智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)測預警系統(tǒng)研究
——以保定市為例

范　瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏　暢，吳國棟河北金融學院，河北保定　071051

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智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)測預警系統(tǒng)研究
——以保定市為例

范瑜，李敬怡，田海程，李炎萍，魏暢，吳國棟
河北金融學院，河北保定071051

摘要城市地下管線涵蓋了給水、排水、燃氣、電力、通信等市政管線，是城市的“生命線”。但是近年來，管線破裂導致火災、爆炸、地陷等事故屢見不鮮，由于地下管線管理不善造成的災害嚴重影響了人民群眾生命財產(chǎn)安全和城市運行秩序，因此地下管線管理引起國家和政府高度重視。本文依據(jù)我國的基本國情，探索并研發(fā)新型地下三維管網(wǎng)監(jiān)控預警系統(tǒng)，創(chuàng)造經(jīng)濟價值、實現(xiàn)社會價值。

關(guān)鍵詞地下三維管網(wǎng)；信息系統(tǒng)；監(jiān)控預警

指導教師：馬一寧，講師，河北金融學院財會教研室，研究方向為財務管理。魏曉光，講師，河北金融學院信息管理與工程系，研究方向為信息挖掘。

1　研究背景

近年來，隨著城市快速發(fā)展，地下管線建設規(guī)模不足、管理水平不高等問題凸現(xiàn)，其安全事故引發(fā)的次生災害屢見不鮮，據(jù)城市規(guī)劃協(xié)會對地下管線事故統(tǒng)計報告顯示我國典型事故高達38例，直接造成經(jīng)濟損失數(shù)十億元；同時，通過2015年10月中國經(jīng)濟社會論壇數(shù)據(jù)顯示，全國近60%的城市從未開展地下管網(wǎng)普查，近70%的城市沒有建立地下管網(wǎng)綜合管理信息系統(tǒng)。河北省當前僅有不超過5家企業(yè)從事地下管線信息化系統(tǒng)研發(fā)，80%的企業(yè)大多為人工設計，少數(shù)采用二維平面設計，而地下三維管線信息化系統(tǒng)的市場占有率不超過32%，由此可見，地下三維管線監(jiān)控預警系統(tǒng)市場基本處于空白狀態(tài)。

面對當前城市地下管線發(fā)展存在的問題，建立科學、可視、高效、智能的地下信息管理系統(tǒng)，是城市規(guī)劃、建設和管理的現(xiàn)實需要。監(jiān)控預警系統(tǒng)結(jié)合獨有的信息系統(tǒng)將有助于降低河北省乃至全國管網(wǎng)事故率，避免重大事故發(fā)生，更適合當下和未來很長一段時間的發(fā)展趨勢，有著良好的發(fā)展前景。

2　地下三維管線預警信息系統(tǒng)概述

2.1工作流程

本系統(tǒng)在地下管線管理數(shù)據(jù)存儲模型的基礎(chǔ)上通過監(jiān)測功能，實現(xiàn)對地下管線指標數(shù)據(jù)的實時刷新顯示，并以表格、圖形以及地圖標注的形式展現(xiàn)給用戶。其運作流程為（如圖1）：通過數(shù)據(jù)服務中心對監(jiān)控工廠的實時監(jiān)控，并利用管道的瞬時流量、壓力及溫度作為監(jiān)測條件，來判斷管道是否破裂，如果發(fā)生異常，則會通知管理者，管理者收到信息后，可以登陸相關(guān)客戶端或者App，及時進行相應的處理，同時對異常數(shù)據(jù)進行分析，找到可能引起爆管點的范圍，并在地圖閃爍定位，從而為管網(wǎng)系統(tǒng)的管理決策提供實用的可視化結(jié)果。

圖1

圖2

2.2核心技術(shù)

結(jié)合上述系統(tǒng)運作流程，本系統(tǒng)主要利用Arc Engine平臺，采取三層體系結(jié)構(gòu)，提供了包括空間三維分析、地下管線數(shù)據(jù)統(tǒng)計等工具，實現(xiàn)了視圖顯示、地圖定位、數(shù)據(jù)統(tǒng)計與管理、信息查詢、空間三維分析與決策、管線地形編輯等功能，為設計、規(guī)劃、建設、管理等決策提供了科學的依據(jù)，其核心技術(shù)如下。

