管網運維系統中的新技術應用

張朝東，李妍姣

(河北九華勘查測繪有限責任公司，河北保定071051)

一、引 言

改革開放以來，我國經濟持續發展，帶動城市規模不斷擴大，城市道路以及相關地下管線的數量成倍增加。地下管線是城市的基礎設施，是城市維持其正常運作的血脈通道，對人民的生活和生產具有非常重要的影響，因此，合理維護地下管線是當前的重中之重。管網的科學維護是一個迫在眉睫的現實問題，如果不能做好管網的維護，不能保證管網系統的正常運行，那將會導致管網系統功能的喪失，甚至會產生局部管網系統的癱瘓，影響人們的正常生活以及生產的正常進行，同時也可能產生各種安全事故，影響社會的安定團結，使城市發展走向倒退。

隨著信息科學技術的發展，在管理學的指導下，各方面有機結合，促進了城市管理的新方式和新方法不斷涌現，以計算機技術、多媒體技術和大規模存儲技術為基礎，以寬帶網絡技術和現代通信技術為紐帶，運用3S技術，大多數大中城市正在相繼發展和建立各種管道信息管理系統和管理方案。

二、新技術綜述

1.城市網格與部件

城市網格化管理，就是以信息化為手段，在數字化平臺上，將城市劃分成單元網格，綜合管理各種資源，在特定的網格區域內，及時發現并解決各類問題。網格化管理采用“萬米單元網格管理法”和“城市部件(事件)管理法”相結合的方式。

萬米單元網格管理法就是以1萬m2為基本單位，將管網運行區域劃分成若干個網格狀單元，由管理巡視員對所分管的萬米單元實施全時段監控，同時明確各網格維護責任人，從而對實現分層、分級、全區域管理。

城市部件管理法就是把管網設施和設備作為城市部件進行管理，運用地理編碼技術，將城市部件按照地理坐標定位到萬米單元網格地圖上，通過網格化城市管理信息平臺對其進行分類管理的方法。城市部件分為公用設施、道路交通、市容環境、園林綠化、房屋土地及其他設施等6大類。

2.物聯網技術

物聯網(the Internet of things)，是指在互聯網基礎上整合傳感、通信和信息處理等技術，通過各種傳感技術(RFID、傳感器、GPS、攝像機、激光掃描器等)、各種通信協議(有線、無線、長距、短距等)，把相關物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和維護管理的一種網絡。

3.電子地圖與GPS

電子地圖(electronic map)，即數字地圖，是利用計算機技術，以數字方式存儲和查閱的地圖。GPS電子地圖是將GPS接收到的衛星信息經過計算機處理后，把GPS接收器所在位置定位到地理底圖并顯示在屏幕上。

4.GIS

地理信息系統(geographic information system，GIS)是一門綜合性學科，結合了地理學與地圖學，以及遙感和計算機科學，已經廣泛地應用在不同的領域，是用于輸入、存儲、查詢、分析和顯示地理數據的計算機系統。

三、管網運維方案

1.數字化平臺及信息

管網運維系統的基礎是數據信息，其包括:基礎地形數據庫(矢量圖、衛星圖)，管網信息數據庫(包含多媒體信息)，各類管理辦公信息(設計、審批、規劃、維修、報修、采購等工作流數據)。

首先選用ArcGIS平臺，建立基于空間數據引擎ArcSDE和大型關系數據庫Oracle的管線基礎信息平臺系統。

在管網運維系統中，在管線地理信息管理系統的基礎上，用萬米單元網格和城市部件方法對管網設施和設備進行管理，按照國家標準對設施和設備按照功能和特征區分為小類，并對細化的部件賦予8位代碼，每一個管網設備(如閥門、消防栓、窨井、雨箅、凝水缸)都有它的唯一編碼，相當于它的“身份證”。在對全區所有城市部件進行拉網式調查的基礎上，請專業部門進行了勘測普查、定位標圖，建立數據庫信息，標注在相應的萬米單元網格圖數字地圖上。

