包头市燃气智慧巡检系统设计与实现

刘甲军

(山东正元地理信息工程有限责任公司，山东济南250100)

一、概 述

包头市燃气有限公司是包头市唯一一家管道天然气特许经营企业，随着公司的不断发展壮大、天然气管线的不断增长及沿途辅助设施的陆续增多。为充分了解包头市燃气管网和管网设备的运行情况，保证燃气管网输配系统不间断地、可靠地给用户供气，及时杜绝隐患，需对管网上的各种设施进行安全巡检管理，如:对管网系统按照腐蚀情况，进行安全评估，指导管网运行维护，保证管网的安全运行等。因此，为适应包头市燃气有限公司公司的发展需要，提高完善现代化管理水平，建立并使用天然气管网的移动巡检系统势在必行。

二、关键技术研究

1.共享调用技术

平台采用了数据共享技术，能够与地理信息系统提供的服务相融合，继承了ArcGIS、OGC等标准服务，可在系统中实现直接调用，合理利用现有资源，避免了系统的重复建设和浪费。

2.面向服务技术

平台采用面向服务的架构(SOA)，以SOAP和REST服务为基础进行通信，确保系统的开放性、规范性和科学性，系统功能和服务不再写到系统中，而是把功能以SOAP和REST的方式提供，系统调用服务接口实现所提供的功能和服务。

3.坐标转换技术

巡检终端接收的坐标信息是GPS信号，而巡检终端地图和监控端地图均采用包头97坐标系，把GPS的WGS-84坐标系坐标转换为包头97坐标需要经过如下过程:WGS-84大地坐标→WGS-84直角坐标→1980西安直角坐标→1980西安大地坐标→1980西安平面坐标→包头97平面坐标。通过增加控制点和大量测量点的矫正检验，提高了坐标转换精度，保证了坐标转换后精度达到了规定的误差范围。

三、系统总体架构设计

1.总体架构

包头市智能燃气巡检系统的设计基于SOA体系架构来实现，底层图形数据处理、分析、展现通过ArcGISServer来完成。由空间数据库提供所需的数据支持。为了建立灵活的扩展体系，在ArcGISServer开发接口之上封装一套统一开发接口，实现对ArcGISServer的底层访问，在统一接口框架的基础上，针对包头城市燃气管网管理系统的功能要求，对图形基本服务和管线应用中的功能点进行封装。

以统一开发接口为基础，组装Web Services方法，建立基于权限认证的访问机制，提供基于HTTP协议的图形数据服务。总体架构如图1所示。

图1 总体架构

1)终端:是巡检人员对巡检路线，调压设备进行巡检的必备终端。

2)服务接口层:此层实现B/S专业功能的网络模块划分，提供具体功能的表现接口，供B/S调用，此层以统一开发接口层为基础组合封装。

3)监控端:是主要应用模块，面向大部分用户，通过浏览器来访问智慧燃气巡检系统。

4)平台数据层:为系统提供基本的数据服务，包括元数据服务和空间数据服务。提供底层GIS管理服务，实现对图形数据的发布、访问。

2.网络架构

网络架构图如图2所示。

图2 网络架构

四、功能模块设计

在燃气智慧巡检系统中，PDA巡检终端内置GPS接收机，可不断读取卫星发来的定位信息。巡检工作人员将定位信息运用于巡检片区的巡检点，将巡检点隐患信息通过GPRS实时上传至燃气管网巡检指挥调度中心。燃气管网巡检指挥调度中心可以实时监测巡检人员所处位置及所进行的各项工作任务。面对突发事故或隐患，PDA巡检终端可将请求查询信息上传至燃气管网巡检指挥调度中心寻求帮助。燃气管网巡检指挥调度中心可将专家库处理方案下传至PDA巡检终端，实现交互式任务处理。

综合上述系统工作原理，将本系统划分为以下两部分内容:

1.监控端

(1)视图显示功能

地图显示区域能够直观地将整个燃气管网分布图显示出来。地图支持放大、缩小、全图、平移、量距、比例尺等操作工具，可以方便地查看图上丰富的燃气管网信息。

(2)实时监控功能

包括实时监控与轨迹回放。实时监控能实时地在地图上看见当前时间的在线巡检人员。轨迹回放能查看某个巡检员某一天的巡检数据，并以动态在地图绘图的方式进行巡检路径的展示，也可以定位某一个设备点的所在位置。如图3所示。

图3 轨迹回放功能

(3)巡检管理功能

包括巡检线路、任务下发、临时任务、历史任务、隐患管理等。实现对单个巡检员的计划指定及计划安排，也可以通过开始时间、结束时间、人员、区域的选择进行查询相关计划安排信息。对于巡检员上报的问题，要有专人负责隐患的管理与消除，确保燃气线路的运行安全。

(4)查询统计功能

主要有:隐患日报、月报，巡检日报、月报，压力日报、月报，人员考勤，压力信息管理。实现了对巡检员当月的应巡数、实巡数、计划内巡检数、计划外巡检数及巡视率进行统计，用户可以开始时间、结束时间、人员选择条件灵活地查询巡检率信息。用户也可以通过导出Excel，将统计信息导出成Excel格式进行打印。

(5)系统管理功能

系统管理主要对系统用户和巡检员的添加、删除、修改等管理。

2.移动终端

移动巡检终端基于Windows Mobile操作系统，集成GIS/GPS/GPRS等多功能模块，可实现敏捷化的业务处理。重点突出了巡检现场到位，巡检结果上报及时和操作简便的特点。

(1)日常巡检

显示当前巡检员所持巡检所在的地理位置，在地图上以一个小红点显示当前所在位置。系统自动获取当前GPS状态、当前经度、当前纬度、当前速度、是否使用位置上报、当前获取到的卫星数量并显示出来。界面如图4所示。

图4 地图与GPS显示

隐患上报主要实现巡检员通过移动终端，将所遇到的危急隐患情况录入系统，并将隐患按照规定流程进行上报的功能。点击快捷工具菜单的“上报”，弹出如图5界面。

图5 巡检功能上报

按规定的格式填写好各项表单和拍照图片，点击“发送”菜单，将隐患问题及时上报至管理指挥中心。巡检终端接受的坐标信息是GPS信号，而巡检终端地图和监控端地图都采用的是包头97坐标系，需要把GPS的WGS-84坐标系的坐标转换为包头97坐标。转换过程如图6所示。

图6 坐标转换

五、结 论

包头市燃气智慧巡检系统是采用GPS卫星定位技术和GIS地理信息系统技术，对广域或区域燃气管道及相关设备进行巡逻和检查，记录巡检信息，巡检人员的工作轨迹，隐患通报，隐患处理追踪等，以保证燃气管道、设备正常、可靠的运行，同时提高更进一步燃气公司的管理效率和管理水平。因此，研究和开发燃气智慧巡检系统具有较强的现实意义和应用前景。

［1］田根，童小华，张锦.基于PDA的GIS系统研究与开发［J］.计算机工程，2004，30(2):76-78.

［2］张强，王仁礼，陈天泽.基于Windows CE平台的嵌入式GIS开发与应用［J］.测绘学院学报，2003，20(2):113-116.

［3］李乐薇.智能巡检系统中实时定位模块的设计与实现［D］.北京:北京邮电大学，2010.

［4］王国强.手持机GPS巡检系统终端软件设计与实现［D］.成都:电子科技大学，2011.