2.2.1數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)服務中心

數(shù)據(jù)服務中心作為本系統(tǒng)的支柱，擁有豐富的數(shù)據(jù)資料，可分為本地、遠程及客戶端數(shù)據(jù)庫等，通過豐富的數(shù)據(jù)庫，監(jiān)測管道相應的數(shù)據(jù)壓力以及溫度等變化，并及時進行統(tǒng)計與分析，同時將數(shù)據(jù)返回到數(shù)據(jù)中心，最終以表格、圖形等方式反饋給使用者的客戶端或者手機App端，從而實現(xiàn)對該區(qū)域內(nèi)地下管線的預警與監(jiān)控，如圖所示。

2.2.2爆管關(guān)閥功能分析

監(jiān)控者登陸監(jiān)控預警系統(tǒng)后，可以利用爆管關(guān)閥功能進行分析，將系統(tǒng)中相應的高亮度的閥門點進行關(guān)閉，以此進行實地相應的開挖、維修及控制，如圖所示。

圖3

2.2.3火災搶險功能分析

當火災事故發(fā)生時，系統(tǒng)可自動搜索得到距起火點任意范圍內(nèi)所有消防設施，并確定救災最佳路徑，使直接損失降到最低，如圖所示。

2.2.4范圍拆遷分析

在爆管關(guān)閥、火災搶險的分析處理后，可以利用范圍拆遷功能在如下圖區(qū)域的相關(guān)綜合分析，確定因拆遷而受影響的建筑物、綠地、管線等，并計算出相應的面積以及受影響的長度、個數(shù)，形成相應的圖示，運用于現(xiàn)場施工或者提交相應政府部門，以此來確保管網(wǎng)建設的安全性及有效性，為城市拆遷提供便利，降低成本，如圖所示。

圖4

圖5

3　可行性分析

3.1先進的預警監(jiān)控技術(shù)

通過相關(guān)調(diào)查及研究發(fā)現(xiàn)，目前河北省乃至全國管網(wǎng)建設系統(tǒng)在三維基礎(chǔ)上擁有監(jiān)控功能的系統(tǒng)基本處于空白階段，因此，我們提出較為先進的監(jiān)控預警技術(shù)，不僅解決了二維所不能解決的問題，同時也能及時地對管網(wǎng)系統(tǒng)進行監(jiān)控，為我國管網(wǎng)建設的社會及經(jīng)濟方面起到重要的作用。

3.2節(jié)約經(jīng)濟建設成本

一方面，由于紙質(zhì)文件數(shù)量巨大難以管理分類，二維系統(tǒng)計算分析復雜并且需要人工輔助，所以需要花費大量的人力物力進行信息確定；另一方面，紙質(zhì)試圖和二維平面效果，不利于深入分析垂直空間結(jié)構(gòu)，易造成信息偏差，使正常的管線遭到破壞，造成不必要的損失。而地下管線監(jiān)控預警系統(tǒng)依托三維管線信息系統(tǒng)，在完成管線統(tǒng)計、管線數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)功能上，進一步實現(xiàn)了基于管線歷史數(shù)據(jù)的管線監(jiān)控預警等功能，節(jié)約建設成本，解決當前存在的問題。

3.3提高城市管理的效率

本系統(tǒng)突破傳統(tǒng)地下管線管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料來源不明確、精度不可靠、分類統(tǒng)計檢索速度慢等問題，提出了包括火災搶險分析、爆管關(guān)閥分析、范圍拆遷分析等核心功能，并建立了相應的大數(shù)據(jù)庫。在實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的時效性、合理性的同時，還避免和遏制了火災、爆管等相關(guān)災害事故的發(fā)生，生成科學可靠的解決方案，在與三維管線信息系統(tǒng)有機結(jié)合的基礎(chǔ)上，進一步進行實時監(jiān)控，豐富系統(tǒng)的綜合實踐能力。

3.4系統(tǒng)可操作性強

本系統(tǒng)在現(xiàn)有二維系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合二維和三維系統(tǒng)的混合型GIS建模方法，實現(xiàn)系統(tǒng)的三維立體效果，并擁有先進的實時監(jiān)控程序。目前三維技術(shù)分析系統(tǒng)是當下的研究重點，監(jiān)控預警系統(tǒng)更為實時熱點，并且在未來很長一段時間內(nèi)依然是主流研究對象，最終占據(jù)市場應用模式和服務平臺。

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中圖分類號TP39

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）165-0140-02

基金項目：河北金融學院大學生科學研究；項目名稱：智慧城市地下三維管網(wǎng)監(jiān)控預警系統(tǒng)研發(fā)與推廣；項目編號：DXSKYY2015001。

作者簡介：范瑜，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。李敬怡，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。田海程，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。李炎萍，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為會計學。魏暢，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。吳國棟，本科在讀，河北金融學院會計系，研究方向為財務管理學。