2.物聯網建設

結合物聯網的3層結構(感知層、傳輸層、應用層)，進行管網的設備硬件和軟件基礎建設。

1)感知層由各種類型的傳感器組成，可實時獲得地下管線的各種相關信息，包括空間位置、尺寸規格、材質等管線自身健康情況信息。城市在新建管線和進行老舊管線的更新改造時，對管道重要部件預先嵌入傳感器，或者管線與智能傳感器同步埋設。管線智能傳感器的主要功能應能實時收集管線運行中的工作狀態信息、管線的空間位置及自身屬性信息，并應能夠主動或被動提供給傳輸層設備。

2)傳輸層則主要通過有線網絡、無線網絡、無線射頻識別RFID等通信手段，將感知層獲得的數據由現場實時傳輸到更高層次的單元。物聯網主要利用互聯網來進行數據傳輸。

3)應用層是城市地下管線智能管理系統功能的集中體現，包含地下管線多參數三維顯示系統、地下管線輔助規劃設計CAD系統、地下管線事故應急指揮系統等。

3.GPS電子地圖

電子地圖可以提供矢量地圖、衛星圖片，將電子地圖裝載在PDA或者平板電腦、手機等便攜智能系統中，需具備GPS定位模塊。并將管網部件信息下載到PDA中，通過AJAX開發，調用電子地圖提供的API，在地圖上準確地標注部件位置，并查詢該部件屬性:文字及圖片等信息。通過連接信號接收器，可以實現對物聯網互感器信號接收和標示。

4.系統應用

在管道運行維護、搶修、補測、技術改造等各項工作中可現場利用PDA實現管道具體位置的查找，管道具體信息(如建設年代、施工單位名稱、管道壓力、管徑、材質、管道的三通、彎頭、變徑、穿越等特殊關鍵點位置)的查詢等功能。

現場工作人員攜帶便攜設備，根據任務安排開始工作，可借助 GPS找到匹配設備，參照電子地圖對環境進行定位。對于被掩蓋和不易辨識的設備和設施，通過搜集RFID信號進行信息的采集，可在PDA上記錄下設備的運行狀態等信息;然后通過無線網絡將設備信息發送到控制中心。如果設備運行異常，運維系統會給現場工作人員下達指令，對緊急狀況采取應對措施;同時在數據庫中生成各項統計數據，并對有關設備進行深度分析，同時對此次操作進行記錄，作為日后運維的依據。

四、結束語

實現地下管線運營管理智能化是城市管理者的奮斗目標，而單元網格、城市部件、電子地圖、GPS、物聯網等新技術、新概念的廣泛應用，可以提高管網運維的標準化、智能化程度，結合GIS綜合管理平臺的使用，可以有效提高工作效率，減少人為因素帶來的問題，減少遺漏，錯漏，對每一個登記在系統內的管網設施和設備做到有效管理，提高管網工作效率的同時降低了管理成本，保證了管道的運行穩定，將會更深刻地改變我們的工作與生活方式。

無論是地下管線管理者、地下管線運營商，還是地下管線技術服務商。我們都應當充分意識到新的技術、新的概念的投入應用，既是挑戰也是機會，在這變革的潮流中，積極實踐，必然提高我國地下管線管理水平。

［1］羅亦泳，楊偉，張立亭，等.城市網格化管理部件數據采集與處理［J］.地理空間信息，2008，6(3):74-77.

［2］周宇林，付忠良.基于Google地圖API的空間信息發布［J］.計算機應用，2011，31(5):1450-1452.

［3］陳海燕，劉珍.基于Google Maps的地理信息標注系統的設計與實現［J］.湖南科技大學學報:自然科學版，2009，24(3):87-90.

［4］李蘇東，同少先，楊玉坤，等.基于RFID/GIS的市政管線資源管理系統的研究與實現［J］.測繪與空間地理信息，2009，32(3):66-69.