2024优秀案例丨基于多源数据分析的城市积水智能监测与敏捷响应项目

1概述

近年来，汛期降水频频突破历史极值，防汛压力不断加大，城市内涝成为区域治理急需破解的难点、痛点，然而目前对该类事项的处置方式仍是传统的排水车定点保障，难以及时响应突发积水事件。为此，区城运中心以智慧城市数字底座为支撑，推动信息技术与城市积水应急处置管理和协同服务深度融合，实现积水应急处置的“预警、研判和协同”闭环模式。通过整体现状的详细调研分析，结合经开区防汛管理整体内容，进一步对积水处置流程升级完善，构建“态势总览、监测预警、联动处置、指挥调度”的积水应急处置体系。赋能经开区的城市积水应急处置管理模式的变革：从“所见”到“预判”、从“被动”到“主动”、从“感知”到“闭环”。

2方案技术应用

方案平台选择基于开放式操作系统进行设计，前端采用VUE3.0框架，后端采用Spring Boot框架，采用B/S架构，选用主流语言（JAVA），支持分布式部署，支持系统后续应用拓展，具备二次开发能力，且需要充分考虑今后系统纵向和横向的平滑扩张能力。同时，视频AI算法采用边缘算法提取感兴趣区域获取视频图像中需要检测的积水区域及非积水区域对两个区域进行分割从而作为深度学习神经网络的输入，并且采用区域生长算法根据事先定义的准则将像素或者子区域聚合成更大区域，在进行语义分割以及像素统计的办法，实现积水的面积、水波纹等积水现象的有效识别。

本项目在无锡经开区范围内，拟建设一套城市积水应急处置平台，有效支撑经开区城运中心在积水应急处置、决策、调度和指挥层面的实战能力。建设内容包括：

（一）开发一套城市积水应急处置软件。包括：基础管理、积水应急处置后台、积水应急处置驾驶舱展示功能。

（二）采购及部署视频监控终端设备，拟复用已建设的31个视频点位摄像头，同时拟增补15个积水点位所需的17台摄像头，有效支撑经开区范围内46个积水点位的视频AI感知能力。

（三）完成数据接口开发，实现气象预报、河道水位、雨情、水情、灾情和险情等数据的采集汇聚。

1项目总体建设内容

项目总体建设任务包含硬件部分和应用系统模块两部分内容，整体结构如图1所示。

图1 应用系统模块结构

（一）全面智能感知数据接口开发：统一融合各种积水感知数据，汇聚多源积水数据，打通气象格点预报系统与智慧水务系统实现数据共享，如图2所示。

图2 智能全面感知积水状况

气象格点天气预报数据的感知：无锡市气象局定制开发一个经开区天气格点预报商业数据服务，基于政务外网，无锡市气象局将数据推送到大数据局的数据中心，积水处置应用系统从大数据局的数据中心获取气象预报数据，从打通城市积水应急处置系统与之集成，实现气象预报数据和实时数据的智能感知。可以采取推送或拉取格点预报数据的集成模式。

水务数据感知：智慧水务系统已经实施了无锡经开区人行步道靠近河道的3个测点的积水监控，基于政务外网，实现城市积水应急处置系统与之集成。

河道管网数据数据感知：智慧水务系统已经实施了无锡经开区河道管网数据的测点监控，基于政务外网，实现城市积水应急处置系统与之集成。

积水视频数据感知：基于智慧城市一期数字底座的接口集成各积水点的视频数据和AI积水状态研判数据，并且集成经开区30000+视频数据的上图展示。

（二）实现城市积水应急处置协同响应机制

积水应急处置决策的判断逻辑基于多数据源数据：格点天气预报信息、46积水点位的视频AI积水状态信息和人工巡查巡检上报的积水标尺读数，多种状态逻辑判断，再基于配置的消息模板、告警规则，生成消息推送调度指挥平台去指导处置积水。

（三）实现城市积水应急处置驾驶舱展示

在无锡经开区城运中心的大屏上就数据的展示、事件处置决策、处置资源调度、处置现场指挥等要求构建积水应急处置管理驾驶舱，驾驶舱大屏主要分为三个部分，分别是数据统计概览、地图、积水点位积水视频监控。驾驶舱展示内容图3所示：

