基于GIS的城市地下管网爆管应急系统

邵鑫+郭文杰+粘雅鑫+常怀珉+刘丹丹

摘要：城市地下供水管管道密密麻麻，有些地区供水管网老化严重极容易发生爆管，有时爆管事故发生以后，可能数日后才能被发现，有时甚至无法发现，这是因为爆管引起的漏水直接进入到附近的排水管渠而无法到达地面。由于维修的不及时导致许多水量白白浪费。本文研究目的就是借助网络，云计算，智能传感器等技术，实现供水管道的实时监控、供水趋势预测、突发事件预警及应急处置等功能，有效地提升城市供水智能化管理水平，能及时发现爆管的位置并派相关人员进行维修。

关键词：地下供水管；智能传感器；GIS；智能水务

一、背景介绍

根据调查资料显示，我国大部分城市供水管网的漏损率平均达20%左右。管网漏损率是指管网漏水量与供水总量之比，是衡量一个供水系统供水效率的指标，有些地方供水管网漏损率甚至高达40%左右，远远超过了国家要求控制在6%以下的标准。若以平均漏损率20%计算，中国水务企业一年的漏损水量为102亿吨。若以每吨水的供水成本1.5元计算，每年因漏损造成的直接经济损失为154亿元。若以售水的每吨水价2元计算，则漏损水量的经济损失高达200亿元以上。此外有的供水工程管网穿越铁路、高速公路，如果管道漏点不能及时发现和修复，将会造成道路损坏和安全问题，造成巨大的经济损失。

二、城市供水管网爆管应急系统简介

城市供水管网爆管应急系统[1]借助网络、云计算，智能传感器等技术，实现对供水管网的实时监控及时发现爆管点，使其在造成更大灾害面前及时将其修复。并能有效地提升城市供水智能化管理水平，对供水趋势进行预测。城市供水管网爆管应急系统主要分为硬件部分和软件部分。硬件部分：水管网络内的若干个传感器、智能水表和智能阀门。软件部分：中心电脑服务器。水管网络内的若干个传感器、智能水表和智能阀门全天候监控城市内来自所有自来水管线的信息并将这些信息输到中心电脑服务器中，中心电脑服务器根据传感器传来的压力、流量等数据并结合外部GIS信息（包括管材、管龄、埋设年代、季节等因素）对管道的实时监测。如果管道发生爆管可以及时发现，在其造成更大的损失之前及时指派专门人员对其进行排查将其修复。供水管道爆裂时，在爆裂处会产生压力变化沿着水流向管道两端传播。在管道两端安装两个传感器实现对水压的检测，利用相关分析法对计算出爆裂信号到达两个传感器的距离差，就可以大致确定爆裂的位置。构建出城市供水管道爆管应急系统的初步模型后，随着智能水务系统的运用，利用实际数据不断验证并修正预警模型，使得城市供水管网爆管应急系统不断的改善和进步，最终达到较高的爆管预警准确性。从而实现实时监控、突发事件预警及应急处置、供水趋势预测等功能[2]。

三、系统主要内容

系统开发共分为基础地理信息管理模块、地下供水管网布展示模块、地下供水管网实时监控模块、地下供水管网供水趋势预测功能模块、地下供水管网突发事件预警及应急处置功能模块五个模块。基础地理信息管理模块：基础地理信息管理模块主要包括地图功能、查询功能、量算功能等。主要有地图的浏览与控制、地下管网的属性信息、控件信息的查询检索、管网距离面积的量算等。

地下供水管网三维分布展示模块[3]：地下管网三维分布展示模块主要包含管线的分布的增强现实展示、管网附属地物的模型浏览。主要有基于增强现实技术的地下管网三维分布展示。

地下供水管网实时监控模块将水管网传感器发送的水压、流量数据即时的获取，经过服务器计算将结果显示在用户界面上。

地下供水管网供水趋势预测功能模块：通过供水管网传感器获取水压、流量数据，计算城市各个地方的用水情况，有助于水资源合理的调度。地下供水管网突发事件预警及应急处置功能模块通过供水管网传感器获取水压、流量数据，进行横向纵向比较运算即时发现漏水点位置，起到预警的功能，并能够在供水管爆管时，进行科学的应急处置。

四、增益效果

2007年，卡塔尔的供水管网漏损率为59.1%。为了应对国际重大赛事的需要，卡塔尔急需降低产销差率，节约水资源，提高供水收益率。在运用智慧水务对漏损进行控制管理4年后，卡塔尔管网的漏失水量降至原来的一半，每年节约1400万欧元。该国的水务公司也成为海湾地区运营效率最高的水务公司。另一个例子是英国的Anglian管网漏损管理。通过剖析水网建设维护中的问题，智慧水务解决方案帮助英国最大水务公司减少5%漏损，而自运行以来，每年解决约27000个漏点，达到了英国最低的漏损率水平，大幅度提高了运营效率。

五、结语

在“智慧水务”理念的引导下，水务集团的管理发生了变革，它们采用数据采集、传输等传感设备在线检测水务系统的运行状态，并采用可视化的方式有机整合水务管理部门设施，形成“水務物联网”。集团通过水务数字化管理平台将海量数据进行及时分析与处理，即在各污水处理厂、泵站安装数据采集前置机或数据采集DSP模块，将自控系统中的生产运行数据通过3G网络实时传输到集团总部，进行集中存储和应用。通过对各类关键数据的实时监视和智能分析，再提供分类、分级预警，且利用短信、光、警报声等通知相关负责人，同时给予相应的处理结果辅助决策建议，以更加精细和动态的方式管理水务运营系统的整个生产、管理和服务流程，使之更加数字化、智能化、规范化，从而达到“智慧”的状态。总而言之，智慧水务已经成为水务管理的方向。不过，尽管智慧水务的建设收益前景可观，其发展还需要克服许多障碍，例如一些公共数据资源如何有序开放和共享，监管部门之间的协调等。

参考文献：

[1]杨斌，顾秀梅，武锋强，张文君.基于GIS的城市地下管线综合信息系统[J].科技导报.2011（12）

[2]张芳，朱合华，吴江斌.城市地下空间信息化研究综述[J].地下空间与工程学报.2006（01）

[3]毛坤德，刘俊林，周圆.三维地下管网管理系统研究与开发[J]. 城市勘测.2007（06）

项目编号：2017cxcy268