智能消火栓和智能给水井盖的建设

文｜张敬琳 吴娅

深圳市深水龙华水务有限公司通过线上和线下结合、人工和自动化技术结合的双结合的方式对城市消火栓和窨井情况进行实施监测和管控，实现数据融合、自动预警、智能分析、闭环管理，问题归零管控、辅助决策的先进作业模式，实现隐患“实时监管、即时维护、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隐患。

一、建设内容

基于传统消火栓和井盖管理所存在的问题和挑战，结合打造智慧城市需求和物联网发展思路，计划建设最新一代的智慧消火栓和智慧井盖监控管理系统，让每一个消火栓和井盖都变成智慧的大脑，成为未来智慧城市的“管理专家”。

（一）智能消火栓

智能消火栓利用物联网和边缘计算、5G技术对消火栓的水压、用水情况进行远程监控，采用边缘计算技术，对非法用水情况人工学习和智能分析，能够根据消火栓水流速度或者阀杆旋转角度，对出水量进行计量，能够根据数据规则发现消火栓水压低于或高于阈值、非法用水、消火栓被撞倒等事件，系统立即通过NB-IOT 或GPRS、4G、5G 等通信手段，将事件及对应数据上传云平台，云平台通过工单流转的形式对事件进行跟踪处理，通过移动APP等手段实时通知相关管理人员，实现问题事件的闭环管理。

（二）智能井盖

采用传感器技术、GIS 导航技术、计算机网络技术、人工智能以及5G 技术，提升和优化传统的物联网模式，有效解决以往窨井盖监控所遇到的通讯问题。智能井盖采用智能传感、5G 窄带蜂窝物联网、云计算等技术，通过信息化技术与井盖紧密结合，构建物联网平台，从而实现对井盖的数字化管理,建立一套科学完善的井盖监督评价体系，实现现有资源的共享，提高城市综合管理的效率和水平。智能井盖功能主要覆盖以下几点：1.能够对井盖的状态进行实时的监控，当出现开启、位移、倾斜、丢失等异常状态时，可以及时通知警报；2.能够通过电子密码锁等设备进行井盖管理，对井盖和管道资源进行保护；3.能够对井内情况进行实时监测，实时掌控井内气体成分、水质、水位、温度等多种因素，出现异常可以及时发出警报；4.完整成熟的智能井盖监测系统，实现对井盖的统一管理，解决传统管理方式带来的痛点。

二、建设亮点

（一）智能消火栓建设

1.功能创新

为了满足本项目的应用和场地需求，智能消火栓实现了诸多创新功能，具体如下：（1）水量监测——消火栓能够感知水位的开关量、水压和持续时间，并且能够通过这些参数进行水量监测计算；（2）撞到监测——倾斜度超过450，实时报警；（3）非法用水监测——当水位开关发生变化有水流出时，实时报警；（4）低功耗——休眠电流≤10uA；（5）无水报警——无水时，实时报警；（6）二维码管理——每一个消火栓都以二维码形式赋予唯一ID，可使用ID 在平台内提取位置、设备、历史记录等信息。

2.边缘计算

在本项目中，智慧消火栓利用边缘计算能力对流经消火栓的水量进行智能监测。消火栓能够感知水位的开关量、水压和持续时间，利用边缘计算基数，根据水位开关量、水压、持续时间计算用水量，用水量超过5 吨时误差小于10%。

消火栓有一个异常情况存在就是消火栓的前端的阀门关闭，导致消火栓水压正常，但是在发生事故时无法正常出水。针对这种情况，对消火栓的水压数据利用机器学习的方式进行训练，训练出这一异常事件的数据规则，并且将该规则下发给智能消火栓，使得消火栓能够自动发现在一定期间内，水压值符合要求但水压不稳的异常情况，并且实时报警。

同样的技术我们还将其应用到水压渐变报警功能上，使得消火栓能够利用边缘计算技术智能分析出消火栓在一定期间内，水压值符合要求但水压线性下降的异常情况，并且实时报警。

3.5G 技术应用

智能消火栓采用5G 无线技术进行数据传输，利用物联网监测消火栓的水位的开关量、水压和持续时间，倾角等参数，并且通过5G无线网络快速、准确和可靠的传输至云平台。云平台也可通过5G 网络下发数据规则给智能消火栓，消火栓利用边缘计算对数据异常进行自主判断，上报告警信息。

