基于传感器技术的智慧城市管理云平台研究

刘洲峰 金 鑫 陆 漫 徐敏杰 陈存广

（1、中原工学院，河南 郑州450007 2、河南威果智能科技有限公司，河南 郑州450001 3、哈尔滨中科盈江科技有限公司，黑龙江 哈尔滨150000）

在近十几年来的城市管理实践中，越来越多的城市认识到传统城市管理体制机制的弊端：城管问题信息传递不及时，监督与管理被动滞后；专业管理部门职责不清，条块分割，管理缺位；管理方式粗放，习惯于突击式、运动式管理；缺乏有效的监督和评价机制，问题处置效率和质量相对低下。为了解决传统城市管理的弊端，城市管理建设引入了信息化技术、感知技术、物联网技术、大数据技术等，各类新型数据源也不断涌现，对城市管理的数字化和信息化建设范围和规模在不断扩大，传统大量依靠主观经验的决策逐渐建立在了基于据的理性分析之上。日益多元的城市功能提升与城市空间集约利用、城市安全需求与城市数字化建设步伐滞后之间的矛盾突出，表现为：缺乏城市数字化建设所必须的政府部门间信息共享与服务机制；缺少以政府管理需求为目标的部门间统一的信息服务集成平台；缺少针对城市及城市群的无缝监测系统；结构化城市及网络化城市群的信息共享、功能协调发展缺少必要的技术支撑；尤为突出的是对数据的分析处理能力严重不足，仍停留在简单的统计分析阶段，大数据的知识发现能力未能得到体现。相关技术发展难以满足城市功能提升中的成果实用化、技术集成化、监测精细化、管理智能化、信息一体化、响应快速化要求。

本论文将基于智慧热力应用平台、智慧燃气应用平台、智慧环保应用平台、智慧水务应用平台、以及智慧安全应用平台，充分利用地下管网（燃气、热力、供水）、工业生产以及环境监测等传感器技术方面的行业优势，按照资源整合、开放共享的原则，建设面向智慧城市管理的云平台。主要创新点如下：a.构建基于开放标准的智能物联感知服务层（MaaS），便于设备类型扩展和功能增加，形成支持主流物联网操作系统的接入能力。b.融合传感器信号处理信息、数据融合技术、大数据分析技术、可视化技术、云计算技术等对数据进行处理和分析，实现对重点企事业单位及社会公众提供数据共享服务。c.以各类开放标准为基础，形成城市地下管网及城市重要区域运行状态感知、监测、控制等数据标准和语义规范，为第三方服务接入、数据共享提供支撑。

1 传感器研究

传感器是能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。本文重点研究气体传感器的技术路线，传感器产生的电信号经电子线路处理、放大和转换后，实现气体含量的显示和报警。可见，传感器是气体检测报警仪的基础的、核心部件，它的优劣一定程度上决定了气体检测报警仪的质量和功能指标。

1.1 电化学传感器的工艺路线

电化学式气体传感器由贵金属催化电极、铂丝引线、气体传感器外壳、电解液及其它辅助材料组装而成，所用材料中贵金属催化电极、电解液为自加工配套生产，铂丝引线、气体传感器外壳为外部购件。技术特点包括：1.1.1 采用碳- 钨合金作催化剂，利用铂做表面修饰等技术，提高了电化学式气体传感器的灵敏度；纳米技术的应用改善了催化剂的分布状态，加快了电化学式气体传感器的响应回复速率，提高了稳定性；1.1.2 采用铂- 钌合金作催化剂，金属溶解法制备载体金属的微缺陷及丝网印刷等技术制备催化电极，使电化学式气体传感器具有灵敏度高、稳定性好、使用寿命长等优点；1.1.3 运用独特的贵金属担载技术，以在超高温惰性氛围中处理的石墨为载体担载金的方法制作电极，使电化学式气体传感器具有灵敏度高、稳定性好、使用寿命长等优；1.1.4 采用丝网印刷工艺制备电极，提高了电极尺寸的一致性和电极的强度，使催化剂的分布更均匀，提高了元件的稳定性。采用价格低廉、物理化学性质稳定的磺化聚α- 甲基苯乙烯制固体质子交换膜，延长了质子交换膜的使用寿命，辅以偏心结构的创新设计，有效解决了电化学式气体传感器的漏液问题，提高了元件稳定性，延长了使用寿命。

1.2 气体探测智能终端工艺路线

本文气体探测智能终端由传感器模块、电源板或电源模块、主板和仪表壳体组成。气体传感器通过接插件连接到主板上，以提供数字的检测信号；电源板通过导线连接到主板上，为主板提供电源。气体探测智能终端的生产工艺包括以上四大组成部分的生产和装配成品的处理，主要包括以下工序：1.2.1 电路板送制板厂制板，加工机械部件，购买电子元件和机械零件；1.2.2 电源板装配：将电子元件焊接到电路板上，并安装相应的机械部件。1.2.3 嵌入式系统写片操作：程序员将编译好的探测器程序通过编程器写到电路板的嵌入式系统中。1.2.4 主板装配：将电子元件焊接到电路板上，并安装相应的机械部件及经写片的嵌入式系统。1.2.5 传感器处理：对气体传感器进行必要的处理，如添加保护壳等。1.2.6 检测仪的装配：包括连接传感器和主板、连接主板和电源板、并将其装入机壳。1.2.7 检测仪处理：将装配好的检测仪进行老化和标定。标定过程先加电，手动控制测量气体浓度，反复试验调整直至达到设计要求。1.2.8 成品检验合格后进行包装，然后入库。

2 管理云平台设计与结果分析

基于传感器技术的智慧城市管理云平台的实质是利用先进的数据挖掘技术，实现城市智慧式智能化管理，为市民创造安康和谐生活，促进城市的绿色健康发展。建设智慧城市已成为当今世界城市发展不可逆转的历史潮流。

2.1 水力模型：通过数采仪、无线网络、水质水压表等在线监测设备实时感知城市供排水系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合水务管理部门与供排水设施，形成“城市水务物联网”，并可将海量水务信息进行及时分析与处理，并做出相应的处理结果辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”的状态。水力模型是智慧供水平台的决策大脑，是看清管网运行工况的眼睛。

2.2 排洪模型：防洪排涝信息管理系统实现基于虚拟仿真技术的防洪排涝设施的浏览和查询。 功能实现实时绘制区域内的三维城市景观、防洪排涝设施及其运行状态、任意飞行漫游洪涝扩散模拟和灾害评估、三维实体统计查询，让防洪排涝数据直观、真实、实时的展示在决策者面前。根据SCADA、检测、人工巡查等数据，通过排洪模型大数据分析，形成对未来预测的，排洪模型通过GIS 展现到客户端，对排洪工作安排，决策人力部署提供了有效的支撑。

2.3 物联综合平台：全国设备管控总览。管理管控，全国各地，不同行业、区域的物联设备情况，发现问题及时处理。

3 结论

建设基于传感器技术的智慧城市管理云平台可以大幅度推动物联网、大数据、云计算等现代信息技术在城市基础设施运营中的应用能力和水平，实现全面感知和精准分析，以运营管理的灵活性和高效性弥补物质建设的各种不足，使城市供水、供热、供气等各类基础设施的运营模式由经验驱动变为数据驱动，管控模式由事后处理变为事前数据预判。同时，也推动相关运营商改变旧的服务模式，由被动变主动，有效提高城市管理和服务水平、安全水平。