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城市生命线工程安全运行云服务平台研究

城市公共安全以保障人民生命财产安全、经济社会系统的持续运行和社会安定有序为核心目标。通过城市生命线安全运行监测物联网及NB-IOT广覆盖和低功耗的通信技术，建立全过程、全天候、立体化的城市生命线安全运行监测系统，实现多源传感器信息采集融合，运用城市生命线监测数据与空间地理信息云融合技术，研发基于大数据、云计算的城市生命线安全运行监测云平台，提高城市生命线工程信息获取、模拟仿真、预报预测、风险评估的能力，实现城市生命线系统风险的及时感知、早期预测预警、和高效处置应对。

2.1云服务平台构建体系

城市生命线工程安全运行云服务平台的构建主要包括（如图1所示）：

（1）通过NB-IOT技术，解决了城市基础设施大规模进行物联网感知部署所面临的通信难题。NB-IOT技术的低功耗、高覆盖、大容量等特点分别解决了通信电池长时间供电、地下管网或窨井无信号和高风险区域高密度布点等问题。

（2）通过城市生命线安全运行监测系统数据云架构，汇入城市生命线前端海量监测数据、基础数据和第三方数据，构建城市生命线工程安全运行资源池。通过实时处理、分析挖据，实现实时监测、预测预警、风险评估、综合研判、决策支持、协同处置等功能与应用。

（3）通过城市生命线安全监测大数据与空间地理信息云融合技术，形成物理世界和信息世界的情景信息感知和空间汇集融合，将所有城市所需的资源数据按图层化精确展示，实现可度量、可查询、可视化、可圈选的全景态势功能。

（4）通过城市生命线安全运行云平台，提供丰富、有价值的城市公共安全专业服务，形成城市群多因素综合风险评估和城市群跨区域信息共享与处置联动的城市安全综合防控能力。

图1 城市生命线工程安全运行云服务平台构建体系

通过突破NB-IOT的城市生命线安全运行监测传感信息融合技术、基于云架构模式的城市生命线安全运行监测技术、城市生命线安全监测数据与空间地理信息云融合技术、城市生命线安全运行云服务平台构建技术等关键技术，形成“数据+模型+共享”的城市生命线安全运行监测系统（如图2所示），为城市生命线安全管控提供科技支撑，构建系统性、现代化的城市安全保障体系，实现城市生命线安全管理由“以治为主”向“以防为主”转变，由“被动应付”向“主动监管”转变。

图2城市生命线工程安全运行云服务平台技术方案

2.2基于NB-IOT的城市生命线安全运行监测信息物联感知

NB-IOT具有广覆盖、低功耗、大容量、成本低的特点。NB-IOT技术解决了城市基础设施大规模进行物联网感知部署面临的瓶颈。利用监测仪对桥梁、燃气管线、供水管线等现场设施进行监测，通过NB-IOT技术将监测数据快速传回数据中心，构建桥梁，燃气、供水和管网等可靠、高效的监测和数据传输网，实现实时监测、全面感知（如图3所示）。

图3 NB-IOT传输原理图

2.3基于云架构模式的城市生命线安全运行监测

云架构模式（如图4所示）由数据采集层、数据存储层、数据应用层三部分组成，通过多源数据异构融合技术、异构数据并行处理技术将异构数据以多个接口录入数据储存层，利用分析与挖掘技术，通过长期追踪、关联分析、趋势预判等方法，形成数据层次化业务链。运用多层级的特征监测、异常判别、预测预警、应急决策的关键模型与技术，构建融传感、传输、识别、预测、决策、指挥等业务为一体的信息双向传输的智能互联网络，形成统一管理和调度的服务资源池。

