基于物联网和GIS技术的“数字市政”助力济南市政公用事业快速发展

周永利 马述杰 谭文

1.山东大学机械工程博士后科研流动站，济南 250013

2.山东泰华电讯有限责任公司，济南 250101

3.济南高新技术产业开发区博士后科研工作站，济南 250101

基于物联网和GIS技术的
“数字市政”助力济南市政公用事业快速发展

周永利1,3马述杰2谭文2

1.山东大学机械工程博士后科研流动站，济南 250013

2.山东泰华电讯有限责任公司，济南 250101

3.济南高新技术产业开发区博士后科研工作站，济南 250101

本文阐述了济南市市政公用设施管理现状和存在的问题，围绕市政公用行业“安全、服务、管理”三个主题，提出了“数字市政”的建设目标，论述了济南数字市政“118工程”的建设方案。

数字市政；物联网；GIS；管网

引言

济南，又称“泉城”，是中国东部沿海经济大省——山东省的省会，是全省政治、经济、文化、科技、教育和金融中心，也是国家批准的沿海开放城市和副省级城市。济南是“全国城市综合实力50强”和“全国投资硬环境40优”的城市之一。随着城市化进程的加快，市政公用基础设施建设发展迅速，设施管理和安全运行也日益复杂，维护城市的安全运行，已成为城市管理者的一项重要任务。目前，济南市城区内已形成大规模错综复杂的地下管网和地上城市基础设施，由于管理手段的相对落后，缺乏完整的、权威的设施信息资料和有效的安全监测预警机制，许多事故和险情不能提前被发现和处置，给人民正常生活和城市安全运行带来了隐患。

1、市政公用设施管理现状

1.1 管线设施规模庞大

近年来，济南市城市规模不断扩大，尤其是2009年迎全运以来，市政基础设施建设突飞猛进，配套建设或改造的地下管线设施种类和数量迅猛增加，公用事业保障能力显著提升。济南市现有供电、给水、燃气、热力、雨水、污水、通讯、消防、路灯、交警信号、有线电视、宽带等20余种地下管线，总长度约1万公里，规模庞大，错综复杂，尤其是城市建成区地下管网更是交织密布，像一个庞大的迷宫；同时管线建设年代、管道材质各不相同，如最早供水管道建于上世纪30年代。

1.2 管理方式相对粗放落后

在地下管网建设快速发展的同时，也暴露了济南市城市地下资源管理政策缺失、地下管线建设规划管理不足及施工监管不到位等问题，导致因施工造成地下管线受损事故频繁发生。如2009年济南市发生的“7.28”液化气主管道被挖断、“3.27”浆水泉路中压燃气管道被挖断、2010年9月和10月分别发生在燕子山西路和旅游路城建学院校内的直径200毫米的天然气中压管线被挖断等燃气泄漏事故，险些酿成重大灾难。据不完全统计，2009年，济南市供水、供气、供热管道被挖断千余次。同时，由于相当部分地下管线缺乏完整准确的位置和状况资料，而且现有资料不能共享，很难做到有效管理，防患于未然，也使得抢险抢修中无法快速反应、应急处置。

1.3 管线情况复杂，协调管理难度大

由于地下管线种类繁多，建设时多以直埋为主，且各管线产权分属不同单位，难以实现有序协调。而且，地下管线施工缺乏统一规划，各种管线存在交叉、叠加现象，既不符合安全运行规范，又增加了管道维修难度。

1.4 安全运行形势严峻

当前，济南市城市建设进入跨越提升的关键时期，各项建设任务特别是城市基础设施改造提升的任务非常繁重。但在济南市地下管线保护政策法规尚不健全，现有地下管线信息完备率、准确率不高的情况下，在管道维修中，挖掘机械常常是“盲挖”，需要维修的管道找不到，其他管道又被挖断的情况时有发生；另外，高强度的城市建设也将给复杂的地下管线保护工作带来极大的难度，地下管线安全运行形势面临更加严峻的挑战。

