在线监测设备的管理，包括对设备的属性、数据等进行编辑或查询，还可对设备的运行日志进行管理。 1）排水设施管理 实现对管网、泵站、排水口、污水处理厂、低洼点、井盖等排水基础设施的基本信息管理，按排水设施类别管理，主要对设施进行增加、删除、修改等功能。 2）多媒体数据管理 实现相关的图纸、文档、图片、视频管理，对监管中心业务及排水设施相关的多媒体数据进行管理，主要包括增、删、改、查等功能。 3）设备信息动态更新展示 实现泵站、液位
41、计、雨量计、摄像头、井盖监测仪等设备基本信息、参数、位置信息管理，实现设备的动态更新。 4）设备属性管理 实现对设备的属性信息进行查询或编辑功能。实现监测设备属性设置功能、实现对监测点位的属性、 坐标信息进行设置功能、 实现对报警规则设置功能， 可以设置针对哪些设备、阀值等参数进行设置。同时，实现对监测设备的运行日志进行管理功能。 5）易涝积水点 主要实现对市区内易涝积水点的基本信息的展现，主要包括易涝和易积水的区域、相关负责人等信息的查看，实现统计分析等功能。数据来源于防汛指挥调度数据中心。 4.4.3 基础设施养护管理 排水设施养护管理主要功能包括：养护单元认定管理；年养护计划管理、月养护
42、计划管理，养护任务单管理，养护记录管理，质量自评管理，查询统计分析等功能。 1）养护单元认定管理 养护单元的划分有两种方式：按水系划分、按道路划分。具体功能模块设计如下： 子模块 功能 输入 处理 输出 备注 水系认定 排放口追溯 排水设施专业数据 联通分析 水系以及编号 排放口追溯、 用户认定、 孤立点归类、 水系合并为水系认定中必须经历的几个步骤， 最终的成果只有水系图层和排水设施图层 （所属水系字段值必须正确填写） 用户认定 水系示意图 认定结果 孤立点归类 孤立点意图 认定结果 水系合并 认定结果 水系合并 水系图层、排水设施的水系归属 道路认定 道路图层制作 主干道 按区分割 初步的
43、道路图层 道路图层制作、用户认定、 孤立 子模块 功能 输入 处理 输出 备注 用户认定 道路示意图 意图 认定结果 点归类、 道路合并为道路认定中必须经历的几个步骤， 最终的成果只有道路图层和排水设施图层 （所属水系字段值必须正确填写） 孤立点归类 孤立点意图 意图 认定结果 道路合并 认定结果 道路合并 道路图层、排水设施的道路归属 2）年养护计划管理 实现选择要制定计划养护单元的方式（按道路或按水系） 、养护年份、养护设施和养护类型，并填写养护计划具体内容。由软件系统自动生成养护年计划。实际养护工作中，由于水系的范围过大， 某些大的水系可能会拆分成多次进行养护， 用户可以自行选择水系的分
44、支进行养护计划制定。另外，在同一水系或者道路中，由于管径大小、所属道路等因素，其淤泥量也会有所不同，养护的单价也不同。系统需要预留用户输入淤泥量的接口，以便在费用计算时可以更加准确的计算养护计划的费用。 具体功能模块设计如下： 子模块 功能 输入 处理 输出 制定养护年计划 制定养年护计划 养护单元、年份、养护频率、养护周期、养护类型 将养护计划信息保 存 到 数 据 库中。 养护计划列表中增加对应记录。 修改养护年计划 养护单元、年份、养护频率、养护周期、养护类型 将养护计划信息保 存 到 数 据 库中。 养护计划列表中修改对应记录。 删除养护年计划 计划 ID 将对应养护计划记录从数据库中
45、删除。 养护计划列表中删除对应记录。 导入设施单价 设施单价表 数据导入 保存到设施单价表 管线淤泥量入录 管线 ID 管线淤泥量 保存到管线淤泥量表 年养护费用预算 养护单元、养护频率、单价 后台自动计算 养护费用预算 子模块 功能 输入 处理 输出 查看养护设施 养护单元 数据库关联查询 查询出该养护计划需要养护的所有设施 3）月养护计划管理 养护月度计划是根据年度养护计划， 结合各个计划的工作量， 将任务按实际情况分配到12 个月和具体养护单位， 并制定相应任务的细则和具体负责人等， 以此生成月度养护计划。 具体功能模块设计如下： 子模块 功能 输入 处理 输出 制定养护月计划 浏览养护
