管网运维系统中的新技术应用

张朝东，李妍姣

(河北九华勘查测绘有限责任公司，河北保定071051)

一、引 言

改革开放以来，我国经济持续发展，带动城市规模不断扩大，城市道路以及相关地下管线的数量成倍增加。地下管线是城市的基础设施，是城市维持其正常运作的血脉通道，对人民的生活和生产具有非常重要的影响，因此，合理维护地下管线是当前的重中之重。管网的科学维护是一个迫在眉睫的现实问题，如果不能做好管网的维护，不能保证管网系统的正常运行，那将会导致管网系统功能的丧失，甚至会产生局部管网系统的瘫痪，影响人们的正常生活以及生产的正常进行，同时也可能产生各种安全事故，影响社会的安定团结，使城市发展走向倒退。

随着信息科学技术的发展，在管理学的指导下，各方面有机结合，促进了城市管理的新方式和新方法不断涌现，以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络技术和现代通信技术为纽带，运用3S技术，大多数大中城市正在相继发展和建立各种管道信息管理系统和管理方案。

二、新技术综述

1.城市网格与部件

城市网格化管理，就是以信息化为手段，在数字化平台上，将城市划分成单元网格，综合管理各种资源，在特定的网格区域内，及时发现并解决各类问题。网格化管理采用“万米单元网格管理法”和“城市部件(事件)管理法”相结合的方式。

万米单元网格管理法就是以1万m2为基本单位，将管网运行区域划分成若干个网格状单元，由管理巡视员对所分管的万米单元实施全时段监控，同时明确各网格维护责任人，从而对实现分层、分级、全区域管理。

城市部件管理法就是把管网设施和设备作为城市部件进行管理，运用地理编码技术，将城市部件按照地理坐标定位到万米单元网格地图上，通过网格化城市管理信息平台对其进行分类管理的方法。城市部件分为公用设施、道路交通、市容环境、园林绿化、房屋土地及其他设施等6大类。

2.物联网技术

物联网(the Internet of things)，是指在互联网基础上整合传感、通信和信息处理等技术，通过各种传感技术(RFID、传感器、GPS、摄像机、激光扫描器等)、各种通信协议(有线、无线、长距、短距等)，把相关物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和维护管理的一种网络。

3.电子地图与GPS

电子地图(electronic map)，即数字地图，是利用计算机技术，以数字方式存储和查阅的地图。GPS电子地图是将GPS接收到的卫星信息经过计算机处理后，把GPS接收器所在位置定位到地理底图并显示在屏幕上。

4.GIS

地理信息系统(geographic information system，GIS)是一门综合性学科，结合了地理学与地图学，以及遥感和计算机科学，已经广泛地应用在不同的领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。

三、管网运维方案

1.数字化平台及信息

管网运维系统的基础是数据信息，其包括:基础地形数据库(矢量图、卫星图)，管网信息数据库(包含多媒体信息)，各类管理办公信息(设计、审批、规划、维修、报修、采购等工作流数据)。

首先选用ArcGIS平台，建立基于空间数据引擎ArcSDE和大型关系数据库Oracle的管线基础信息平台系统。

在管网运维系统中，在管线地理信息管理系统的基础上，用万米单元网格和城市部件方法对管网设施和设备进行管理，按照国家标准对设施和设备按照功能和特征区分为小类，并对细化的部件赋予8位代码，每一个管网设备(如阀门、消防栓、窨井、雨箅、凝水缸)都有它的唯一编码，相当于它的“身份证”。在对全区所有城市部件进行拉网式调查的基础上，请专业部门进行了勘测普查、定位标图，建立数据库信息，标注在相应的万米单元网格图数字地图上。

2.物联网建设

结合物联网的3层结构(感知层、传输层、应用层)，进行管网的设备硬件和软件基础建设。

1)感知层由各种类型的传感器组成，可实时获得地下管线的各种相关信息，包括空间位置、尺寸规格、材质等管线自身健康情况信息。城市在新建管线和进行老旧管线的更新改造时，对管道重要部件预先嵌入传感器，或者管线与智能传感器同步埋设。管线智能传感器的主要功能应能实时收集管线运行中的工作状态信息、管线的空间位置及自身属性信息，并应能够主动或被动提供给传输层设备。

2)传输层则主要通过有线网络、无线网络、无线射频识别RFID等通信手段，将感知层获得的数据由现场实时传输到更高层次的单元。物联网主要利用互联网来进行数据传输。

3)应用层是城市地下管线智能管理系统功能的集中体现，包含地下管线多参数三维显示系统、地下管线辅助规划设计CAD系统、地下管线事故应急指挥系统等。

3.GPS电子地图

电子地图可以提供矢量地图、卫星图片，将电子地图装载在PDA或者平板电脑、手机等便携智能系统中，需具备GPS定位模块。并将管网部件信息下载到PDA中，通过AJAX开发，调用电子地图提供的API，在地图上准确地标注部件位置，并查询该部件属性:文字及图片等信息。通过连接信号接收器，可以实现对物联网互感器信号接收和标示。

4.系统应用

在管道运行维护、抢修、补测、技术改造等各项工作中可现场利用PDA实现管道具体位置的查找，管道具体信息(如建设年代、施工单位名称、管道压力、管径、材质、管道的三通、弯头、变径、穿越等特殊关键点位置)的查询等功能。

现场工作人员携带便携设备，根据任务安排开始工作，可借助 GPS找到匹配设备，参照电子地图对环境进行定位。对于被掩盖和不易辨识的设备和设施，通过搜集RFID信号进行信息的采集，可在PDA上记录下设备的运行状态等信息;然后通过无线网络将设备信息发送到控制中心。如果设备运行异常，运维系统会给现场工作人员下达指令，对紧急状况采取应对措施;同时在数据库中生成各项统计数据，并对有关设备进行深度分析，同时对此次操作进行记录，作为日后运维的依据。

四、结束语

实现地下管线运营管理智能化是城市管理者的奋斗目标，而单元网格、城市部件、电子地图、GPS、物联网等新技术、新概念的广泛应用，可以提高管网运维的标准化、智能化程度，结合GIS综合管理平台的使用，可以有效提高工作效率，减少人为因素带来的问题，减少遗漏，错漏，对每一个登记在系统内的管网设施和设备做到有效管理，提高管网工作效率的同时降低了管理成本，保证了管道的运行稳定，将会更深刻地改变我们的工作与生活方式。

无论是地下管线管理者、地下管线运营商，还是地下管线技术服务商。我们都应当充分意识到新的技术、新的概念的投入应用，既是挑战也是机会，在这变革的潮流中，积极实践，必然提高我国地下管线管理水平。

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