互聯網技術在地下管線管理中的應用

陳佑民，毋 焱，鄧 勇，楊 帆

(北京埃德爾公司，北京100086)

一、我國地下管線發展現狀及互聯網技術發展

1.地下管線管理現狀

地下管線(注:與下文“管網”同義)是城市地下基礎設中是極其重要的組成部分，被稱作維持城市正常運轉的“生命線”。確保地下管線安全、可靠、高效運行，對于保障城市居民的正常生活，提高市民生活質量，改善城市投資環境，促進經濟繁榮發展，確保國家和人民群眾生活財產安全，構建平安和諧的社會環境，都有著極其重要的意義。隨著經濟和城市智慧化的發展，作為城市生命線的地下管線規模越來越龐大、種類越來越多。目前，我國有包括給水、排水(雨水、污水)、燃氣(煤氣、天然氣、液化石油氣)、電信、電力、熱力、工業管道等10余種地下管線，它們擔負著傳送信息或輸送介質的工作，在城市的整個地下縱橫交錯，通向四面八方。

城市地下管線的管理是城市基礎設施建設管理工作中最重要的一環。目前，我國城市地下管線管理在一些城市已實現信息化管理，但信息化全局工作缺乏有效規劃，導致部分重復建設。信息孤島現象嚴重，各類管線權屬單位都在搞信息化，但都只有自己的管線資料，沒有其他部門的管線資料，難以甚至無法對現有的信息進行深層次的綜合統計和分析，不能給城市建設的決策部門提供全面的決策信息，直接影響城市的建設。經過對2008—2010年事故的統計，僅媒體報道，地下管線施工、運營和維護過程中各類地下管線事故每年數以千計，平均每天有5～6起的事故在發生。

中央領導高度重視地下管線治理和建設，為此，住房和城鄉建設部對此作了重要批示，在2012年重點抓好的八項工作中，明確提出了對城市地下管線綜合管理的要求:“各地要開展城市地下管線普查。各城市要積極探索創新地下管線管理方式，創造和積累管理經驗。強化城市地下管線工程等城建檔案管理，推動數字化城市管理平臺功能向地下管線、城市安全等領域拓展。”

2.互聯網技術的發展

隨著全球物聯網、新一代移動寬帶網絡、下一代互聯網、云計算等新一輪信息技術迅速發展和深入應用，信息化發展正醞釀著重大變革和新的突破。利用智慧技術，建設智慧城市，是當今世界城市發展的趨勢和特征。智慧城市是以互聯網、物聯網、電信網、廣電網、無線寬帶網等網絡組合為基礎，以智慧技術高度集成、智慧產業高端發展、智慧服務高效便民為主要特征的城市發展新模式。我國一些發達城市如北京、上海、廣州、南京、武漢等在近幾年已提出了智慧城市建設行動計劃。

地下管線是城市賴以生存的基礎設施，屬于智慧城市建設中不可缺少的的智慧公共服務部分。各種數據采集、數據傳輸及數據應用處理等互聯網技術正被逐步應用到智慧城市建設中，尤其是RFID、傳感器、GPS、GIS、GSM、GPRS 等技術在地下管線管理中將發揮重要作用。

二、互聯網技術在地下管線管理中的主要應用

近年來，隨著互聯網技術的高速發展，以及我國各地智慧城市建設和《物聯網“十二五”發展規劃》的出臺，各種基于互聯網技術的系統不斷應用到地下管線管理中，其中應用最多的是管網GIS。為統一、規范管網GIS的建設，我國先后出臺了《數字城市地理空間信息公共平臺技術規范》、《地理信息公共平臺基本規定》、《基礎地理信息數據庫基本規定》等規范和標準。

此外，基于互聯網技術的在線監控、管網模型、養護管理和應急處理等管理系統也在不斷應用到各類地下管線管理中，埃德爾實際上已經在幾個城市得以實際應用的體會。同時，進一步深入研究分析，為保障城市地下生命線的安全運轉提供了強大的技術保障，使城市地下管線的管理步入規范化、自動化、科學化的軌道;也為構建未來數字城市、智能城市和智慧城市奠定了重要的技術支撐基礎，并為城市海量數據庫的建立提供了充足的數據支持(如圖1所示)。

