智慧地下管網(wǎng)信息系統(tǒng)建設(shè)研究初探

1、引言

近年來，全國各地由于對城市管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測不力而引發(fā)的安全事故屢見不鮮，這些安全事故本身及其次生災(zāi)害嚴(yán)重影響了新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，嚴(yán)重影響了城市環(huán)境，嚴(yán)重影響了老百姓生活環(huán)境，嚴(yán)重影響了老百姓出行安全。為有效解決城市管網(wǎng)所帶來的各種“城市病”問題，國務(wù)院和有關(guān)部分連續(xù)出臺相關(guān)政策文件，大力開展城市地下管網(wǎng)綜合整治工作。2013年9月出臺的《國務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的意見》強(qiáng)調(diào)應(yīng)“堅(jiān)持先地下、后地上”、“在普查的基礎(chǔ)上整合城市管網(wǎng)信息資源，消除市政地下管網(wǎng)安全隱患”。在國務(wù)院印發(fā)的《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃2014-2020年》中提出“發(fā)展智能管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)城市地下空間、地下管網(wǎng)的信息化管理和運(yùn)行監(jiān)控智能化”。住房城鄉(xiāng)建設(shè)部提出的《國家智慧城市試點(diǎn)指標(biāo)體系》中明確規(guī)定地下管網(wǎng)與空間綜合管理指標(biāo)：實(shí)現(xiàn)城市地下管網(wǎng)數(shù)字化綜合管理、監(jiān)控，并利用三維可視化等技術(shù)手段提升管理水平。在這樣的政策環(huán)境下，建設(shè)智慧管線，提高城市地下管網(wǎng)管理水平，推進(jìn)“智慧管網(wǎng)”建設(shè)刻不容緩。

本文以智慧管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法論為指導(dǎo)，概述了智慧管網(wǎng)三維可視化、在線監(jiān)測與大數(shù)據(jù)應(yīng)用的基本理念和思路，闡述了智慧管網(wǎng)建設(shè)的主要內(nèi)容。

2、智慧管網(wǎng)建設(shè)基本理念和策略研究

“智慧管網(wǎng)”未來發(fā)展方向?qū)⒁员O(jiān)管、安全和服務(wù)為發(fā)展導(dǎo)向，充分整合已有管網(wǎng)數(shù)據(jù)和應(yīng)用系統(tǒng)資源，進(jìn)一步完善管網(wǎng)監(jiān)測體系，建設(shè)管網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心，對各類管網(wǎng)進(jìn)行全生命周期的安全監(jiān)測，并通過大數(shù)據(jù)分析，做到管網(wǎng)運(yùn)行的“全程可見”。對突發(fā)異常事件進(jìn)行快速處置，促進(jìn)管網(wǎng)安全運(yùn)行，做到事前預(yù)警、事中處置、事后總結(jié)，最終為防汛預(yù)警與處置、市政設(shè)施維護(hù)提供輔助決策提供技術(shù)支持。

通過建設(shè)“智慧管網(wǎng)”，借助三維可視化和仿真模擬技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對城市區(qū)域地上地下管網(wǎng)進(jìn)行全景模擬瀏覽，全面實(shí)現(xiàn)城市地下管網(wǎng)的三維顯示與管理，有效解決數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)展現(xiàn)等問題，切實(shí)提升城市地下管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行到廢棄的全生命周期的管理水平。

2.1 在線監(jiān)控一張網(wǎng)的建設(shè)

通過建設(shè)“智慧管網(wǎng)”，聚焦地下管網(wǎng)實(shí)時運(yùn)行態(tài)勢，借助物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)控與窄帶物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術(shù)，在供水、雨水、污水、電力、燃?xì)庖约奥窡舻裙芫€中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)布設(shè)智能傳感器，實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)的壓力、流量、流向、液位、有毒氣體、可燃?xì)怏w等指標(biāo)的實(shí)時監(jiān)測，全面掌握地下管網(wǎng)負(fù)荷運(yùn)行情況和管網(wǎng)自身健康狀態(tài)，由被動化管理向主動、智能化管理轉(zhuǎn)變，減少和消除安全隱患，有效提升管網(wǎng)安全管理水平，做到管網(wǎng)運(yùn)行的“全程可見”。

2.2 數(shù)據(jù)分析模型與預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)

通過建設(shè)“智慧管網(wǎng)”，開展數(shù)據(jù)分析模型研究與預(yù)警系統(tǒng)開發(fā)，借助大數(shù)據(jù)分析、挖掘技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市地下管網(wǎng)運(yùn)行歷史海量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)化分析，分析地下管網(wǎng)系統(tǒng)的長期運(yùn)行規(guī)律，結(jié)合實(shí)時數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷、溢流、堵塞、內(nèi)澇、污水偷排、應(yīng)急等方面的預(yù)警分析，提高管網(wǎng)運(yùn)行在線監(jiān)測的作業(yè)效率和管線綜合管理能力，做到管網(wǎng)運(yùn)行的“事前預(yù)警”，大幅提高應(yīng)對管網(wǎng)應(yīng)急事件的前期管理能力。