2、数字市政建设目标

基于上述管理现状，今年，市政公用局紧紧围绕“安全、服务、管理”三个方面，牢固树立“民生为先，服务为本”的从业理念，利用物联网等现代化信息产业技术，实施“数字市政”信息化建设,全力推进市政公用事业的科学发展。数字市政能够监管并预测城市运行变化，有效地帮助管理者建立起全局观念，从而提高城市管理的有效性和城市资源优化配置水平。

数字市政系统是充分利用物联网、GIS等技术，对局属各行业的市政公用设施进行全方位、全时段监控管理、运行调度、应急指挥的综合信息系统。系统主要围绕行业安全、服务、管理三方面，实现以下四个目标：

2.1 建设一张完整的运行安全监控预警网络

通过科技创新和物联网技术，实现对市政公用重点设施的全过程、全时段监控预警。通过对管网运行参数的计算分析，给出风险评估等级，对风险等级较高的管道早期报警，先期处警，及早维修，避免次生灾害发生，降低社会影响。

2.2 建设一张健全的服务质量监测监管网络

对产品服务质量信息即时感知、智能评价，有效互动，实现全方位监管和稳定供应。

通过在管网主要节点和末端安装传感器，实时监测供水水压、供气流量和供热温度等，变被动服务为主动服务，一旦发现服务不达标即启动相应的管理处置流程，监督企业进行整改。

2.3 建设一个完善的面向用户的服务体系

通过建立完整的用户信息库,将与用户关联的各系统、各业务流程连接在一起。通过健全客户服务中心和维修队伍，增设服务网点，优化服务流程，提供产品报装、缴费、维修、咨询、用户通知（短信、自动语音、电台、电视台、社区通知等）等全方位、多载体的市政公用服务体系，提高市民对市政公用信息的知情率。

2.4 建设一个创新的行业管理体系

通过科技管理手段，强化行业运行监控监管、电子政务建设，建立面向全行业，覆盖全过程的信息化管理系统，形成纵向贯通、横向集成、上下联动的市政公用管理体系。实现“四个转变”，即由经验管理转变为科学管理；由静态监管转变为动态透明监管；由被动受理转变为主动服务；由事后处理转变为主动预警。实现市政公用管理模式的创新。

3、“数字市政”建设内容

3.1 总体设计

济南数字市政采用“市政公用行业一体化”设计思想和“自顶向下”的设计方法，实现市政公用地上、地下基础设施的数字化和智能化管理，将市政公用相关水、气、暖等各个不同行业的基础设施、安全生产、监测信息、指挥调度、客户服务通过数字化手段紧密联结到一个统一和标准的平台上，实现数据、业务、应急、调度、决策、分析、服务等不同层面信息的一体化共享、交互和集成式管理，以最小的资金投入和最高效的信息共享机制，实现全市市政各行业的以安全为前提下的统一管理、调度和服务。

同时，基于物联网技术，采用科技创新手段对市政各行业设施运行进行实时监测和监控，并将分布在各专项业务系统的独立运行运营的业务数据按照统一的数据标准和业务流程规则，集成汇总到统一的中央数据仓库中，有效管理并动态集成城市市政运行运营数据，为市政全行业管理和规划提供决策依据。

图1 数字市政总体框架

数字市政总体上包括：

1）一个标准体系：数字市政标准体系；

2）一个安全保障体系；

3）三个平台：市政资源基础数据管理平台、市政运行运营数据集成平台、市政综合监管指挥决策平台。

4）一个市政专项业务管理应用系统群：城市防汛综合管理信息系统、城市照明综合管理信息系统、城市道桥综合管理信息系统、城市排水综合管理信息系统、数字供水业务应用系统、数字燃气业务应用系统、数字热力业务应用系统、水质监测业务应用系统。

3.2 业务系统与平台建设

说明：在认知冲突中激发学生的创造性思维，产生新知并加以巩固.探究的方式有利于学生对新知的理解，也有利于学生素养的发展.

