城市生命线安全风险监测预警系统建设研究

城市生命线安全风险监测预警系统建设研究

胡详文

天津市政工程设计研究总院有限公司，天津，300392

摘要：城市生命线是城市建设及运行中的重要基础设施，对城市稳定运行具有举足轻重的作用，通过分析其安全风险特征及现阶段管理上存在的典型问题，有针对性的提出了安全风险监测预警系统在各类城市生命线设施系统中的具体应用场景，分析总结了主动安全的安全风险监测预警系统建设的关键技术。

关键词：城市生命线 安全风险 主动安全 监测预警

0 引言

当前我国城镇化率不断提升，城市建设快速发展，带来了城市管理的新挑战。我国城市管理政策经历了从初创探索、制度建设、技术革新、数字转型及智慧治理等多个阶段。从网格化、数字化到智慧化的进化，技术创新为城市管理提供了新工具，也为实现城市管理精细化提供了可能[1]。城市管理中一项重要的工作是实现城市风险的防范与化解，随着智慧城市的发展，城市应急管理也进入了智慧化时代[2]。

近几年来，从中央到地方大量出台关于城市安全建设发展的政策文件。例如《关于推进城市安全发展的意见》提出深入推进城市生命线工程建设，积极研发和推广应用先进的风险防控、灾害防治、预测预警、监测监控、个体防护、应急处置、工程抗震等安全技术和产品。2023年，住建部召开的推进城市基础设施生命线安全工程现场会指出推进城市基础设施生命线安全工程，通过数字化手段，及早发现和管控风险隐患，切实提高城市安全保障能力、维护人民生命财产安全。相关政策引领对城市生命线的智慧化建设起到了积极的推动作用，将会有更多的科技创新与城市管理融合，而真正将科技手段落实到城市生命线安全风险监测预警场景应用是未来城市建设的重要课题之一。

1 风险分析

城市生命线是指承担着支撑城市正常运行的物质和能量的载体，主要包括城市地下的燃气、供水、雨污水、热力和电力等管线以及近年来发展的地下综合管廊[3]。灾害系统论认为灾害是由承灾体、致灾因子、孕灾环境三者相互作用形成的异变系统。本文分析的城市生命线即为承灾体，致灾因子则分为自然及人为两种因素，孕灾环境则主要集中在道路范围内[4]。经分析归纳，生命线设施运行过程中典型的安全风险如表1：

表1 城市生命线安全风险特征表

以上各类风险，将造成交通安全事故、养护作业安全事故、设施损坏等问题，将带来不同程度的人员生命危险及经济损失等不良影响。

2 典型问题分析

承灾体及孕灾环境是客观存在的对象，即为道路、桥梁及相关的管线系统等，其范围较易确定，因此关键的问题在于确定致灾因子，以有针对性的制定相关防范及化解的措施。安全风险事件的发生及处置一般均具有时间分段、空间分区、事件分级、多渠道信息来源、树状演化等特征，整体来说是具有多重复杂性与时变性，应多维防范，及时化解[5]。而现实中往往难以达到有效跟进和及时处置，受限于策略制定、技术手段、组织制度等相关因素的影响，这些因素所关联的典型问题如表2：

表2 典型问题分析表

3 系统目标

城市生命线安全风险监测预警系统主要实现的目标是通过识别、判断、决策、推送、记录、评估等一系列智慧化技术手段，实现对城市设施损坏、管线故障、火灾、污染等事件快速响应、高效处置、精细管理，实现道路、桥梁、管线、场站等各类市政设施的安全运行，保障人身安全，减少经济损失。通过建设统一管控平台，建立统一风险事件及设施数据库，对接物联网平台、各业务平台，能够与交通、公安、城管、环境等相关平台的形成业务协作、数据共享。从系统全流程角度分析进行分级目标制定，可有效实现主动安全的目的。