图3 驾驶舱

1.数据统计概览部分包括：

（1）未来三天天气数据，根据气象局天气预报数据直观展示经开区未来三天天气情况，支撑积水应急管理，如图4天气概览所示。

图4 天气概览

（2）数据概览，统计当前上图管理的保障点位数量，河道水位检测点数量，当前积水事件数，纳入管理的积水点责任人数量，效果如图5所示。

图5 天气概览

（3）积水事件累积发生次数TOP6，统计发生积水次数前6名的点位。

图6 积水事件累计统计

（4）当日积水事件处理状态统计，主要分为已发生事件数量，当前处理中事件数量，处理完成事件数量。

图7 积水事件当日统计

（5）历史积水事件统计，按照预警等级统计事件处理次数。

图8 历史积水事件统计-按预警

（6）已纳入监测管理的河道水位过去三天变化趋势图。

图9 河道水位趋势分析-3天

（7）易积水保障点位历史积水时长统计图。

图10 积水时长统计

2.地图区域：

地图区域按照积水保障等级区分展示积水点位（一级保障点位：红色、二级保障点位：橙色、三级保障点位：蓝色、12345热线积水诉求多发点位：绿色）以及河道水位（紫色图标）。已实现无锡经开区46个易积水点位上图、已有视频监控的31个点位的视频利旧接入，易积水点位单兵、责任人融合通信、电话通信。当积水点位发生积水预警时，按照积水预警等级在地图上突出显示报警点位，并且在地图右上角滚动显示当前积水预警清单（蓝色：0-10分钟、黄色：10-20分钟、橙色：20-30分钟、已发生：大于30分钟）。地图左上角可以选择显示地图上要展示的信息，包括积水点位、河道水位、整个经开区30000+的全量视频、社区网格员、雨水管网图等。

图11 驾驶舱-地图展示

当点击积水点位时，弹出点位信息菜单，显示点位信息以及积水状态信息，并且提供该积水点位的历史积水数据查询、视频监控、融合通信功能。

图12 点位信息-负责人

图13 具体点位监控

3.积水点位积水视频监控：

积水点位视频监控部分按照分页分等级的布局展示道路积水的实时情况。

图14 积水点监控

2 硬件部分建设

（一）终端系统建设

建设15处无视频监测点位的视频监控终端，全面覆盖积水点水位视频AI感知。无视频监测点位共计15处，勘察现场情况如下：

表1无视频监测点位

（二）易涝点附近有监控点位

表2 利旧监测点位

经现场勘察，附近点位对原有设备进行利旧，利用原有监控画面进行易涝点分析，共计31个点位。

3 部署架构

如图15所示，城市积水应急处置系统部署在政务云上，政务云为该系统提供云基础设施（管理系统需要的存储、计算和网络资源）。应用系统分别部署到2台一主一备的应用服务器中，确保满足应用服务的高可靠性。

图15 部署架构

4实施机制

项目实施机构的设立遵循统一领导、分工明确、职责清楚、层次分明、同时又能协调配合的原则。

建立主要领导责任制，成立经开区积水应急处置信息化工作领导小组，统筹推进积水应急处置项目建设。制定工作推进实施方案，落实组织机构、人员、经费和场地，建立健全配套体制机制。

为此，经开区城市积水应急处置指挥部将设主要负责同志为项目建设领导小组组长，项目建设领导小组办公室负责管理项目的实施工作。并且根据项目实施分工，划分软件实施组以及硬件实施组，软件实施组主要负责系统平台搭建，驾驶舱展示开发，硬件组负责网络搭建，摄像头安装实施以及视频AI算法集成。项目实施组织机构如下图所示。

图16 组织架构

首先，从气象、水务、视频和人工巡查等多渠道全面感知城市积水状况。在城市积水事件处置方面，从以往的先积水后发现、人员巡查积水后协调处置到利用AI智能算法主动、自动地积水预警并集中统一发起处置调度的创新变革，让积水事件处置更加主动高效，人员力量投入更低。

其次，通过对各积水点的气象预测，可优化调度指挥积水处置资源，将优先级高、风险大的积水点配备合适的处置资源，提高有限的处置资源的执行效率。基于对积水点气象预测，全过程的动态且更优化的调配积水处置资源，提高积水处置效率。

最后，通过对城市内所有的积水点、视频监控、水务信息和人工巡查信息进行统一调度和一体化管理，形成成熟的人机联动协调机制，实现科学高效的事前预处理、事中管理调度和事后科学重建的有机统一机制，赋能智慧城市管理建设的协调发展。最终赋能经开区的城市积水应急处置管理模式的变革：从“所见”到“预判”、从“被动”到“主动”、从“感知”到“闭环”。

近年来，由强降雨引发的道路低洼处、下穿式立交桥和隧道产生大量积水的现象时有发生，给人们的出行带来很大不便，严重时甚至会造成人民生命、财产的重大损失。

本项目的建设将带来如下价值和意义：

1.提升积水感知能力

从气象、水务、视频和人工巡查等多渠道全面感知城市积水状况。对积水动态监测及自动预警，为政府防汛决策部署提供辅助支撑。基于气象预报信息和实时信息，对积水点实施预报，提前预报积水风险，给积水处置提供支撑和时间保障。

2.提升积水管控能力

通过对各积水点的气象预测，可优化调度指挥积水处置资源，将优先级高、风险大的积水点配备合适的处置资源，提高有限的处置资源的执行效率。基于对积水点气象预测，全过程的动态且更优化的调配积水处置资源，提高积水处置效率。

3.赋能智慧城管

通过对城市内所有的积水点、视频监控、水务信息和人工巡查信息进行统一调度管理，形成人机联动机制，实现科学高效的事前预处理、事中管理调度和事后科学重建的统一机制。赋能智慧城市管理建设的协调发展，推进从“所见”到“预判”、从“被动”到“主动”、从“感知”到“闭环”。