圖1 地下管線綜合管理應用總體架構圖

1.管網GIS

隨著城市的不斷發展，地下管線的種類將越來越多，整體規模持續擴大，管理的難度也越來越大。所以必須借助高速發展的互聯網技術，研發管網地理信息系統(GIS)。利用計算機軟、硬件，以及RFID、GPS等各種管線測量、定位設備，對地下管線空間數據及描述這些空間數據特性的屬性進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。管網GIS可將自然和人類社會活動的各種信息與地下管線空間位置、空間分布及其空間關系通過數字化而有機地結合在一起，在管網發生事故后能夠快速、準確定位;同時，管網GIS提供了管網數據準確高效的動態更新機制，為管網規劃、設計、調度、搶修和圖籍資料管理提供強有力的科學決策依據(如圖2所示)。

(1)管網數據建庫管理

能夠提供多樣的數據更新手段，保證系統建立以后能夠方便進行數據更新，包括全站儀等測量數據更新、竣工圖更新及數據轉換更新。

圖2 排水管網GIS綜合查詢

(2)地圖操作

1)地圖縮放:包括放大、縮小、全圖顯示。

2)漫游:地圖移動。

3)量算:包括距離、面積、角度量算。

4)圖層控制:控制圖層在窗口中是否顯示。

5)地圖設置:設置地圖比例尺。

6)鷹眼:地圖導航工具，顯示當前在全幅地圖中的位置。

7)橫斷面:顯示某路面橫截面下管線的鋪設情況，以及該橫截面管線相關屬性信息和分布信息。

8)縱斷面:顯示某段管線的走向以及埋深，標高等。

9)三維視圖:顯示某個指定區域內管線的三維分布情況，并能查詢相關管線信息，支持三維視圖下管線的縮放、平移和任意角度旋轉。

(3)管網地圖編輯

提供豐富的數據輸入、輸出、檢查和維護功能:

1)管網數據入庫:導入測量外業采集數據，并根據提供的管網坐標信息，自動生成圖形。

2)管網數據導出:將管網數據導出為相關數據格式。

3)拓撲檢查:通過拓撲關系進行檢查，包括孤立管線或管點設備的檢查。

4)多媒體編輯:可以添加、刪除、修改管線或管點多媒體信息，編輯完的多媒體信息在地圖上顯示。

5)數據維護:可以添加、修改、刪除圖層數據和對應的屬性信息。

(4)查詢統計

1)定位查詢:定位是一種快捷的查詢方式，用戶可以根據坐標、道路名、圖幅、設備編號等方式快速地查詢到空間對象，從而達到定位目的。

2)數據查詢:可根據圖形查詢屬性和根據屬性查詢圖形。

3)數據統計:數據統計提供豐富的報表統計方法和專題圖表達方法。

(5)決策分析

提供多種地下管線綜合分析手段和方式用于決策分析，包括:橫剖面分析、縱剖面分析、碰撞監測、水平凈距分析、垂直凈距分析、爆管分析及三維展示等。

(6)資產管理

用于管理和維護各種管網設施、設備的基礎檔案信息，包括設備、設施的規格型號、生產廠家、安裝時間等信息，并可根據維修次數、頻率、檢驗周期等信息對管網設備、設施進行維修預測。

2.在線監控

在線監控主要在地下管線上或管道內安裝各類傳感器(如監測供水管網的壓力、流量監測儀)，遠程監控管線的運行狀況。現場采集的在線監測數據或監控視頻數據經過有線或GPRS無線等傳輸方式進入到后臺數據庫，同時系統根據設定的報警規則對采集到的數據進行分析，若發現管網設施運行狀態異常或監測指標超出警戒值，則系統將異常設備所在GIS地圖位置的圖標閃爍，并向用戶播放報警聲音。在線監測到的異常數據也可以通過“電話自動語音”、“手機短信”、“電子郵件”和“系統在線消息”等多種方式及時發送給相關負責人員(發送內容一般包括時間、地點、監測指標項和監測值等)，為調度控制或組織搶險提供更加可靠的數據支持，幫助管理決策者制定更加及時、準確的應急搶險方案(如圖3所示)。

圖3 供水管網在線監控

3.管網模型

管網模型又稱管網仿真，是數學模型的一種。管網模型主要用于地下管線的規劃設計與改造、管網現狀分析與異常診斷和管網的動態運行分析。在各類地下管線模型中，供水管網水力模型應用較早且較成熟。