济南市“数字市政”建设规模为一个数字市政监控中心、一个资源管理平台和八大业务应用系统。

3.2.1 数字市政监控监管中心

数字市政监控中心由网络中心、运行运营数据集成中心和监控指挥调度中心组成。

图2 监控监管中心

1）网络中心：将市政公用局、气象局、水文局、市交警、各区有关部门、局属各单位连接为一个网络，实现互联互通，资源共享。

2）运行运营数据集成中心：实时采集八大行业、42个数据类、近500个指标项，并对这500项目进行统一集成处理和分析。

3）监控指挥调度中心：对市政公用设施进行全过程的安全监测和监控；给出超负荷预警、超限预警和趋势分析、预警等；发生突发事件时，系统生成应急预案，各单位快速响应，及时处置，避免次生灾害发生。同时，对服务质量进行监管。

3.2.2 资源管理平台

完成济南市建成区范围内的市政公用地下管线、地上市政设施收集、普查、整理、建库工作，以城市市政公用基础设施为对象，采用空间地理信息技术（GIS），建设统一的市政基础资源管理平台。

市政数据资源管理平台作为数字市政的基础，为各项业务系统提供二维、三维、空间、影像数据及地理编码、空间处理服务功能支撑，实现最大化的资源利用和共享。市政公用局各单位根据各自管理数据需求和业务特点，构建专业设施数据管理系统，作为日常管理、运行维护工具。数字市政监控监管中心将所有的基础设施数据通过动态更新的方式，纳入局统一的集成管理平台，实现各业务设施数据的综合应用、服务共享。

图3 资源管理平台

3.2.3 八大业务应用系统

1）城市水质监测系统。该系统是集成国家水专项，建立济南市从源头到龙头的水质监测、预警系统和应急处置信息化网络平台。

2）城市供水系统。建立供水设施管理系统、智能监控网络、指挥调度系统和客户服务体系，全面提升供水质量、应急处置能力和服务水平。

3）城市供气系统。建立监控、评估、预警与管网巡检养护四位一体的供气安全运行体系。如在供气设施、密闭空间和重要区域安装视频监控和红外检测；在管网主要节点、重要部位安装燃气泄漏监测仪；定期进行风险评估，确定管线腐蚀程度、风险区域等。

4）城市供热系统。通过供热设施管理、生产运行调度和完善用户信息等，提升供热质量和客户服务水平。通过在管网末端和不热点安装温度传感器，实时监测管网温度，主动掌握用户采暖情况。通过对热源和换热站的调度，调整热网温度和压力，调配热能，解决区域供热不均问题。

5)城市防汛指挥调度系统。通过气象预警系统、雨量遥测系统、水位监测系统、视频监控系统和指挥调度系统，全方位实时收集气象、水位、水文、雨量、汛情和视频监控信息，为视频会商和防汛指挥调度，提供直观的决策依据，为汛前预测、汛中指挥、汛后处置提供科技支撑。

6)城市排水系统。通过排水设施管理、业务综合监管、设施在线监测、应急处置等系统，加强对城市排水设施安全运行和防汛排涝、污水处理排放的监管。动态掌握城市雨、污水收集、处理和排放量。实时监测污水处理厂站污水处理情况，监测cod等指标状况。

7)城市照明系统。利用智能控制、单灯控制等技术，建立一个连接整个城市的照明设施监控网络，实现分时控制，按需照明。对路灯运行状态实时监测，实现自动报警等功能。

8)道桥管理系统。建立道桥管理、视频监控、道桥健康监测等系统，有效预防桥梁安全事故的发生。通过在桥梁重要部位埋设应变、张力、位移等传感设备，实时采集桥梁结构状况的数据，识别损伤位置与程度，评估、预测结构安全性，对桥梁做出预警。

4、结语

“百尺竿头，更进一步”，济南市数字市政系统紧紧围绕市政公用安全、管理、服务三个方面，通过建设118工程，实现“四个一”奋斗目标，对于保障城市安全运行，促进济南市市政公用事业的健康发展、科学发展，提升城市管理服务水平，构建和谐济南将发挥重要的作用。该项目已通过国家住建部专家严格评审，被住建部列为信息化应用示范推广项目向全国市政行业推广。

[1]丁烈云.轨道交通工程建设数字化管理系统总体设计研究[D].武汉：华中科技大学.2002.12-14

[2]承继成，林挥，周成虎,等.数字地球导论[M].北京:科学出版社.2000.28-29

[3]周均清.中国数字城市发展及其综合问题研究[D].武汉：华中科技大学.2003.30-31

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.12.041