新技术条件下的城市安全系统设计

马慧 郭嘉昒 邓俊 钟伦超(. 成都工业学院 材料与环境工程学院，四川 成都 670；. 四川科技职工大学 公共安全研究中心，四川 成都 600；. 清华大学 深圳国际研究生院，广东 深圳 58000)

0 引言

城市安全问题不仅与广大人民群众的生命财产与健康安全息息相关，还影响着中国社会的可持续发展，具有重大的经济与政治意义[1]。城市运行安全涉及到能源、电力、交通、水资源、通讯等方面[2]，本文主要基于新技术条件，从交通运输、水安全、城市管网、以及无人机通讯系统等方面设计出一套较为合理的城市安全系统。

1 城市安全系统

1.1 道路运输运行监测管理系统

道路运输的安全高效运行，对保障我国国民经济健康稳定发展、降低社会物流成本具有重要意义[3]。本文设计的道路运输运行监测管理系统主要由道路运输运行监测子系统及GPS车辆监测子系统构成，包括客运站动态监测预警、客运站运行情况动态监测、客运场站信息管理、车联监控管理、动态轨迹管理、安全审计等多个方面的应用，能明显加强对城市公路运行状态的实时监测和分析的能力，实现城市交通基础设施的可视、可测、可控，实现城市道路运输安全应急“重点掌控，及时预警，快速反应，有效处置”。

道路运输运行监测管理系统通过公路路网运行监测管理、实现对交通事件多发、自然灾害频发、特大桥梁、特长隧道、重要垭口、季节性易拥堵路段等路段和风险源的重点监测，运用物联网技术，通过视频监控、交通量信息获取、路网环境及运行状态信息获取、设备管理、安全预警，能够显著提高行业运行动态监测能力，有效提升事故灾害的预防能力。

1.2 水环境安全在线监测管理系统

众所周知，水是生命之源，水环境安全关系到城市居民千家万户的日常生活的方方面面，确保城市水安全是环境保护与城市管理的重中之重[4]。随着中国城市化工业进程的不断加快，各种工业废水排放日益增加，对各地区水域造成严重污染[5]。如何有效对水资源进行有效监管与实时监测就成了各国政府、企业以及科学家们研究的重点领域。近些年来，各种无线通讯技术迅猛发展，各种高效低成本的物联网无线通讯技术诸如GPRS、ZigBee、LoRa、Bluetooth等得到普及应用[6]，使得通过物联网技术对水安全进行实时高效监测与管理成为可能：将监测水域的电解质/浊度/水温/PH值/等传感设备的数据实时传递到平台，平台提供趋势分析、报警、及时提示等功能。

本文设计的水环境安全在线监测管理系统主要由供电设备、数据采集传感器、云端服务器、预警图像仪、预警通知设备以及终端管理平台等组成。具体来说，在无市政电力接入区域，系统的供电设备主要采用单晶硅太阳能板供电，通过光与热的转换，不产生二氧化碳排放，属于清洁能源。数据采集设备采用高精度传感器、采用高性能DSP对系统前端采集到的传感数据进行处理，尽可能降低误差，提高可靠性。系统支持的传感器主要有PH传感器、水温传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、电解质传感器等各种水质传感器。预警通知设备主要由高音喇叭和高亮LED屏组成。当传感器值超过系统设定限值时，系统管理者可以在接警中心对采集现场进行远程广播，及时阻止水污染进一步恶化，同时LED屏显示水污染现场情况。预警图像仪主要采用高清红外网络摄像机，并可与各种传感器连接，按传感器报警提示进行图片抓拍或通过系统设置拍照时间进行抓拍、摄像，可采集现场监测设备检测到的数据信息，并通过Internet网络或移动通讯网络将现场信息以图片或视频等形式传送给云端服务器，直至终端管理平台及手机app，实现水环境实时监测预警与智能化管理。