水力模型是通過利用管網GIS數據和實時在線監控的壓力、流量等數據，模擬各時段、各種情況下管網水流分布和動態實時變化，客觀分析評價現有管網的運行狀況及容量擴充空間，從而更加高效地預防管網水質污染事故，為科學地指導舊管網的改造提供數據參考，進一步保障供水安全。此外，通過模型模擬運行，可以找出未來管網建設的瓶頸，實現更加科學合理的供水布局，切實保障終端水質，提高終端服務水平，如圖4所示。

圖4 水質污染路徑及影響范圍模擬

4.養護管理

地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，也是城市賴以生存和發展的物質基礎。地下管線是否安全運行，直接關系到人民生活質量，關系到城市經濟和社會的可持續發展。因此必須加強地下管線的養護管理，應用互聯網等科學技術手段提高地下管線的養護管理水平，確保其安全、可靠、高效運行。如應用CCTV、聲納進行管道檢測，利用非開挖技術進行管道修復;應用管網GIS和集成GPS功能的智能終端(PDA、智能手機登)，實現養護計劃、派工單等信息化管理。

5.應急處理

地下管線應急預案管理系統主要用于對城市地下管網突發事件應急預案的制定和管理工作，提高應對突發事件的綜合管理水平和應急處理能力，加強突發事件信息報告與信息發布的規范化、制度化，確保各項應急響應決策措施的有序實施。應急預案管理系統將結合管網GIS，可快速定位事故點和進行事故分析，并生成現場搶修圖進行輸出打印。地下管線應急預案管理系統對文本預案進行數字化，可以使預案的編制更加規范，更加方便，解決了傳統紙質預案的存儲、管理、升級和使用不便等問題。

三、地下管線信息安全管理

應用互聯網技術進行地下管線管理后將產生大量的管線數據，并且這些數據都屬于保密數據。對于其中涉及國防、軍事、國家安全的重要管網數據屬于國家機密數據，必須遵守《保守國家秘密法》，確保管線數據的安全性。特別是對于供水管網信息的安全，國家住房和城鄉建設部還專門下發了《關于進一步加強城市供水管網涉密信息管理的通知》(建辦城〔2010〕50號)，進一步明確管網信息的保密范圍，并要求進一步加強供水管網信息系統的管理、加強涉密人員的管理、加強保密工作規范化管理，以及進一步加強督導檢查。

為保障地下管網信息系統可靠運行，保護管網信息資產的安全、數據的完整，使管網信息系統有效地實現管理目標，并有效率地利用計算機設備、網絡等資源，筆者建議有必要引入管網管理新模式，即在強化現有信息中心部門職能的同時，增加信息系統審計崗位，該崗位可錄屬于審計部門，但必須獨立于信息中心部門。

1.設立信息技術主管崗位，強化信息中心職能

地下管線系統是一個龐大的系統工程。高速發展的互聯網技術實現了地下管線數字化管理，傳統的管理模式在逐步淘汰，新的方式在不斷涌出。因為在強化地下管線信息技術的總體規劃和發展的同時，就必須引入信息技術主管的崗位，專職專責負責信息化的全面日常工作:

1)制定部門的管理制度及組織建設，并監督本部門人員全面完成部門職責范圍內的各項工作任務。

2)負責信息化系統總體構架，構建信息化實施組織。

3)負責控制信息化項目預算和項目關鍵控制點的監督、控制和風險評價。

4)負責組織信息化項目的持續改進與日常維護。

5)負責業務人員的技術培訓工作，為業務人員提供必要的技術支持。

6)負責本部門員工的工作檢查、考核及評價。

同時，需要強化信息系統運行和維護相關的系統管理員、數據庫管理員和安全管理員崗位職責，以保障系統的可靠、安全運行。

2.設立系統及信息安全審計崗位

地下管網系統及其產生的信息是城市寶貴的資產，因此需要強化系統及信息審計，確保系統的可靠、安全運行，以及信息的正確性、完整性，在審計部門下設立信息系統審計師(CISA)職位，把這個崗位和系統維護、應用分開，有其長遠的特殊意義。

四、結束語

互聯網技術的不斷發展帶動了城市向智能化、智慧化方向發展。城市化水平得到飛躍式發展的同時，也將促進互聯網技術不斷創新與發展。地下管線是城市基礎設施的重要組成部分，是城市的“生命線”。地下管線管理必須借助高速發展的互聯網技術，實現規范化、自動化和科學化管理，以確保各類地下管線安全、穩定、高效運行。

［1］陳吉寧，趙冬泉，等.城市排水管網數字化管理的理論應用［M］.北京:中國建筑工業出版社.2010.