46、年计划 养护单位 数据库查询 输出本年度所有的年度计划 制定养护月计划 养护单元、养护年计划、养护的开始时间、完成时间 插入到月度计划表 设施的养护月计划 养护完成情况登记 养护月计划 将养护记录保存到养护记录表 登记该养护单元的养护记录 养护完成情况查询 养护单位、所属水系 养护情况列表 4）养护任务单管理 系统根据月度计划，生成管理月养护任务单、日（周）工程任务单，并进行跟踪管理。 5）养护记录管理 养护人员能在系统中记录养护结果的详细信息。 养护信息直接针对养护计划中的任务来填写，由于养护单元可以直接关联到设施，故在查找设施时也可以直接查找到养护记录。养护记录应当包含养护前后情况的对比信
47、息。 养护记录填报的内容除了养护的基本情况外， 还应当包括养护前后情况的描述以及照片或视频。 6）质量自评管理 系统配置相关评定标准后，能进行排水管道、检查井及雨水口完好状况评定和渠箱、检查井完好状况评定。 7）查询统计分析 包括养护计划完成情况统计分析；月养护质量评分统计等。 8）移动巡查养护管理 模块功能包括：巡查任务接收、巡查问题上报、养护任务接收、轨迹记录。有效支持管理层对巡检养护工作的监督及工作人员效率的提高。 图 4-3 移动巡查养护界面案例图 4.4.4 排水项目业务审批 规范业务审批流程、实现电子化审批、结合 GIS 地图，在线查询排水相关资料，快速、科学给出处理意见，告别传统
48、低效纸质审批流程，提高涉水行政审批业务办理效率。 1）排水接驳许可审批 该功能模块集中了许可申请、许可待办、意见填写、打印许可证、案件归档、查询统计等功能。 2）案件管理 该功能模块集中了案件标签化管理、案件分类查询、案件分类导出。 3）可视化管理 利用最新 BIM 技术和三维技术，将申请项目的 BIM 模型进行空间对比、利用可视化及BIM 技术，直接审批申请项目是否存在违规。 图 4-4 项目审批可视化管理界面案例图 4.4.5 实时在线监测系统 1）地图实时显示监测数值 在地图上支持搜索并展示包括液位计、流量计、雨量计、流速仪、视频监测、水质监测设备在内的在线监测设备。 点击监测点图标显示
49、实时监测数据。 当实时监测值超过设定的阈值时监测图标改变颜色不断闪烁提醒用户。 2）监测数据管理 对监测设备实时在线监测数据进行查看且支持历史数值查询。 图 4-5 监测数据管理界面案例图 3）统计分析（监测数据统计分析） 按自定义一个时间段统计监测设备的的监测数据。统计时间段内中监测数据平均值、最大值和最小值。显示时间间隔内监测平均值变化曲线。 4）数据对比（不同点位数据对比） 选择同一监测类型进行实时或者历史数据对比分析，直观对比多个监测点的监测数据。 图 4-6 监测数据对比界面案例图 5）报警中心 报警设置查看：监测设备监测值到达设定的报警阈值时会在地图上出现报警信息，对于设备的报警阈
50、值可在系统上进行设置。 当监测设备监测值超过指定标准， 监测点数值背景颜色立刻变换颜色进行报警。 图 4-7 报警中心界面案例图 报警统计：对不同监测设备在不同时间段警报信息的统计。可查询某一地区在不同时间段内的报警次数， 或者可统计同一时间段内不同地区的报警次数与报警类型。 在线监测报警包括实时报警信息显示和历史报警信息管理两方面内容。 实现情报详情查询功能、 警报类型统计功能、报警频次统计功能。 图 4-8 报警记录界面案例图 4.4.6 应急指挥调度系统 应急指挥调度子系统，主要用于处理“汛 (涝) 前应急预案制定” 、 “执行预案、应急调度” 、 “一雨一报” 、 “预案优化” 这几部
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