1.3 供水管网在线检测管理系统

一般而言，城市的供水系统，不仅包括水源、水库、净水厂、管道、泵站等，还包括向城市千家万户输送水的配水管网，它不仅满足广大人民群众的日常饮用和其他生活使用，还要保障消防用水等各种应急状况的使用[7]。城市的供水系统和市政电力、燃气、交通运输、排水系统及通讯等系统组成了城市运行赖以生存的生命线系统，它们的受损甚至破坏将会引发整个城市运行的瘫痪或部分瘫痪。因此，确保城市供水系统的安全可靠运行，是保障广大人民群众的基本生活、保障城市正常运行的一个重要内容[3]。在某种程度上可以说，城市供水管网能否安全稳定的运行，将对广大人民群众的基本生活乃至城市经济社会发展产生重大影响。近年来，设计、建设保障城市供水管网安全稳定运行的系统逐渐成为城市管理者面临的一项紧迫课题与挑战。

本文设计的供水管网在线检测管理系统通过远程终端控制设备实时采集管网流量、压力等数据，通过无线通讯网络将流量计、压力分析仪、水质分析仪、阀门等数据传输送至监控中心，监控中心通过对各种监测数据的接收、储存以及分析处理，根据系统设定参数远程控制各种阀门大小或泵的启动停止，生产各种监测数据列表、报表以及对比曲线图以供评估和决策。

1.4 燃气管网在线检测管理系统

近年来，随着我国城镇化进程的加快，城市建设取得了日新月异的巨大进步，但是城市燃气管网的安全隐患与问题日益增多。毋庸置疑，城市燃气管道的安全稳定运行对城市经济社会发展与人民群众的获得感、幸福感皆具有重要意义。全球对城市燃气管网的安全运行日益重视，并进行了大量的研究[8]。本文针对燃气管网在线检测设计了燃气管网在线检测管理系统，该系统利用移动通讯网络，将分散在各处的燃气管网监测站点的流量、压力、温度等信息实时传送到监控中心服务器，形成以监控中心为核心辐射整个管网的分布式监控网络，使在线监测不存在盲区。实时与所有远程站点进行数据通讯，数据采集、传输每天24小时不间断。并通过管网静态和动态仿真，可按需求在屏幕上直观显示燃气输配系统管网总图，区域图，工艺流程图等。当现场数据超越系统设定的限值时，系统将自动生成报警信息，计算机终端会出现明显的报警画面和报警信息，终端模拟屏上的相应数据会以闪烁、变色等多种形式提醒监控人员，同时可以提供声音、短信报警等提示手段。还能够通过无线通讯网络将相关报警信息以短信等方式及时、准确通知到相关操作人员，使他们可以随时掌握第一手安全信息，及时地将各种安全隐患消灭在萌芽状态。

1.5 无人机通讯系统

无人机作为一种飞行机器人，不仅在军事上可用于监视、侦查等用途，而且在航空测量、摇感勘探、交通监控、环境保护、灾情检测等民用领域得到了广泛的应用[9-10]。采用无人机通讯系统，不仅能够实现空中指挥，还可以执行空中图像采集与传输、空中监视于取证等多种任务，通过与各种地面技术装备相配合，能够实现监视范围广、取证方式多样、行动执行能力更强等目标。

无人机通讯系统主要由无人机飞行器、遥控器、地面接收站三部份组成。无人机飞行器搭载高清专业摄像机，将拍摄到的图像通过微型高清微波发射器，将图像传输到地面接收站。经过地面微波图像系统或无线路由设备，将高清图像传送至控制中心。通过无人机通讯系统与以上各子系统的有机结合，可以全面提升处理处置城市运行中各种突发事件的能力，为城市运行安全、应急管理与救援提供有力保障。

2 结语

新技术发展如火如荼，其应用领域逾发广泛，城市安全是城市发展的基本保证和必然要求，将各项新兴技术与安全管理相结合，必将极大提高安全管理效率，提升城市安全管理水平，推动我国城市经济社会又好又快发展。