图1目标分级策略

4 系统功能

城市生命线安全风险监测预警系统服务于城市智慧化管理，可借鉴智慧城市信息通信技术典型模型，通过构建“应用平台—支撑平台—数据平台—物联感知”基本架构，实现数据信息的全过程价值，以达到系统目标。

（1）统一平台

通过统一平台的建设，可将等承灾体多个系统的监测预警功能进行整合，利用一套系统，实现信息统一管理，通过对各类数据进行分析比对，自动生成预警报警信息，实现信息发布、任务下发、考核评估、联防协作等功能，作为多部门联合调度中台系统，自动实现应急处置流程闭环管理。

（2）多元信息

安装固定式物联传感器、网络摄像机，最大化利用活动载体安装的摄像机，例如运维养护人员安全帽摄像机、养护车摄像机、无人机摄像机等，多种信息采集系统及信息融合，建立统一的AI分析算法平台，实现对各种风险事件的识别、判断，为风险事件的预警报警提供依据，同时开放公众信息接口，自动关联、搜索、分析媒体信息，通过信息的比对、修正，以获取更加全面、及时、准确的信息。

（3）高效处置

利用微信、短信等多种方式自动推送预警报警信息至养护人员手机等手持终端，通过响应信息获悉信息是否有效传送及接收，通过结合地图信息及人员定位实现人员巡更、轨迹查询、地图圈选等功能。

5 应用场景分析

（1）道路安全监测预警

当前，很多城市布局有大量的网络摄像机，利用城市共建的物联网平台共享视频数据，对道路范围内的路面破损、开裂、沉降等健康问题进行分析识别，为道路养护提供决策参考，自动形成并发送安全预警报警信息。同时还能够监测道路积水等相关信息，形成内涝风险时，自动进行预警报警。

道路人行系统主要服务于人行通行，与人身安全有密切联系，存在的安全隐患包括排水井盖的缺失、破损、覆盖不严等问题，人行路面的塌陷、隆起、破损等，收水井井篦堵塞，垃圾堆积等。排水井盖的缺失等问题易造成人员跌落、车轮陷入，将导致人生安全隐患及交通事故，尤其在亮度较低环境下，应及时进行恢复。伴随着计算机图像AI识别技术的迅速发展，上诉各种问题均可利用视频识别技术进行监测分析。排水井盖缺失的监测，工程实践中可采用智慧井盖传感器或视频识别的方式进行监测，具调研，安装于窨井盖上的传感器受环境、作业振动等影响时易产生损坏、掉落，因此推荐采用视频分析的监测手段[6]。

（2）桥梁安全监测预警

通过在桥梁各部位安装各类传感器对桥梁结构性能参数以及桥梁的荷载与环境情况进行测量、收集、处理、分析，实现对桥梁安全状态监测、损伤程度识别、特殊情况及安全状况异常时安全预警等功能，可健全桥梁设施运营安全保障系统。监测内容一般包括结构响应监测、环境与荷载作用监测。传感器的选择上，考虑到便于建设及设施养管，除部分监测必须采用埋入式以外，应优先采用视频识别+光纤监测的方式。

（3）市政管网安全监测预警

1）给排水管网

当给排水管道出现问题时，将造成雨污水跑冒、给水压力喷出等问题，导致管道塌陷、地下土壤流失、路面淹没，进而会对道路、建筑稳定性、道路通行产生影响，因此需在给排水管网关键节点安装液位、流量、压力计等传感器，通过分析识别管道破裂、漏水、淤堵等问题，及时自动形成并发送预安全警报警信息。

为保证用水安全、环境安全，给排水管道尚有水质监测的需求，通过布设水质在线监测点，实时监测管网关键节点水质情况，实现污染溯源、节点控制等功能，保障水质安全。

市政管网窨井中尚可能聚集毒性、爆炸性、腐蚀性气体，应根据气体类型设置连续的检测和报警装置。

2）燃气、热力管网

与给排水管网类同，利用市政燃气、热力管网安装的各类智能检测仪表，实现各系统的漏损检测、安全管理等功能，通过策略分析统筹考虑各类传感器的布局，对管网状态、管道泄漏、井盖状态等参数进行检测，一旦发现问题，及时发出预警报警信息，以支撑救援决策。

