城市井盖智能化管理方法综述

郑丰收，周文，宋永明

(1.山东正元地理信息工程有限责任公司，山东济南 250101; 2.山东建筑大学，山东济南 250101)

1 引言

随着我国城市基础设施建设事业的持续高速发展，城市中给水、排水、燃气、热力、电力、通讯等各类市政公用设施日益增加。城市路面的各类地下管线设施的井盖也相应增多。近年来，由于城市中井盖管理不善，造成全国范围内各类伤人、损车事件频发，严重影响了市民的出行安全，造成不良的社会影响。2013年3月22日晚长沙3·22坠井事件，再一次让城市井盖管理问题成为社会关注的焦点。如何改善和加强城市井盖管理已成为困扰全国各地市政设施管理部门的一个难点、热点问题。各地政府先后颁布了一些针对井盖管理的法律规定，以山东省济南市为例，济南市人民政府于2007年颁布了《济南市城市道路井盖设施管理规定》，按照市、区两级管理体制，对各产权单位所属井盖设施管理责任做了明确规定，为井盖设施的规范化、制度化管理提供了基础性的法律依据，对道路井盖设施管理曾起到了重要的促进作用，但随着城市建设规模不断扩大，现行规定在管理范围、管理内容、管理方式等方面出现了一定的局限性和不适应性［1］。因此，为了切实改善城市路面井盖设施管理状况，还需要客观、全面地分析和研究各方面存在的现实问题和原因，通过政府有关部门的统一领导、组织和协调，各相关责任管理单位和部门、乃至全社会加强协作配合，采用新的技术和新的管理模式，从各方面采取有针对性的管理对策和措施。以下将从几个方面对城市井盖管理存在的问题进行分析、研究和探讨，提出了几种井盖智能管理的模式和方法。

2 井盖设施的安全防护

2.1 现存缺陷

由于受利益驱动，一些不法分子铤而走险偷盗路面井盖的现象在全国各城市十分普遍。尽管全国各地在防止井盖被盗和限制井盖回收方面均制定了相关法规，但市政管理部门缺乏切实有效的管控手段和办法来杜绝井盖丢失现象的发生。对于大多数城市现状的路面井盖设施而言，由于缺乏补救性的二次安全防护设施，井盖一旦丢失或损毁，路面上立刻形成了一个对行人和车辆随时构成安全威胁的陷阱。

2.2 “防坠网”的使用

为强化路面井盖设施的安全防护，一方面应采取各方面预防措施尽可能减少路面井盖丢失损毁，另一方面也应加强检查井的补救性二次安全防护措施，以确实保障公众的生命及财产安全。如果能够在检查井的设计及建造时，考虑在井内加装一些二次安全防护设施，一旦井盖丢失或损毁的情况发生，这些预装的安全防护设施就可以发挥应急安全防护的作用，减轻坠井事故对行人和车辆的伤害和损毁程度。建议首先在新建道路检查井建设过程中在井内预装专用防坠网，并逐步对已建成的检查井加装防坠网。目前，西安的一些市政排水管网建设已经安装了安全防护网。济南、哈尔滨等许多城市近年来也开始实施检查井安装“防坠网”的惠民措施，取得了良好的社会效果［2］。

3 数字城管－现行井盖管理的重要模式

自从2004年北京东城区“数字化城管”模式取得成功之后，全国各地众多的大中小城市先后采用了这一套管理模式来实现城市的精细化、现代化的管理，均取得了一定的管理效果。它以网格化管理法和部件事件管理法为精髓。井盖作为城市部件的一部分，在现行的住建部城市部件划分标准中井盖有17种(雨水井盖、污水井盖、上水井盖、电力井盖等)，大约占据了城市部件种类的1/5。井盖管理已经成为数字城管中部件管理中非常重要的一环。数字城管中对于井盖的智能管理主要基于以下三点:

(1)井盖的测绘普查。主要普查井盖的种类、精确地理位置(X和Y坐标)、材质、形状、规格、权属单位、养护单位、使用单位以及现势部件照片，建立完整的井盖信息库，对每个井盖进行唯一编码，颁发“身份证”。这个过程是井盖的数字化、智能化管理的重要依据，为后续管理打下了坚实的基础。