图4城市公共安全数据资源池

2.4城市生命线安全监测数据与空间地理信息有机融合

通过空间地理信息融合技术，不仅解决公共安全大数据的时空关联问题，也为挖掘大数据的深层次信息提供了新的手段和思路。城市生命线安全运行监测云服务平台将监测数据与空间地理信息技术进行融合，研究城市生命线安全监测时空大数据驱动的颠覆性应用模型，构建时空大数据基础理论与方法体系，通过体系结构设计、技术规范制定、地理数据和信息处理工具的研制，接入遥感影像、城市三维模型、人口信息、建筑信息等地理信息，形成物理世界和信息世界的汇集融合，将城市所需的资源数据以图层化精确展示，具有可度量、可查询、可视化、可圈选的全景态势功能。

2.5城市生命线安全运行监测云服务平台构建

云技术借助服务器强大的计算能力，构建多个虚拟服务器，而每一个虚拟服务器，从功能、性能和操作方式上，基本等同于传统的单台物理服务器。基于虚拟服务器，面向客户定制化计算内核和内存、操作系统、应用程序、网络连接和带宽、防火墙需求，实现了从传统单个物理服务器承担至虚拟机的过渡。云服务平台（如图5所示）主要有：基础设施即服务层（Iass）、软件即服务层（Pass）、平台即服务层（Saas）三层组成，通过在云环境下分布式、多尺度、多时相监测信息的冗余存储、加密互联网传输、并行处理、在线同步与泛在服务等关键技术，开展泛在网络数据挖掘、空间序化、信息融合与可视化分析，形成多源海量综合信息快速集成与融合、分布式多维空间信息高效索引、大数据环境下的时空监测数据研判等服务能力，提供可无限扩展、按需提供、及时获取、安全可靠的精细化管理云服务。通过云服务平台，拓展跨区域和城市群之间信息共享和处置联动，提供丰富、有价值的城市公共安全专业服务。

图5城市生命线工程安全运行监测云服务平台

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云服务平台应用

城市生命线工程安全运行云服务平台系统目前已在合肥市等地应用，融合了桥梁安全运行健康诊断系统、燃气管网相邻地下空间安全监测系统、供水管网安全监测系统等城市生命线工程监测系统。平台系统由城市生命线工程安全运行监测中心运营（图6），每天实时采集与分析30多亿条数据记录，通过实时监测和大数据分析成功发布燃气泄漏事件预警8起，供水爆管风险预警5起、超载车辆预警97起，有效保障了城市生命线工程的安全运行。

图6城市生命线工程安全运行日常监测

通过与北京市热力集团合作，城市生命线工程安全运行云服务平台系统正在北京市热力管网进行应用示范，2020年将逐步达到热力管网安全运行监测全覆盖。通过基于对热力管网温度、压力、流量等要素的安全运行动态监测技术，以北京热力管网的建设和运营管理为突破点，研究热力管网运行监测和预测预警关键技术，突破热力管网运行风险的准确识别和泄漏预测与定位等关键技术，建立热力管网运行风险的评估模型，实现热力管网运行状态的在线监测，形成完整的热力管网运行故障应急辅助决策处置策略，有效预防热力管网安全事件，预防因热力事件导致的人员伤亡、财产损失，保障城市运行安全，提高城市精细化运行管理能力。

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结论与展望

本文提出了城市生命线工程安全运行监测共享云服务平台的构建方法和技术体系，形成统一标准和统一管理模式，实时分享事故发生造成的数据变化，利用大数据分析与挖掘技术，通过长期追踪、关联分析、趋势预判等方法，提供日常监测、评估预警、辅助决策和能力共享等综合服务能力，实现全方位、全天候的感知监测，形成城市生命线工程安全运行监测信息共享、协同处置的高效机制，将为城市生命线整体安全保障提供支撑，全面服务于市政府、市应急办、市建委、市交通局、市政管理处、市公路局、市排水办、市热电集团、市供水集团、市燃气集团等相关单位和部门，极大提升了城市生命线安全运行精细化管理水平，为北京市运用新技术在城市生命线精细化管理中提供技术支撑。返回搜狐，查看更多