（4）城市照明安全监测预警

城市照明是保障城市交通安全、城市公共安全的重要措施，因此对于城市照明设施的安全运行、可靠运行的监测是非常有必要的举措。通过对每套路灯灯具工作状态、电气状态、调光状态等等数据进行实时监测可保证有效的路灯亮灯率，良好的照度水平，有利于城市安全运行。

（5）市政设施场站安全监测预警

对各类市政设施场站内关键设施的运行数据、视频数据、传感器数据等进行集中接入分析，对设备的电气系统安全运行状态、主要工艺设备的安全运行状态、变配电间火灾初期及事中状态等进行实施监测，设备运行异常时，提前预警，紧急处置，变配电间发生火灾初期通过烟、光、热等多种监测手段实现早期发现，及时扑救。

（6）不文明行为安全监测预警

道路公共区域设置有多种道路设施及绿化设施等，可能存在的不文明行为或违法行为将造成如设施结构的破坏、用电安全隐患、乱扔烟头导致的火灾隐患等，对不文明行为或违法行为进行智能识别，对设施破坏后或火灾状态进行智能识别，能有效避免安全事故的扩散蔓延。

6 关键技术

（1）多技术融合

事件的发生往往是多数据输入多结果输出的复杂模型，因此通过多种技术融合互补实现更全面可靠的监测是实现风险监测预警的关键之一。传感器往往监测数据更直接、精度更高、更加灵敏，但在安装位置上无法做到全覆盖，监测点位离散，易存在盲区，而视频检测是面源监测，通过连续图像可实现全范围覆盖，但针对复杂工况及隐蔽事件，监测精度和误报率方面不尽如人意。因此通过多种技术融合进行互补，能够更加准确、灵敏、有效的发现问题。

（2）预防性策略

如前所述，主动安全是安全风险监测预警的高级目标，那么当存在风险问题时，应尽量避免“亡羊补牢”，努力采取“未雨绸缪”的策略。从宏观上应从地域、时域、类域的角度进行分析形成具有方向性指导的知识库[4]，制定大的预防性检修策略，从微观上应通过对同类历史事件与本次瞬态事件的比对分析，当获知达到事件发生阈值之前，就采取措施，避免事态的进一步发展。

7 结语

城市生命线对于城市的稳定运行具有重要意义，而城市管理本身是一个复杂学科，涉及到多部门、多对象、多行为，因此建设好城市生命线安全风险监测预警系统对技术应用及组织管理提出了高要求。技术应用上最根本上是需通过多种技术融合实现信息的准确可靠，解决发现事件这个根源问题，组织管理方面需打破部门之间的屏障，在需求明确、责权分明的前提下做好信息共享、平台共建、统一规划、统一实施，通过无障碍的沟通，通过有效的协调及配合工作实现可持续发展[3]。

参考文献

[1]李智超，于翔.以智为治：我国城市管理的政策变迁与范式转换[J].公共治理研究.2022（3）:22-31.

[2]周利敏，罗运泽.数智赋能：智慧城市时代的应急管理[J].理论探讨.2023（2）:69-78.

[3]许令顺，方芳，孙芳.基于政府监管使用的城市生命线运行智能监测平台设计[J].城市勘测，2019（z1）：44-46.

[4]王鸣霄，周磊，王文轩，等.城市地下管线“事故地图”的构建与时空特征分析[J].现代测绘，2022（5）：43-47.

[5]周晶.大数据和人工智能在城市风险管理方面的应用和探索[J].互联网周刊，2023（3）：10-12.

[6]高学恒.视频智能分析在智慧城管中的设计与应用[J].智能建筑与智慧城市.2023（7）：178-180.

作者简介：胡详文，男，本科，高级工程师，研究方向为电气自动化及智慧城市。