(2)“网格化”管理。将城市建成区按照一定的原则划分为多个万米单元网格，每位城市管理巡查员分配一定数量的网格作为责任区域。城市管理巡查员将统一配置带有GPS定位功能、录音、拍照功能的手机，在所属的责任区域内进行定时巡查，每天至少定时巡查2遍，做到不漏查，不留死角。若发现井盖问题(包括井盖丢失、井盖破损等)后，在第一时间、第一现场将包含该问题的图片、声音、位置、详细内容等各类信息，通过无线网络发送到城市管理监督中心。城市管理监督中心通过受理立案后发至指挥中心，指挥中心将问题派遣到该井盖的权属部门进行处理。井盖权属部门接到派遣通知后，立即派遣人员到现场进行处理，处理完毕后将处理结果反馈给监督中心，监督中心对处理结果核查无误后进行结案。这样一来，城市井盖的问题得到了快速反应，实现了“第一时间发现、第一时间处置、第一时间解决”。平均处理时间大大缩短，井盖问题存在的安全隐患将大大减少。在以上井盖问题的处理流程中，由市政府牵头制定并实施严格、科学的考核评价体系，有效保证了各井盖权属部门对井盖问题的处理效率。

(3)公众热线举报和其他方式的举报。城市管理部门向社会公众开通24小时热线，接听市民反映的城市管理中存在的问题，一旦接到井盖缺损的电话立即转发权属单位补装更换井盖;各产权单位建立接到电话2小时到达现场，8小时内修复的制度;城市管理部门在网站上设置相关栏目，群众反映的有关井盖丢失等城市管理中的热点问题，工作人员都将逐一实时落实答复;另外可以通过电视、网络、报刊等多渠道公开接受市民举报。欢迎广大市民积极反映问题、踊跃参与城市井盖的管理。

4 RFID技术—井盖管理的利器

射频识别技术作为联接物理世界与现有IT系统的桥梁，被公认为21世纪“最重要技术之一”［3］。将RFID技术引入城市井盖管理，相当于给城市井盖加装了“电子身份证”。只要对城市中的各类市政公用设施井盖加贴上电子标签，有关管理人员只需用电子识别器扫描标签，即可明确具体的井盖产权单位等信息。解决了井盖丢失后补装处理时间过长等问题;同时，有关城市市政设施管理部门只要打开计算机管理系统，全部加贴电子标签的井盖是否完好、归谁管理等管理信息就可一目了然，极大地提高了管理效率。

基于RFID技术的井盖管理系统结构图，如图1所示。主要包括射频前端采集系统和服务器/监控系统两部分。其中射频前端采集系统主要采用井盖日常巡查人员手持或车载射频读写器进行走动式巡视和检查的形式，通过读卡器对井盖上固定的RFID芯片进行识别和内容读取，从而对井盖进行唯一识别，这些数据以及读写器的拍照数据通过3G等无线通讯手段实时上传信息系统，以达到对井盖的检查、对井盖事件的实时准确处理的目的。服务器/监控系统主要是通过了与射频前端采集系统进行双向通讯和与数字化城市管理系统等其他外部系统进行无缝双向信息交流，从而实现真正的井盖管理多部门实时联动系统。

图1 基于RFID技术的井盖管理结构图

因普遍用于井盖的RFID芯片价格便宜，一般一两块钱即可，具有大规模实用推广的潜力，国内已有济南等城市已开始尝试将射频识别技术(RFID)等更先进的技术手段应用于城市井盖管理［4，5］。在传统数字城管的管理模式基础上，它取得了更良好的管理效果。

5 基于无线传感器的井盖检测监管系统

近年来，针对城市中井盖丢失频发的问题，国内个别公司尝试井盖缺失检测技术，主要是针对是电力、电信管线井盖，其特点是可以利用自有线路提供电源和信号通道，在井盖背面安装传感装置，检测信号通过有线方式或移动通讯网GPRS或CDMA终端传输到监控中心，不存在溺水或防爆问题，相对易于实现。而城市排水、给水、燃气、热力管线井以及道路泄水井、留泥井等，井盖或水箅形式规格多样，涉及溺水、污杂、高温或爆炸等复杂环境，管井数量巨大而且检测装置布线和供电困难，现时尚无令人满意的技术措施。本文提出了一种基于无线传感器的井盖丢失检测监管系统，如图2所示。