2.3 管線業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)

（1）智慧管網(wǎng)三維立體監(jiān)管平臺

以三維GIS技術(shù)為支撐，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對排水（雨污）、路燈、供電、供水、燃?xì)獾葘I(yè)管線中的窨井蓋、路燈、危險源氣體、環(huán)境溫度、濕度、降雨量、液位、流量、壓力等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，形成立體監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到了管網(wǎng)智能運(yùn)行、智能預(yù)報預(yù)警機(jī)制, 突出及時發(fā)現(xiàn)、智能預(yù)防的智慧管網(wǎng)監(jiān)管目標(biāo)；同時，借助三維立體監(jiān)管平臺，結(jié)合采集的實(shí)時監(jiān)測數(shù)據(jù)及海量歷史數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)分析模型，為城市管理和公共服務(wù)提供運(yùn)行預(yù)警、專題分析、數(shù)據(jù)管理、在線監(jiān)測、報警管理等功能，為管網(wǎng)整體運(yùn)行監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支撐。

（2）基于在線監(jiān)測的雨水管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷與溢流預(yù)警管理系統(tǒng)

系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G無線傳輸技術(shù)動態(tài)獲取雨水管網(wǎng)各檢查點(diǎn)的液位變化情況、管網(wǎng)出口液位變化情況以及該區(qū)域降水量情況，對區(qū)域內(nèi)的雨水管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷情況進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，結(jié)合數(shù)據(jù)分析模型，得出監(jiān)測管網(wǎng)液位變化規(guī)律，計(jì)算管線運(yùn)行負(fù)荷指數(shù)與溢流指數(shù)，為管網(wǎng)維護(hù)提供技術(shù)支持。同時，建立雨水管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷和溢流數(shù)據(jù)庫，記錄在不同降雨情景下，管網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷指數(shù)和溢流指數(shù)信息，利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，通過仿真模擬系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)雨水管網(wǎng)負(fù)荷大的“瓶頸”環(huán)節(jié)或異常管段，做到事前預(yù)測預(yù)警，事中指導(dǎo)處置，事后分析評估。

（3）基于數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析的污水偷排在線監(jiān)測與預(yù)警管理系統(tǒng)

系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G無線傳輸技術(shù)動態(tài)獲取雨水管網(wǎng)各檢查點(diǎn)的水中氨氮指標(biāo)變化情況，結(jié)合通過與數(shù)據(jù)資源中心獲取各檢查點(diǎn)的氨氮指標(biāo)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信息。系統(tǒng)自動向異常檢查點(diǎn)上游的液位傳感器發(fā)出指令，調(diào)取5分鐘內(nèi)各檢查點(diǎn)的液位變化情況，初步確定偷排區(qū)間。

（4）基于大數(shù)據(jù)的雨水管網(wǎng)在線監(jiān)測與堵塞預(yù)警管理系統(tǒng)

系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、4G無線傳輸技術(shù)動態(tài)獲取雨水管網(wǎng)各檢查點(diǎn)的液位變化情況，結(jié)合通過數(shù)據(jù)資源中心獲取各檢查點(diǎn)的液位歷史數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)挖掘和分析工具，實(shí)現(xiàn)已經(jīng)發(fā)生堵塞和容易發(fā)生堵塞的管網(wǎng)信息管理，形成全面、完整、準(zhǔn)確的管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，服務(wù)于城市規(guī)劃、建設(shè)、管理和應(yīng)急工作，有效規(guī)避管線事故的發(fā)生，降低因管線堵塞引發(fā)的管線事故造成的損失和影響，為城市管理和公共服務(wù)提供支持，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)堵塞可視化和預(yù)警管理，為管網(wǎng)堵塞治理、管網(wǎng)規(guī)劃、應(yīng)急指揮提供技術(shù)支撐。

3、小結(jié)

聚焦城市管網(wǎng)，建設(shè)監(jiān)控一張網(wǎng)，采用大數(shù)據(jù)挖掘、多維度展示、物聯(lián)網(wǎng)多終端互聯(lián)、可視化仿真等技術(shù)，開展城市雨水管線綜合展現(xiàn)、全網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷、溢流、水質(zhì)分析、應(yīng)急防汛模型及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)研究，完善基礎(chǔ)地理庫、三維模型庫、標(biāo)準(zhǔn)部件庫、管網(wǎng)信息庫、監(jiān)測運(yùn)行庫、監(jiān)測歷史庫等六大庫，重點(diǎn)研發(fā)智慧管網(wǎng)三維立體監(jiān)管平臺、城市管網(wǎng)安全運(yùn)行監(jiān)控管理平臺、城市管線運(yùn)行監(jiān)測與預(yù)警分發(fā)平臺、城市管網(wǎng)應(yīng)急防汛輔助決策管理平臺，真正意義上，搭建起“有圖、有數(shù)、有用”的城市管網(wǎng)“三有”智慧體系框架，從而有效保障城市地下管線運(yùn)行安全的同時也有效支撐了城市精細(xì)化管理建設(shè)。