（二）智能井盖建设

1.硬件方面

设备可实现24 小时全天健康安全监控，低功耗设计使设备在平时处于深度休眠状态，设备可以在线进行参数更新，优化的天线设计以及信号传输功率可以保证在铸铁井盖下信号可完美传出。

2.软件方面

Web 端：设备后台能24 小时监测并展示前端设备的状态信息，当前端设备检测到的状态值超过预设阈值时提示预警信息并上报至中心平台；通过后台授权处理，解决员工施工时智能井盖传感器误报问题；后台能实时监测到全城各网点的状态信息，并对数据异常的点位通过PC 弹窗或者手机APP 信息推送进行告警提醒；可以对巡检人员进行任务指派、巡检记录与巡检轨迹管理，实时掌握巡检人员动态和辖区内井盖巡检状态；通过系统所采集到的信息，后台还能做大数据分析处理；提供Websocket、HTTP 等标准协议接口，根据需求进行接口定制开发。

APP 端：系统APP 支持android、IOS 终端，同时还支持Web 后台管理。主要应用于设备的安装登记、告警信息的跟单处理、设备网点地理位置展示、智能巡检及导航追踪。

（三）管理模式创新

深圳市深水龙华水务有限公司通过线上和线下结合、人工和自动化技术结合的双结合的方式对城市消火栓和窨井情况进行实施监测和管控，实现数据融合、自动预警、智能分析、闭环管理，问题归零管控、辅助决策的先进作业模式，实现隐患“实时监管、即时维护、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隐患。通过将以往完全依靠日常现场巡检的（如消火栓）监督管理性质的工作，经过信息化、智能化的技术改造，转化为以远程监督管理为主、现场巡检作业为辅的形态，大大提升工作效率，减少人力费用，相关管理部门可从时间、人力消耗极大的日常事务中解脱出来，将更多精力放在宏观性的全局管控上。

深圳市深水龙华水务有限公司建立给水井隐患分级标准和分级管理机制，根据供水窨井的深度、积水深度和井室气体状况，按照其危险程度由高到低将供水窨井分为4 级，分别对应红、橙、黄、蓝四种警示颜色，按照级别制定不同的巡查和维护频次，实现供水窨井的分级维护管理。通过供水窨井分级，切实了解其危险程度，根据分级加强窨井维护管理，有效降低风险，提高管理效率。

三、建设经验

像消火栓和井盖这样平时看似简单的设备，很容易在工作中被忽视。但是在全面的传感器监控和数据挖掘分析之下，这些看似简单的设备的运行状态其实能展现出许多故障和隐患的信息和线索，利用云计算、边缘计算和人工智能技术对这些数据进行数据治理和大数据分析，就会发现供水网络中的故障和隐患。我们的员工在智能消火栓和智能井盖的建设过程中也逐步形成了对这些看似简单的基础水务设施的敬畏之心，端正了工作态度，更加深入地了解到水务工作中无论事务巨细，都应认真、严肃对待。

利用5G 技术广连接、低功耗、万物互联、海量数据等特性，传输层利用高速高可靠性等特性，可将水务工作中的各种部件智能感知和广泛连接，为智慧水务做好数据源基础。

人工智能、边缘计算和大数据等先进技术的应用可以将我们在日常工作中积累的工作经验转化为数学模型，使得管理系统也具有智能处理能力，相关人员可从时间、人力消耗极大的日常事务中解脱出来，大大地提升了工作效率，节约人力。

线上和线下结合、人工和自动化技术结合的双结合的工作管理方式对城市消火栓和窨井情况进行实施监测和管控，实现数据融合、自动预警、智能分析、闭环管理，问题归零管控、辅助决策的先进作业模式，实现隐患“实时监管、即时维护、智慧管理”，有效控制城市消火栓和窨井引致的公共安全隐患。