图2 城市管线井盖检测监管系统组织结构

5.1 系统结构体系

整个系统由三个物理部分组成:子域基站与无线传感网，移动通信远程交换网，监管中心局域网。其中，井盖检测传感器包含在子域无线传感网内，如图2所示。

子域基站与无线传感网:以城市道路交汇口为地理核心设置基站，与附近多个井盖传感器构成子域无线传感网，基站随时获取各井盖状态信息。

移动通信远程交换网:连接子域基站与井盖监管中心服务器。子域基站设置移动通讯网传输终端GPRS或CDMA，将子域内各井盖信息转发到井盖监管中心服务器。

监管中心局域网:由井盖监管中心服务器、城市管线GIS服务器、井盖动态监管总站、按管线产权单位划分的管井监管工作站、局域以太网交换机等组成。借助城市管线GIS服务器，管井监管站可在管线地理信息平台上显示辖区内井盖的装备信息、状态信息、故障处理信息等;借助Mobi/Web服务器，通过移动通讯终端或宽带网Internet向现场人员或有关部门发送信息。

5.2 子域无线传感网

子域:以道路交汇口为核心的圆形区域，或一段无分支道路中间的圆形区域。城市道路曲直交错，大量管井无规则分布，通过选择适当的子域半径，道路及周边的管线井盖可以映射在不同子域内，由此进行地理分组与编码。城市包括多个行政区域，每个区域可划分为多个子域。

子域无线传感网:各个管井设置无线传感器，传感器检测井盖状态并通过无线网络接口发送到子域基站。子域内各个井盖传感器与基站构成无线传感网，使用免费频段，网络半径500 m左右。借助子域无线传感网，可减少公用移动通讯网络终端数量，节省公网资源和运行资费。如图3所示。

图3 城市管线井盖无线传感网物理结构

井盖无线传感器:基于微处理器并固化存储井盖产权信息、地址编码等，检测井盖对位状态，生成数据记录，通过无线网络接口发送到子域基站。

5.3 井盖检测装置

管线井盖检测装置包括三个井盖传感器、一个水位传感器和一个无线检测终端，如图4所示。

图4 管线井盖监测装置

井盖传感器采用机械开关或接近开关，当井盖开启或移动时至少可以被一个井盖传感器检测到。水位传感器采用水位开关，当井内积水达到设定高度时水位开关工作。无线检测终端基于微处理器，接受井盖传感器和水位传感器信号，通过无线网络端口向无线传感网基站发送数据信息。整套检测装置安装于管井内壁，旨在避免装置随井盖一起被盗窃。

无线传感网使用ZigBee无线网络芯片和传输协议，单网设计容量255节点，视距传输半径1000 m，传输速率 9600 bps～115200 bps;工作电压 DC5－24V，平均功耗 0.7 W，发射功率 25 dbm;2.4G DSSS扩频技术，抗干扰能力强。针对金属井盖信号屏蔽问题，单独设计井下无线检测终端的射频天线。无线检测终端采用低功耗设计，由高能可充电锂电池供电，可支持1年以上。

城市管线井盖数量巨大而且条件复杂，本设计特别突出了检测装置的适用性、可靠性、功耗、成本造价以及无线传感网覆盖半径等指标，整套系统具有较好的技术性能和应用价值。

6 结语

城市路面井盖管理问题关乎社会民生。井盖管理水平的好坏也反映了一个城市的市政设施综合管理水平，在某种程度上可以说是对承担社会公共管理职能的政府智慧和能力的考验，体现了一个城市或地区的社会整体发展水平。在目前的条件下，要有效改善城市井盖的维护管理水平，仅靠一种先进的技术或者管理模式，仅靠一两个部门的监管是远远不够的，需要建立健全相关法律、法规体制，更需要科学的系统性管理机制和体制的有效保障以及全社会的关注和参与。

［1］赵国陆.济南井盖设施管理法规将修改［N］.生活日报，2012－08－03.

［2］李向红.城市路面井盖管理问题探讨［J］.市政技术，2009，11，27:6.

［3］游战清，李苏剑.无线射频识别技术(RFID)理论与应用［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［4］李苏东，司少先，杨玉坤等.基于RFID/GIS的市政管线资源管理系统的研究与实现［J］.测绘与空间地理信息，2009，32(3).

［5］崔洪涛.基于RFID的地下管线设施地理信息系统的研究与实现［J］.科技信息，2010，17.

［6］王圆圆，张月香，周文.RFID和3DGIS技术在数字化城市管理中的应用［J］.测绘与空间地理信息，2011，6(34).